Jak si vytáhnout teplo ze země?

Plošný kolektor odebírá teplo ze země stabilně a spolehlivě, ale znamená značný zásah do zahrady, foto: Shutterstock

Tepelná čerpadla jsou dnes hitem, ale zájem se soustředí téměř výhradně na systém vzduch-voda. Je to škoda. Neprávem je opomíjen systém země-voda, který vyniká stabilitou a vysokým topným faktorem.

Na úvod dovolte trochu teorie: Tepelné čerpadlo odebírá nízkopotenciální teplo z okolního prostředí, které následně využívá k vytápění objektu. Tento jednoduchý princip bývá označován jako „princip obrácené lednice“ (lednice odebírá teplo potravinám a vydechuje je svou zadní stěnou). Základní dělení tepelných čerpadel je podle zdroje, z něhož se teplo odčerpává, a podle média, do něhož se načerpané teplo ukládá. Podle toho rozlišujeme tepelná čerpadla vzduch-voda, země-voda, voda-voda a vzduch-vzduch (klimatizační jednotky). Všechna tepelná čerpadla, která získané teplo předávají vodě, se napojují na standardní teplovodní otopnou soustavu, výhodou (ale nikoli podmínkou) je podlahové vytápění jako velkoplošný nízkoteplotní systém. Celý systém vytápění bývá obvykle spojen s přípravou teplé vody pro domácnost.

Topný faktor

Pro správný výběr tepelného čerpadla je určující jeho efektivita. Předem byste měli znát tepelnou ztrátu svého domu (v kWh), podle níž vám odborník doporučí výkon zařízení. Pokud tepelnou ztrátu neznáte, poslouží k orientaci předchozí spotřeba topiva. Zásadní parametr ovšem představuje účinnost čerpadla, kterou vyjadřuje topný faktor (COP) nebo přesněji sezonní topný faktor (SCOP). Je to poměr mezi množstvím tepla, které čerpadlo „vyrobí“ (dodá do otopné soustavy), a množstvím spotřebované vstupní energie (elektřiny pro pohon čerpadla a kompresoru). Jeho hodnota za celý rok (SCOP) by se měla pohybovat mezi čísly 4 a 5. Důležitá je také výstupní teplota vody v době, kdy se venkovní teploty pohybují pod nulou.

Zemní vrt nevyžaduje tak velkou plochu, ale je drahý. Odměnou je vysoký topný faktor, foto: AllTech

Systém země-voda

Tepelná čerpadla země-voda byla původně nejrozšířenějším typem, ale dnes prodej tohoto systému víceméně stagnuje. Proč? Na vině je vyšší složitost i cena instalace zdroje. Tím může být buď velkoplošný kolektor na zahradě, nebo hloubkový zemní vrt. Účinnost tohoto systému je přitom lepší než u systému vzduch-voda, který tvoří okolo 90 % současných instalací. Výhodou je navíc stabilní topný výkon bez ohledu na venkovní teplotu a eliminace venkovního hluku (kompresor je umístěn uvnitř domu). U méně kvalitních přístrojů se ovšem může stát problémem přenesení hluku do domácnosti.

Venkovní okruh

Venkovní okruh představuje potrubí, které je naplněno nemrznoucí kapalinou. To je uloženo buď pod plochou zahrady v nezámrzné hloubce, kde je stálá teplota cca 4 °C, nebo je zapuštěno do zemního vrtu, který může mít hloubku 50 až 150 metrů (v případě potřeby lze provést dva vrty menší hloubky). Na 1 kW výkonu čerpadla počítejte s hloubkou vrtu přibližně 15 až 18 metrů. Trubky plošného kolektoru se ukládají zpravidla do hloubky 120 až 150 cm, jejich vzdálenost od sebe je 35 až 70 cm. Pro získání tepelného výkonu 1 kW se počítá s plochou půdy 30 až 40 m2. Celková délka trubek zemního kolektoru tak může dosáhnout až několika stovek metrů. Teplo z půdy ohřeje nemrznoucí kapalinu v potrubí o několik stupňů Celsia a ta pak proudí do výměníku tepelného čerpadla.

Základní prostorová omezení, jež vám způsobí realizace tepelného čerpadla s plošným kolektorem, foto: TC Mach

Zádrhele a bonusy

Varianta s plošným kolektorem potřebuje značnou plochu pozemku bez zástavby i vzrostlé zeleně a instalace vyžaduje rozkopání zahrady. Navíc trochu sníží teplotu půdy, což může mít vliv na okolní rostliny. V případě zemního vrtu je zase nutné počítat s vysokými náklady. Rozhodně se však nesnažte šetřit menší hloubkou vrtu – zařízení by pak nemuselo fungovat efektivně. Je dobré uvědomit si, že zemní vrt znamená cennou investici do budoucna, protože vydrží až 100 let. Pořízení celého systému je sice dost nákladné, ale vzhledem k životnosti vrtu je zřejmé, že poslouží jako základ pro několik generací čerpadla země-voda. Samotné čerpadlo už pak drahé není. Vyjde vás dokonce levněji než v systému vzduch-voda, který dnes drtivě převažuje.

Jak to funguje

Tepelné čerpadlo musí být zapojeno do elektřiny, která pohání jeho kompresor. Na venkovní okruh navazuje vnitřní část. Obě části jsou vzájemně propojené potrubím. Vnitřní část obsahuje dva výměníky tepla – výparník a kondenzátor. Další důležité funkční části tepelného čerpadla jsou kompresor a expanzní ventil. Teplo se odebírá z půdy a předává se chladivu. Pak putuje do výparníku (výměník tepla), kde dochází k odpaření. Plynné skupenství chladiva nasaje kompresor. Tady dochází ke stlačení plynu a jeho zahřátí. Plyn odchází do výměníku vnitřní části tepelného čerpadla (kondenzátoru), odkud se teplo předává do otopné soustavy. V ní se odebere teplo, tím klesá teplota chladiva, které kondenzuje (z plynu se stává opět kapalina) a přes expanzní ventil se vrací do výparníku. Tady začíná nový cyklus předávání tepla.

Schéma hlavních funkčních částí tepelného čerpadla země-voda, foto: Viessmann

Text: Vít Straňák, foto a zdroj info: Shutterstock, Viessmann, AllTech, TC Mach

Jak si vytáhnout teplo ze země?