Časy, keď sa písalo o tepelných čerpadlách ako o horúcej novinke, sú už dávno za nami a o stropnom chladení tiež už čitatelia nepočujú po prvýkrát. Za posledné dva roky sa však pri tejto, stále ešte progresívnej technike uskutočnil vývoj, ktorý si mnohí stavebníci ani neuvedomili, a preto sa zvyčajne rozhodujú medzi tepelnými čerpadlami s geotermálnymi vrtmi alebo vodou. O vzduchových čerpadlách sa znalecky vyjadrujú ako o málo účinných zariadeniach pri nízkych teplotách v zime. Dnes už to však neplatí...

Z histórie značiek
Zaujímavé je, že klimatizácia bola objavená už začiatkom minulého storočia, ale to, že sa dá využiť aj na vykurovanie, si ľudia uvedomili až niekedy v 80-tych rokoch. Dovtedy dominovali v klimatizáciách ako svetové jednotky Američania a značky ako YORK, Carrier, alebo TRANE boli vďaka reklame vidieť po celom svete. Dominancia ale neznamenala vysokú technickú úroveň týchto zariadení. Tak ako v automobilovom priemysle ani tu neznamenalo, že najväčší musí byť zákonite aj najlepší. Americké autá neboli nikdy technicky príliš na vysokej úrovni a s nemeckými sa nemohli porovnávať. Rovnako to platilo aj pre americké klimatizácie, ktoré však boli viac konfrontované s japonskou technikou.
Kým Američania vyrábali svoje klasické klimatizácie s ON/OFF technikou (to znamená, že kompresor klimatizácie alebo tepelného čerpadla ide buď na plný výkon, teda 100 % výkonu – ON, alebo je vypnutý, a teda 0 % výkonu – OFF), Japonci pracovali na klimatizáciách, ktoré dokážu meniť svoj výkon plynulo a zmenou otáčok kompresora a ventilátora dokážu regulovať výkon zariadenia od 0 po 100 %.
Dnes je situácia na trhu iná a je zrejmé, že americké firmy ustupujú. Na celom svete sa stretávame s reklamou na zariadenia značky DAIKIN, Mitsubishi alebo TOSHIBA. Čím sa Japonci presadili?
Nebol to len marketing, ale predovšetkým cesta inovácií a progresívnej techniky, čo je určite sympatické. Kým prebiehala konfrontácia medzi americkými a japonskými výrobcami, technici v Európe si uvedomili, že klimatizačný stroj môže aj vykurovať. Začali sa vyrábať tepelné čerpadlá.

Vývoj v Európe
Tepelné čerpadlá sa zrodili v Škandinávii. Švédi začali vŕtať do svojho perfektného žulového podložia a využívať teplo zo zeme ako zdroj pre tepelné čerpadlá. Zariadenia sa tam rýchlo rozširovali.
Existovalo viacero dôvodov, prečo sa vo Švédsku tak úspešne začali používať tepelné čerpadlá s hĺbkovými vrtmi. Jeden z najdôležitejších bol ten, že celý Škandinávsky polostrov tvorí kompaktný žulový masív. Kompaktná žula sa dobre vŕta a vrty nie sú také drahé. Kto už raz navštívil Švédsko, vie, ako jeho obyvatelia bývajú. Domy sú doslova roztrúsené v lesoch a prístup k plynovodom je takmer nemožný. Keďže plynové kúrenie je najväčším konkurentom tepelných čerpadiel, mali to tepelné čerpadlá už vopred vyhrané. Elektrické pripojenie je síce všade, no akýkoľvek spôsob kúrenia elektrinou je niekoľkonásobne drahší.
Švédske firmy IVT alebo NIBE začali postupne dominovať nielen v Škandinávii, ale aj v celej rozumnej Európe, t.j. v tej časti, v ktorej ľudia čoraz viac kupovali tepelné čerpadlá. Vzhľadom na podnebie sa Taliani alebo Španieli k nej určite rátať nedajú a nehrozí to ani Ukrajine alebo Rumunsku či Bulharsku, ale z iných dôvodov. Mohli by sme pociťovať určitú hrdosť, že Slovensko k tým rozumným krajinám rozhodne patrí...
Treba ešte spomenúť, že ďalší, kto sa pridal k výrobcom tepelných čerpadiel, boli výrobcovia plynových kotlov (nemusíme ich špeciálne menovať, dnes sú už známi). Títo pod svojou značkou začali predávať čerpadlá od rôznych výrobcov a v začiatkoch aj bez toho, aby týmto zariadeniam rozumeli. Dnes to už väčšinou neplatí.
Rozšírenie tepelných čerpadiel v Európe záviselo od viacerých faktorov. Predovšetkým od technickej úrovne toho, kto sa rozhodoval a tiež od hustoty plynovej siete. Keďže Slovensko má spolu s Holandskom najhustejšiu sieť plynových rozvodov na svete, u nás to má tepelné čerpadlo, ako alternatíva k plynovému kotlu, skutočne ťažké. Rozvod plynu je na každej ulici a silný argument – ušetrenie nákladov za vybudovanie prípojky sa nedá použiť.

