Racionální využívání tepelných čerpadel

Princip tepelného čerpadla spočívá v získávání tepelné energie ze "studeného" zdroje - země, vody (nejde-li o šťastný případ teplých podzemních vod) nebo vzduchu - a to hlavně studeného zimního vzduchu v době, kdy jsou naše požadavky na teplo největší.

Získaná energie se potom předává teplosměnnému médiu (nejčastěji vodě v systému ústředního topení), jehož teplota musí být samozřejmě vyšší než teplota ve vytápěném prostoru.

Když investor vynaloží velké náklady na pořízení tepelného čerpadla, bude také požadovat, aby využití těchto nákladů bylo co nejlepší, tj. aby poměr energie získané systémem pro vytápění byl vzhledem k energii, kterou je nutno systému dodat pro jeho provoz, co největší.

Účinnost takových systémů závisí ve značné míře na rozdílu teploty zdroje, z něhož se energie čerpá, a teploty topného média, jemuž se energie předává. Čím větší tento rozdíl je, tím menší je účinnost systému. To znamená, že např. při teplotě podzemní vody 4°C je mnohem efektivnější (a tím provozně levnější) systém, v němž tepelné čerpadlo ohřívá vodu teplou 30°C, než kdyby ohřívalo vodu teplou 70°C. Je to obdoba obecně chápaného faktu, že domácí chladnička (jež je ostatně také tepelné čerpadlo), bude lépe a úsporněji pracovat, jestliže bude odvádět teplo ze svého vnitřního prostoru (8°C) do chladných sklepních prostor a ne do blízkosti radiátoru ústředního topení.

MÍSTO KOTLE TEPELNÉ ČERPADLO

Zatímco teplotu zdroje tepelné energie (země, vody, vzduchu) ovlivňovat prakticky nelze, otevírají se široké možnosti racionalizace provozu tepelného čerpadla při návrhu vytápěcí soustavy. Nové systémy musí ovšem vypadat jinak než systém, kde je zdrojem energie kotel na spalování pevných paliv, plynu nebo topného oleje (případně elektrokotel) a kde nepředstavuje žádný problém ohřívat topnou vodu až třeba na teploty blízké bodu varu; pro vytápění pak postačují relativně malé radiátory, jejichž povrch dokáže předat do vytápěného prostoru dostatek energie díky tomu, že se v nich vytápěcí voda ochladí třeba až o 20°C. Kdybychom chtěli v takto navrženém topení nahradit kotel tepelným čerpadlem, splakali bychom nad výdělkem, protože předávání energie topnému médiu při takto vysoké teplotě by se ukázalo být značně neefektivní.

Důležitou podmínkou racionálního provozu tepelného čerpadla je tedy takový vytápěcí systém, který vystačí s teplotou vytápěcí vody jen co nejméně převyšující teplotu vytápěných prostor. Fyzikální zákony ovšem nelze obejít: Jestliže velikost přestupu tepla (v našem případě z topného tělesa do okolního prostoru) závisí hlavně na rozdílu teplot uvnitř a vně topného tělesa a na velikosti plochy radiátoru, je jasné, že při malém rozdílu teplot je nutno příslušně zvětšit plochu, na níž je teplo předáváno. Zvětšování plochy radiátorů je ovšem limitováno, logickým řešením je využít pro vytápění místností ploch, které jsou velké a "při ruce" - tedy podlahy, stěn a stropu.

I NEPŘÍLIŠ TEPLÁ VODA DOKÁŽE TOPIT

Systém předurčený pro účinné vytápění při nízké teplotě vytápěcí vody nabízí společnost Instaplast pod označením Infraclima s podtitulkem kapilární systém. Jako se často stává v technické praxi, ani v tomto případě nevystihuje označení "kapilární systém" princip řešení: Jde o segmenty podobné žebříku, kde je topná voda přiváděna jednou rozvodnou trubkou (jednou "postranicí") do řady slabých trubek ("příček") a odváděna druhou rozvodnou trubkou (druhou "postranicí") zpět k ohřevu. Nepřesný výraz "kapilární systém" vychází z toho, že slabé trubky mají neobvykle malou světlost 2 mm, což z nich ovšem nedělá kapiláry (a systém také nevyužívá žádných kapilárních jevů). Průměr rozvodných trubek je pak podle potřeby 20 nebo 25 mm. Výrobní segment tohoto topného systému má šířku 540 mm, rozteč "kapilár" je 30 mm, délka segmentu se zhotovuje podle potřeby konkrétní aplikace. Pro fixaci systému při montáži se využívá roztečných žebříků, aplikaci stavebních hmot při zabudování do podlahy, stěn nebo stropu usnadňuje sklotextilní síťovina.

Zásadní výhodou aplikace systému Infraclima je, že i při minimálním krytí funguje díky husté síti "kapilár" prakticky jako celoplošný výměník, čímž se snižují nároky na tepelný spád potřebný pro předání dostatečného množství tepla. Systém proto dosahuje dostatečného výkonu i při velice nízké teplotě vytápěcí vody - počítá se s provozní teplotou vody v rozmezí 22°C až maximálně 40°C, což postačuje pro měrný tepelný výkon 15 - 200 W na metr čtvereční. Pokud je topení instalováno v podlaze a navíc i ve stěnách a případně ve stropě, postačí pro dostatečné vytápění prostoru skutečně nízká teplota vytápěcí vody, navíc se takovým uspořádáním dosáhne mimořádné tepelné pohody. Konstrukce systému spolu s minimálními požadavky na sílu krycí vrstvy přináší ještě další výhodu - malou stavební výšku (cca 40 mm), což umožňuje aplikovat tento systém bez větších problémů i v hotové stavbě, např. při rekonstrukcích.