Vykúrte si dom teplom vody, vzduchu a zeme

Zázrak zvaný tepelné čerpadloTepelné čerpadlo využíva tepelnú energiu, ktorá je obsiahnutá v zemi, vo vode alebo vo vzduchu. Zdá sa vám nemožné vykúriť dom vodou, ktorá má len niekoľko stupňov nad nulou? Vďaka tepelnému čerpadlu sa to však dá. Tepelná energia je v danej látke natoľko rozptýlená, že sa nedá použiť a v nijakom prípade nestačí na vykúrenie domu. Veľmi zjednodušene možno povedať, že tepelné čerpadlo odoberie teplo z veľkého množstva takejto látky, kompresorom ju „zahustí“ a zvýši jej teplotu na výšku potrebnú na kúrenie alebo ohrev vody. Ani tepelné čerpadlo však nie je perpetuum móbile – poháňa ho iná, zväčša elektrická energia. Vložená energia tvorí asi 20 až 40 percent z výslednej energie čerpadla. Pomer vloženej a získanej energie sa nazýva výkonové číslo a pohybuje sa okolo 2,5 až 5. Ak z 1 kWh elektrickej energie získame pomocou tepelného čerpadla napríklad 3 kWh tepla, výkonové číslo sa v tomto prípade rovná 3. Princíp práce tepelného čerpadlaTepelné čerpadlo pracuje podobným spôsobom ako chladnička, ale zatiaľ čo pri chladničke je cieľom, aby zariadenie odoberalo teplo potravinám a znižovalo ich teplotu, tepelné čerpadlo dodáva teplo do vykurovacieho systému alebo ohrieva vodu. Hlavnými zdrojmi tepla, ktoré môžu tepelné čerpadlá využiť, sú voda, zem, vzduch, odpadové teplo (v podobe vody alebo vzduchu) z domácností, priemyslu, zo stajní pre hospodárske zvieratá, zo vzduchotechniky a slnečné žiarenie. VodaPodzemná voda je pre svoju stálu, relatívne vysokú teplotu (okolo 10 °C) veľmi vhodným zdrojom tepla pre tepelné čerpadlo. Predpokladmi sú priaznivé hydrogeologické podmienky (či ju možno použiť ako zdroj tepla) a dostatočná výdatnosť podzemnej vody (pre rodinný dom musí dosahovať 0,5 l/s). Na fungovanie čerpadla, ktoré čerpá teplo z vody, sú potrebné dve studne – z jednej sa voda ponorným čerpadlom odčerpáva a ochladená sa do druhej, vsakovacej vracia. Vzájomná vzdialenosť studní je od 10 do 25 m. Okrem podzemnej vody možno využívať povrchovú vodu z potoka, rieky, jazera a odpadovú vodu z priemyslu alebo domácnosti. Použitie podzemnej i povrchovej vody musí schváliť vodohospodársky úrad. ZemV našich klimatických podmienkach zem v hĺbke väčšej ako 80 cm nezamŕza. Preto možno i tento zdroj považovať za teplotne ustálený. Prenos tepla medzi zemou a tepelným čerpadlom sprostredkúva plastové potrubie uložené v zemi vodorovne alebo v kolmých vrtoch. Vodorovné uloženie je finančne menej náročné (až o 50 percent v porovnaní so zemnými sondami), ale na vykúrenie rodinného domu je potrebná dvoj- až trojnásobná plocha kolektorov, ako je plocha vykurovaného priestoru. Potrubie sa ukladá v hĺbke 1,5 až 2 m, so vzdialenosťou medzi potrubiami 1 m. Dĺžka jedného potrubia nemá byť väčšia ako 350 m. Ak táto dĺžka nestačí, treba uložiť viac potrubí, ktoré musia byť rovnako dlhé. Aby sa plocha zeme, pod ktorou sa nachádza kolektor, čo najviac prehrievala, musí byť čo najmenej zatienená. Ak pozemok alebo iné podmienky neumožňujú použiť vodorovné kolektory, používajú sa hĺbkové vrty, ktoré možno urobiť pri každom dome, pretože zaberajú minimum miesta.

Výhodou hĺbkových vrtov je, podobne ako pri podzemnej vode, pomerne vysoká teplota i v chladných dňoch, teda vtedy, keď potrebujeme najviac tepla na vykúrenie domácnosti. Vrty bývajú hlboké 50 až 120 m, a tak je problémom ich veľká finančná náročnosť (1 m vrtu stojí až 1 200 až 1 400 Sk). Presná hĺbka vrtu závisí od geologických pomerov a výkonu čerpadla. Ak je potrebná väčšia hĺbka, ako dovoľujú geologické pomery alebo technické možnosti, celkovú dĺžku možno rozdeliť do viacerých rovnakých vrtov, vzdialených medzi sebou minimálne 5 m. Ak sú jednotlivé vrty kratšie ako 50 m, odporúča sa zväčšiť celkovú dĺžku potrubia (a teda aj vrtov) o 10 percent.