Zem, voda alebo vzduch
Po Škandinávii sa tepelné čerpadlá začali masovo používať v Nemecku, ale s tým rozdielom, že v Nemecku nebolo škandinávske žulové podložie. V zlom podloží sa vŕta ťažko, ba dokonca vôbec nemusí byť vhodné pre tepelné čerpadlá. Množstvo tepla, ktoré sa z podložia dá odobrať, je rozdielne a líši sa práve podľa jeho typu. Najväčšie množstvo sa dá odobrať práve zo žuly, no hlinené podložie alebo rôzne sutiny dokážu dodať len zlomok tohto tepla. Tento problém si vynútil hľadanie iných ciest.
Ďalšia možnosť bola voda, t.j. dve studne: z jednej sa voda čerpá, odoberie sa z nej teplo a do druhej sa ochladená vracia. Nápad je dobrý a funkčný hlavne v lete, funguje totiž len do teploty vody +7 °C. Tam, kde sa teplota vody môže dostať pod túto hodnotu, je riešenie nepoužiteľné. Pri nižších teplotách systém nefunguje preto, lebo čerpadlo po odobratí tepla ochladí vodu až o 7 °C , t.j. až na ±0 °C, takže výmenník zamrzne. Zamrznutý výmenník je roztrhnutý výmenník a to znamená zničené čerpadlo.
Tam, kde nebolo vhodné podložie na vrty ani použitie vody zo studne, prišiel na rad vzduch. Tepelné čerpadlo dokáže odoberať teplo nielen zo zeme či z vody, ale tak isto aj zo vzduchu. Princíp zostáva stále rovnaký, rozdiel je len v množstve tepla, ktoré sa dá pri rôznych médiách odobrať. Teplota žulového podložia je celý rok stabilná, voda v studni môže klesať k nule, no vzduch v našich zemepisných podmienkach s veľkou pravdepodobnosťou hraničiacou s istotou klesne pod nulu každú zimu. Ako chceme teda dodávať teplo tepelnému čerpadlu vtedy, keď je teplota vzduchu pod nulou?
Pre niekoho je to ťažko predstaviteľné, no v podstate ide o dosť jednoduché riešenie. Naša nula (0 °C), pri ktorej mrzne voda, je totiž teplota 273 °K. Skutočná nula je teda až pri - 273 °C, a to je od celsiovej nuly ešte poriadne ďaleko. Napríklad pri vonkajšej teplote - 7 °C nasáva tepelné čerpadlo vzduch teplý - 7 °C, odoberie mu tepelnú energiu a vyfukuje vzduch, ktorý má teplotu - 12 °C. Tepelné čerpadlo znížilo teplotu vzduchu o 5 °C. Treba si uvedomiť, že je to možné preto, lebo vo vnútri tepelného čerpadla vo výparníku prebieha proces odparovania, ktorý sa deje pri teplote až - 40 °C. Teraz je jednoduché pochopiť, že pri - 40 °C môže aj vzduch teploty - 7 °C teplo odovzdávať, a teda ohrievať.

ON/OFF versus plynulá regulácia
To, že ešte dnes na trhu dominujú klasické ON/OFF tepelné čerpadlá, treba pripísať hlavne šikovnosti obchodníkov, ich výrobcov a slabej informovanosti zákazníkov. Dobrý obchodník dokáže presvedčiť aj o výhodnosti výbehového modelu a pritom ani nemusí znižovať cenu. Zvyčajne sa zákazník o kúpe takejto technológie rozhoduje len raz, a ak nie je technicky zdatný, nechá sa často presvedčiť aj pseudo argumentmi.
Klasiku určite veľmi rýchlo nahradí technika s plynulou reguláciou, lebo má jednoznačné výhody. Je to len otázka času. Pri ON/OFF tepelných čerpadlách je systém výrazne zložitejší a napríklad zásobník tepla, ktorý pri moderných čerpadlách už nepotrebujeme, je nielen technicky zariadením navyše, ale aj zdrojom úniku tepelnej energie.

