Tepelné čerpadlo zem/voda: Riešenie pre domy s vhodným pozemkom

Tepelné čerpadlo zem-voda dokáže pomocou hermeticky uzavretého chladiaceho okruhu s kompresorom túto nízkopotenciálnu energiu previesť do vykurovacej vody s teplotou vhodnou na vykurovanie a prípravu teplej vody.

Tepelné čerpadlo je teda obnoviteľným zdrojom energie (OZE), ktoré môže veľmi dobre spolupracovať s ďalším OZE – fotovoltikou.

Zamerajme sa teraz na využitie tepla zo zeme. Existujú tri spôsoby, ktorými sa dá takto odoberať teplo:

• zemný plošný kolektor,

• zemný vrt (sonda),

• čerpanie studničnej vody.

Zemný plošný kolektor je akumulátor tepla. Ide v podstate o obrovský solárny kolektor. Slnko do neho uloží teplo na jar a v lete a vo vykurovacej sezóne si ho „vyberie“. 

Zakladá sa v nemrznúcej hĺbke a čo najbližšie k povrchu, aby ho mohlo slnko dobre prehriať. Zvyčajne ide o hĺbku 1,2 až 1,5 m. Kolektor sa skladá z rúrok, ktoré sú vyrobené zo špeciálneho odolného plastu. Je tiež naplnený nemrznúcou zmesou. 

Jeho plocha sa počíta z tepelnej straty domu a orientačne musí byť aspoň 4 až 5 × väčšia ako celková obytná plocha domu. Samozrejme, záleží aj na pôdnom zložení záhrady a jej energetickej výdatnosti.

Stavať sa však nesmie na ploche kolektora (dom, garáž, pergola). Naopak, dobre navrhnutý kolektor neovplyvňuje rastliny na svojom povrchu.

Zemný vrt využíva hlbinné zemské teplo. Jeho hĺbka je obvykle od 80 do 130 metrov, priemer zas okolo 175 milimetrov. Do vrtu sú uložené U-rúrky (jedna až dve), ktoré sú takisto vyrobené zo špeciálneho plastu. Sú naplnené nemrznúcou zmesou.

Vrty, vrátane ich vystrojenia potrubím, dodáva špecializovaná firma, ktorá tiež vybavuje potrebné povolenia. Výhodou vrtu je, že v zime môže dodávať teplo a v lete chlad pre chladenie domu.

Chladiť môžeme dvomi spôsobmi: pasívne a aktívne

Pasívne chladíme na začiatku teplého obdobia, keď sú vrty vychladené po zime a ešte nedošlo k ich tepelnej regenerácii. Tepelné čerpadlo vtedy nefunguje a chlad tak odovzdávame prostredníctvom výmenníka do chladiacej sústavy v dome. V tom čase majú vrty teplotu 0 až +5 °C a sú veľmi dobrým zdrojom chladu. Pasívne chladenie je veľmi úsporné, pretože vtedy fungujú len obehové čerpadlá. Kompresor v tepelnom čerpadle v tom čase nefunguje.

Tepelné čerpadlo použijeme až v lete, keď sú vrty prehriate. Vtedy regulátor tepelného čerpadla, pomocou prepínacích ventilov, obráti chod tepla, ktorý odoberá z vykurovacej alebo chladiacej sústavy a odovzdáva ho buď do teplej vody, alebo vrtov.

Využitie tepla zo zeme čerpaním studničnej vody

Voda-voda je systém, v ktorom zemné teplo odoberáme pomocou studničnej vody. Tú nasávame z nasávacej studne po odobratí tepla v tepelnom čerpadle a vraciame do rovnakej vodonosnej vrstvy vsakovacej studne. Je rovnako hlboká ako tá nasávacia – je vzdialená niekoľko metrov resp. desiatok metrov. Na Slovensku je tento spôsob pomerne vzácny. Vyžaduje totiž vyvŕtať injektážny vrt podľa tepelnej straty domu s výdatnosťou 2-5 m³/hod a reinjektážny vrt. Čo je pomerne nákladné riešenie.

Všetky spôsoby odoberania tepla zo zeme (teda riešenia zem-voda) majú jednu výhodu. Prostredie, z ktorého odoberáme teplo, má počas roka celkom stálu teplotu medzi cca +2 a +12 °C. Tepelné čerpadlo zem-voda tak pracuje s vyššou účinnosťou ako vzduch-voda, ktoré v zime musí pracovať so vzduchom s teplotou pod bodom mrazu.

Vždy je v výhodná kombinácia s fotovoltikou. Pri systéme zem-voda, v prípade, keď dom súčasne v lete chladíme, môžeme ušetriť na dĺžke vrtov. Energiu z nich nám totiž nahrádza fotovoltika. Aj v zime, počas ktorej je výkon fotovoltickej elektrárne slabší, postačuje na pohon kompresora tepelného čerpadla. Tepelné čerpadlo si „chýbajúcich“ 70 až 75 % energie vyberie zo zeme.

Zaujímavé je aj porovnanie investície do tepelného čerpadla zem-voda a vzduch-voda v moderných novostavbách. Ich tepelné straty sú totiž nízke a stačí im len relatívne krátky vrt. Tepelné čerpadlo zem-voda je jednoduchšie, a teda menšie a lacnejšie ako vzduch-voda, takže od straty okolo 7 kW sa rozdiel v cene stráca. Prevádzkové náklady môžu byť v prípade tepelného čerpadla zem-voda až o 30 % nižšie.

Zaujímavosťou tiež je, že STIEBEL ELTRON začal ako prvý na svete sériovo vyrábať tepelné čerpadlá zem-voda pre rodinné domčeky už v roku 1976.