Teplo z pôdy sa odovzdáva pomocou nemrznúcej zmesi, ktorou sú naplnené polyetylénové rúrky. Cirkulujúca voda odoberá zo zeme teplo, ktoré sa v čerpadle spracuje a odovzdá. Týmto procesom sa zem podchladzuje, čo sa prejavuje napríklad jej neskorším rozmŕzaním. S týmto faktom treba pri návrhu tepelného čerpadla počítať a umiestniť potrubie tak, aby podchladenie zeme neohrozilo dom alebo rastlinstvo. Najvhodnejšou pôdou pre tepelné čerpadlá je vlhká ílovitá pôda, ktorá dobre vedie teplo. VzduchVyužívanie tepla, ktoré obsahuje vzduch, je najjednoduchšie, pretože tento systém možno realizovať bez technického obmedzenia. Tepelné čerpadlo pracuje až do teplôt vzduchu –15 °C. Je až neuveriteľné, že i takýto chlad môže byť zdrojom tepla. Účinnosť čerpadla je, samozrejme, v takýchto teplotách nízka. V prípade, že teplota vonkajšieho vzduchu klesne pod určitú hranicu (zväčša je to –5 °C), je výhodnejšie vykurovať záložným zdrojom tepla. Naopak, výbornú účinnosť dosahuje čerpadlo na jar a na jeseň, t. j. v prechodných obdobiach, keď je teplota vzduchu vyššia ako napríklad teplota zeme alebo vody. Práve veľké kolísanie teploty vzduchu je hlavnou nevýhodou tohto zdroja energie. Okrem čerstvého vzduchu možno účinne využiť odpadový vzduch vyprodukovaný domácnosťou (napríklad pri kontrolovanom vetraní), priemyslom alebo v poľnohospodárstve, kde sú veľkým zdrojom tepla ošípané a hovädzí dobytok. Slnečná energiaTakmer všetky zdroje tepla použiteľné na čerpadlá zásobuje slnko. Teplota podzemnej a povrchovej vody, vzduchu i zeme závisí od slnečného žiarenia a dá sa povedať, že tieto zdroje sú len veľkými zásobníkmi nahromadenej slnečnej energie. Okrem slnečnej energie v takejto „skrytej“ podobe možno využívať aj priamu slnečnú energiu, ktorú zbierajú slnečné kolektory. Tie spolupracujú s tepelným čerpadlom tak, že akumulujú energiu do vody, ktorú tepelné čerpadlo len dohreje na požadovanú teplotu. Tieto systémy sú však náročné na investície. Kam áno, kam nie?Tepelné čerpadlo je vhodné najmä do nízkoenergetických domov a domov, ktoré majú nízke tepelné straty. Najvýhodnejšia je preň nízkoteplotná vykurovacia sústava – podlahové alebo stenové vykurovanie. Ak je celý rok čerpadlo schopné vykúriť dom, hovoríme o monovalentnej prevádzke. Takéto riešenie možno použiť napríklad pri čerpadle, ktoré odoberá teplo z dostatočne veľkého podzemného zdroja vody. Keď sa musí vykurovanie čerpadlom doplniť iným zdrojom, napríklad elektrokotlom, kotlom na plyn alebo aj kozubom, hovoríme o takzvanej bivalentnej prevádzke. Ďalšie alternatívy vykurovaniaVyužívanie alternatívnych zdrojov energie je jednou z ciest, ktoré smerujú k budúcemu uspokojeniu našej potreby energie v čo najlepšom súlade s prírodou. Veľmi významnými zdrojmi popri energii vetra, vody a geotermálnej energii sú aktívne využitie slnečnej energie a biomasa. Slnečná energia sa okrem využitia pri tepelnom čerpadle dá použiť aj priamo, a to pomocou solárnych kolektorov. Solárny kolektor je plocha, ktorá zachytáva slnečné žiarenie a premieňa ho na teplo. Na výrobe tepla sa podieľa každá jeho časť. Najdôležitejšou je absorbér, ktorý zachytáva slnečné žiarenie. Teplo ďalej prechádza k teplonosnému médiu do potrubnej siete. Nosnú konštrukciu kolektora tvorí rám, ktorý by mal mať nízku hmotnosť, veľkú mechanickú pevnosť, odolnosť proti korózii a vodotesnosť. Priehľadné pokrytie kolektora predstavuje vlastne jeho tepelnú izoláciu z prednej strany. Tá má zabrániť prenosu tepla, ale umožňuje prestup slnečného žiarenia. Kompletný solárny ohrev obsahuje ešte zásobník, elektronickú reguláciu, expanznú nádobu, obehové čerpadlo a celý rad ďalších armatúr, ktoré sú potrebné na bezchybnú funkciu slnečných kolektorov. Solárne systémy sa dajú využiť na prípravu teplej úžitkovej vody, na prikurovanie budov či ohrev vody v bazénoch.

V podmienkach našej krajiny je dostatočne perspektívnym zdrojom biomasa. Biomasu tvoria materiály rastlinného a živočíšneho pôvodu, vhodné na priemyselné a energetické využitie. Zdrojom na výrobu bioplynu a bionafty je odpadová drevná hmota, poľnohospodársky odpad (výlisky zo slnečnice, z kukuričného odpadu, slama a pod.), ale i domové odpady a odpady z čističiek odpadových vôd. Ročne možno získať z tohto zdroja 14 percent energie. Najrozšírenejší a výhodný potenciál je drevná hmota. Tá sa splynuje v splynovacích kotloch a drevný plyn potom ohrieva vodu na vykurovanie. Jedno priloženie do kotla vydrží 12 hodín a výkon kotla sa dá automaticky regulovať.