Technológia tepelných čerpadiel vzduch – voda
Pri klasických vzduchových tepelných čerpadlách začal aj začiatočník ako prvé spomínať nevýhody a najmä to, že keď teplo najviac potrebujeme, tepelné čerpadlo ho dodá najmenej. Dnes, pri nových technológiách však tento argument už neplatí. Technológia použitá v novej generácii tepelných čerpadiel umožňuje prevádzku tepelného čerpadla až do teploty - 25 °C a garantuje konštantný výkon vzduchového čerpadla až do vonkajšej teploty -15 °C, a to vďaka systému “Flash injection circuit“. Zatiaľ čo klasické tepelné čerpadlá pri teplote -15 °C dosahujú len cca 60 % vykurovacieho výkonu a chýbajúci výkon nahrádzajú elektrickou špirálou, moderná technológia garantuje 100-percentný výkon do -15 °C bez použitia elektrického ohrevu a dodáva teplo ďalej až do teploty - 25 °C, kedy ešte stále dosahuje 75 až 80 % výkonu.
Sofistikovaná konštrukcia chladiaceho okruhu vonkajších vzduchových jednotiek umožňuje udržať v režime vykurovania stopercentný výkon aj pri nízkych vonkajších teplotách. Kým v klasických tepelných čerpadlách je potrebný doplňujúci elektrický ohrev, konštrukcia nových jednotiek tento „problém“ eliminuje dodatočným vstrekovaním chladiacej zmesi (kvapaliny a plynu) do kompresora pomocou okruhu FIC (Flash Injection Circuit).
Elektronicky riadený vstrekovací ventil určuje množstvo dodatočne vstrekovaného „chladiva“. Tým sa vlastne udržuje nominálny výkon až do vonkajšej teploty -15 °C. Pokles nastáva pri nižších teplotách. Pri teplote - 20 °C, čo je približne spodná hranica garantovaného pracovného rozsahu štandardného tepelného čerpadla, je k dispozícii ešte 90 % nominálneho výkonu oproti 55 % pri štandardnom čerpadle. Pri teplote - 25 °C je k dispozícii ešte 75 % až 80 % nominálneho výkonu. Nové tepelné čerpadlo teda nemusí byť doplnené elektrickým ohrevom, čo znamená, že platby za elektrinu budú podstatne nižšie.
Klasické (ON/OFF) tepelné čerpadlá musia ísť buď na plný výkon, alebo sú vypnuté, a preto na plynulé vykurovanie potrebujú zásobník. Tento problém pri modernej technológii (napr. ZUBADAN) odpadá, pretože čerpadlá majú možnosť modulárneho riadenia výkonu. Otáčky kompresora ako aj otáčky ventilátora sú riadené frekvenčným meničom, ktorý vie meniť výkon podľa potreby. Tepelné čerpadlo nepotrebuje zásobník, pretože si teplotu vody na vykurovanie reguluje podľa okamžitej potreby.

Chladenie tepelným čerpadlom
To, že tepelné čerpadlo (alebo klimatizačné zariadenie) dokáže na jednej strane chladiť a na druhej vykurovať, bolo jasné už v čase jeho vzniku a dnes je priam nepochopiteľné, prečo sa to nevyužívalo už od začiatku. Je možné, že to bola v tom čase komplikovaná úloha. Trvalo skutočne neprimerane dlho, kým sa začali objavovať klimatizačné jednotky, ktoré dokázali aj dokurovať. Tepelné čerpadlá objavili svoj potenciál, teda možnosť chladenia doslova pred pár rokmi. Ešte pred nedávnom to boli horúce novinky európskeho výrobcu s označením „Cool“, ktoré nám ponúkali možnosť chladenia.
Mať doma tepelné čerpadlo, ktoré dokáže v princípe vykurovať aj chladiť a používať ho len na vykurovanie a kúpiť si ešte klimatizáciu, je trestuhodné. Potrestanie by si však zaslúžili aj výrobcovia, ktorí možnosť chladenia ignorovali alebo ešte stále ignorujú a žijú iba vo svete vykurovania.
Moderné tepelné čerpadlo je teda zdrojom tepla aj chladu, a tak ho treba chápať: kúrenie a klimatizovanie v jednom. Jeho obstarávaciu cenu a náklady na prevádzku tak nemožno porovnávať iba s plynovým kotlom (ten dom nevychladí).
Záver je jasný – výhody tepelného čerpadla vyniknú tam, kde sa staviteľ rozhodne nielen vykurovať, ale aj chladiť.

