Principem tepelných čerpadel je využití nízkopotenciální tepelné energie z okolí a její předání na využitelné teplotní úrovni vhodné pro potřeby vytápění, chlazení nebo pro ohřev vody. Pro pohon kompresoru, nejdůležitějšího článku TČ, je sice nezbytné dodání elektrické energie, tepelná čerpadla však vyrábějí třikrát až čtyřikrát více (při spotřebě 1 kWh elektrické energie je vyrobeno 3 – 4 kWh tepla), což odpovídá úspoře spotřebované energie až 70 %. Poměr mezi energií vyrobenou a spotřebovanou se nazývá topný faktor. Tento parametr je pro určení tepelného čerpadla zásadní, stanovuje se za určitých podmínek (vstupní/výstupní teplota apod.) a dosahuje hodnoty cca 3 - 4 v závislosti na konstrukci čerpadla, okolních podmínkách a zdroji využívané energie.

Tepelného čerpadla lze využít jak v zimě k vytápění, tak v létě k chlazení. Tyto systémy "obousměrného" chodu se rozšiřují zejména do objektů s kancelářskými prostorami. V zemědělství a potravinářství lze instalovat taková čerpadla, která dokážou využít odpadní teplo z chlazení potravin např. pro ohřev teplé užitkové vody. Obdobné aplikace, založené na této kombinaci (chlazení a ohřev užitkové vody) jsou zaváděny do průmyslových odvětví.

• Zdroje nízkopotenciálního tepla pro TČ
• Statistika provozovatelů tepelných čerpadel
• Ekonomické hledisko
• Výhody a nevýhody tepelných čerpadel

Zdroje nízkopotenciálního tepla PRO TČ

Okolní vzduch

Venkovní vzduch je nejlépe dostupným a neomezeným zdrojem. Teplota vzduchu však bývá z pravidla nejnižší právě v době, kdy je potřeba tepla maximální. Za takových podmínek klesá účinnost TČ (tepelný faktor) a stoupá tak spotřeba elektrické energie pro jeho pohon. Pro budovy s velkou tepelnou potřebou je vhodné použít kombinaci s jiným zdrojem tepla v kombinovaném provozu. Tepelným čerpadlem je v nejchladnějších dnech dodávána jen část potřebného tepla a zbytek je pokryt bivalentním (přídavným) zdrojem.

• Vzduch - voda
• Vzduch - vzduch

Podzemní vody

Energii zde získáváme z podzemní vody, která má celoročně stálou a poměrně vysokou teplotu (cca 8-10°C). Vodu ze studně čerpáme ponorným čerpadlem a vedeme ji přímo do tepelného čerpadla, kde ji odebereme část její tepelné energie. Ochlazená voda je odvedena z TČ ven do druhé tzv. vsakovací studny. Protože studniční voda prochází přímo přes TČ, je nutné nejprve provést její chemický rozbor (voda nesmí být moc mineralizovaná) a zjistit, zda je její průtok dostatečný.

• Voda - voda

Půda

Teplo z půdy lze odebírat plošným kolektorem nebo pomocí hlubinného vrtu. Zatímco hlubinné vrty dosahují až do hloubek 150 m pod zemský povrch, plošné půdní kolektory se ukládají jen do hloubky 1,5 - 2 m, tzn. pod nezámrznou vrstvu půdy. Nemrznoucí kapalina, která cirkuluje v obou případech v kolektorech, odebírá zemské hmotě určité množství tepla a tím jí ochlazuje. Hloubka hlubinných vrtů či rozsáhlost plošných kolektorů závisí na požadovaném tepelném výkonu čerpadla.

• Země (plošný kolektor) - voda
• Země (vrt) - voda

Odpadní teplo

Získávání energie z odpadního tepla je vhodné zejména pro výrobní podniky, průmyslové provozy a sportovní objekty. Tepelné čerpadlo je v těchto případech velmi efektivní, neboť zdrojem nízkopotenciální energie je vzduch s relativně vysokou teplotou. Odpadního tepla pro ohřev teplé užitkové vody lze využít zejména v chladírenských provozech. Dalším možným zdrojem teplejšího vzduchu je pak vzduch odváděný větracím systémem objektu.

• Vzduch - voda
• Vzduch - vzduch

Povrchové vody

Energie se zde získává z vodního toku nebo spodní nádrže, do které umístíme kolektor s nemrznoucí kapalinou. Ta se průtokem vody ohřívá a ve výměníku svoje získané teplo odevzdává. Vodní tok je tím lehce ochlazen. Malé zamrzající potoky k tomuto účelu využívat nelze. V zimních měsících může být problémem nízká teplota vody na tocích.

Statistika provozovatelů tepelných čerpadel

I když se v souvislosti s tepelnými čerpadly publikují hlavně informace týkající se domácností a rodinných domů, jejich využití je rozšířené i v sektoru služeb a průmyslu. Podle statistik Ministerstva průmyslu a obchodu se v ČR mimo domácnosti v roce 2007 používalo minimálně 834 tepelných čerpadel.

Ekonomické hledisko

Díky růstu cen energií a klesajícím cenám technologie jsou tepelná čerpadla stále se rozšiřujícím zdrojem tepla. Při výpočtu návratnosti investice do tepelného čerpadla je třeba tento budoucí růst cen zohlednit. Doba návratnosti investice je závislá také na rozsahu úprav, které je nutné s instalací čerpadla provést (úprava topné soustavy, změna doplňkového zdroje). Životnost čerpadel je uváděna různými výrobci okolo patnácti až dvaceti let a délka návratnosti investice v porovnání většinou s vytápěním zemním plynem nebo elektřinou v rozmezí 4 až 8 let.

Spotřeba elektřiny pro TČ je účtována v tzv. snížené sazbě a to po dobu 22 hodin denně. Po dobu trvání 2 hodin platí tzv. vysoký tarif a TČ musí být v této době blokováno povelem HDO (hromadné dálkové ovládání). Cena za spotřebovanou elektřinu je téměř stejná jako cena u přímotopného vytápění, ale spotřeba v kWh je cca 3x nižší!

Výhody a nevýhody tepelných čerpadel