Stropné chladenie
Stropné chladenie je u nás stále ešte málo rozšírený spôsob klimatizácie rodinných domov, ale realizácií zjavne pribúda. Výhody, ktoré prináša stropné chladenie, sú také výrazné, že v budúcnosti sa určite bude presadzovať čoraz viac. Zásadným rozdielom oproti klasickej klimatizácii je spôsob, ako stropné chladenie ochladzuje priestory domu.
Klasická klimatizácia chladí ochladeným vzduchom a na to, aby dokázala ochladiť objem vzduchu v celom dome, potrebuje ho dopraviť veľké množstvo. Z toho vychádza nutnosť fúkať do miestností chladný vzduch vysokou rýchlosťou, čo je zároveň aj najväčším nedostatkom klasickej klimatizácie. Táto skutočnosť nesúvisí s tým, od ktorého výrobcu je konkrétna klimatizačná jednotka, je to problém všetkých klimatizačných jednotiek.
Naopak, pri stropnom chladení sa dom ochladzuje čiastočne sálaním chladu a čiastočne studeným vzduchom. Vzduch ochladzuje chladiaca voda, ktorá cirkuluje v rúrkach zabudovaných v stropoch. Ochladené plochy stropu ochladzujú vzduch a zároveň sálajú chlad bez akéhokoľvek nepríjemného prúdenia.
Ďalším dôležitým aspektom je energetická náročnosť, teda náklady na chladenie domu. Aj z tohto porovnania vychádza stropné chladenie ako moderná a progresívna alternatíva klimatizácie.
Aj keď si to mnohí neuvedomujú, pretože u nás väčšinou chýbajú dlhoročné skúsenosti, klasická klimatizácia je so svojou spotrebou najväčší elektrický spotrebič v dome. Aj malé jednotky majú spotrebu niekoľko tisíc wattov a v rodinnom dome to môže viesť tak ďaleko, že jeho obyvatelia prevádzku klimatizácie jednoducho obmedzia.
Ak dôvodom na obmedzovanie použitia klimatizácie nebude spotreba energie, tak to určite spôsobí ženské osadenstvo. Ženy sú zvlášť citlivé na fúkajúci studený vzduch a sú ochotné radšej znášať letné horúčavy ako studené fúkanie. (Mnohí poznáme reakcie manželiek pri spustení klimatizácie v aute.)

Stropné chladenie nám svojou energetickou náročnosťou podobné traumy nespôsobí, pretože ak aj ako zdroj chladu použijeme chladiaci stroj, výkon potrebný na vychladenie rodinného domu bude podstatne nižší.
Zaujímavé je použitie stropného chladenia tam, kde je na pozemku voda zo studne. Dom dokážeme chladiť studničnou vodou s minimálnymi nákladmi. Stropné chladenie pri nepretržitej prevádzke spotrebuje energiu len na pohon čerpadla, ktoré poháňa vodu zo studne do výmenníka a malého cirkulačného čerpadla, ktoré zabezpečuje cirkuláciu v strope. Ich výkon však dosahuje len niekoľko stoviek wattov, nie tisícok.
Ak aj všetky predchádzajúce argumenty hovoria za stropné chladenie, treba ešte povedať, že počiatočná investícia do tejto technológie je vyššia ako pri klasickej klimatizačnej jednotke. Rozdiely však nie sú príliš dramatické, napríklad cena m2 chladiaceho stropu, ako ho u nás ponúka jeho výrobca ActivHouse, dosahuje 80 €. Treba však k tomu ešte pripočítať náklady na potrebné rozvody, výmenník tepla a zdroj.

Ing. Milan Bartoš
bartos@activhouse.eu, www.activhouse.eu
Activhouse, s.r.o., Súvoz 1, 911 32 Trenčín