Aktivní chlazení pomocí tepelných čerpadel

Tepelné čerpadlo lze dnes realizovat do domu tak, aby v letních měsících obrátilo svůj chod a chladný prostor, z něhož v zimě sbíralo teplo, začalo vytápět, zatímco obytnou místnost, v níž bydlíme, zásobilo v případě horkých letních dní chladem.

Takové řešení má dvě alternativy; jedné říkáme „active cooling“, druhé „natural cooling“, což lze přeložit jako aktivní chlazení, resp. přirozené chlazení pomocí tepelného čerpadla. Obě cesty reprezentují snadný způsob pohodlného temperování (ohřívání nebo chlazení na požadovanou zimní, resp. letní teplotu) pomocí tepelného čerpadla.

Proč je důležité aktivní letní chlazení

Potřebnost letního chlazení je důležitá i ve velmi dobře tepelně izolovaných domech, včetně pasivních. Ukažme si to na příkladě:

Na jižní okno i stěnu pasivního domu dopadlo 16. června referenčního klimatického roku 2016 v Hradci Králové 6,65 kWh/m2 celkové sluneční energie, na pultovou střechu jen 5,13 kWh/m2. I když tepelné zisky prostupem, které byly počítány z venkovních teplot v rozmezí 16,5 °C až 35,5 °C byly v tento den pouhých 0,014 kWh/m2 pro stěnu, 0,011 kWh/m2 pro střechu a 0,069 kWh/m2 pro okno, impakt slunečním záření byl až 100násobně větší. Jen okny se mohly dostat dovnitř desítky kWh tepla a prostupem od rozpálené střechy a fasády další kWh tepla navíc. S těmito „nepříjemnými“ zisky se stavební tepelná technika nezabývá, přesto mohou snadno způsobit v takovém domě nesnesitelno už po několika dnech tepla.

A to je přesně čas, kdy uvítáme službu „natural cooling“ nebo „active cooling“.

Pasivní režim chlazení – Natural cooling (přirozené chlazení)

Pasivní režim chlazení představuje méně efektivní, ale i ekonomicky méně náročný proces výroby chladu. Ve své podstatě je tepelné čerpadlo zcela odstaveno a je využíván přirozený tok tepla z teplejšího zdroje do studenějšího. V provozu je jen oběhové čerpadlo, které cirkuluje vodu (nebo jiné teplonosné médium) mezi chlazeným prostorem s vyšší teplotou (obytný prostor) a např. plošným kolektorem nebo zemním vrtem (tepelné čerpadlo typu voda/země), který má nižší teplotu. Voda se v zemním vrtu přirozeně ochladí a směřuje k chlazenému prostoru, kde přijímá teplo z okolí, a tím prostor ochlazuje. Následně směřuje opět k vrtu, kde dané teplo odevzdá a tím se ochladí, čímž se cyklus uzavře. Navíc tento systém napomáhá k regeneraci primárního okruhu.

Vzhledem k tomu, že pasivní režim chlazení se nevyznačuje vysokou efektivností, na jeho realizaci jsou potřeba poměrně velké teplosměnné plochy. Je možné jej provozovat například pomocí stěnového, stropního nebo podlahového vytápění, kde jeden systém může být v zimě využíván k vytápění a v létě k chlazení prostor.

Aktivní režim chlazení – Active Cooling

Efektivnější způsob výroby chladu je v případě aktivního režimu chlazení. V podstatě se jedná o reverzní chod tepelného čerpadla, kdy je v provozu oběhové čerpadlo, kompresor i kondenzátor, ale teplo není odváděno ze zemního vrtu nebo vody, ale z obytného prostoru. Jednoduše řečeno, z obytného prostoru vytvoříme velikou lednici. U aktivního režimu chlazení lze ve srovnání s pasivním režimem dosáhnout nižší teploty, tedy požadavky na velikost teplosměnné plochy klesají. Je třeba si však dát pozor na kondenzaci vzdušné vlhkosti. Při pasivním režimu neklesne teplota teplonosné kapaliny pod tzv. rosný bod (cca 16 °C). Rosný bod představuje takovou teplotu, kdy páry obsažené ve vzduchu začnou kondenzovat a srážejí se v kapalinu. Vznik kondenzátu je v technické praxi častý problém a jeho odstranění vyžaduje dodatečné investiční a provozní náklady.

Pokud se aktivním režimem chladí pomocí rozvodů podlahového topení, je nutné brát ohled na materiálové vlastnosti podlahové krytiny. Ve většině případů však materiály využívané u podlahového vytápění dobře snášejí i přítomnost kondenzátu. Dále je nutné systém opatřit senzory snímajícími vzdušnou vlhkost, které budou regulovat teplotu tak, aby neklesla pod teplotu rosného bodu a bude předcházeno vzniku kondenzátu. Kondenzaci se však nikdy zcela nevyhneme, proto se doporučuje i samotné rozvody izolovat.

Jednotky fan-coil

Jiným způsobem chlazení v aktivním režimu je chlazení pomocí tzv. fan-coilů (fancoil jednotka, často zkratka FC). Fan-coil je zařízení připomínající klasické vertikální nástěnné radiátory, které ale obsahuje ventilátor. Ventilátor má za úkol vyvinout proudění vzduchu kolem fancoilu, a tím změní přestup tepla přirozeným vedením na mnohem intenzivnější přestup vynuceným prouděním. Při využívání fancoil jednotek je nutné opět zajistit odvod vzniklého kondenzátu.

Výběr režimu chlazení

Chlazení pomocí tepelných čerpadel je moderní a poměrně málo nákladný způsob výroby chladu pro obytné prostory. Pokud se tepelné čerpadlo instaluje do novostaveb, je rozumné předem myslet nejenom na jeho funkci vytápění, ale i na možnost chlazení. Při rozhodování mezi pasivním a aktivním chlazením pamatujte na to, že pasivní chlazení představuje ekonomičtější řešení (stačí trocha elektřiny na činnost oběhového čerpadla, ostatní funkce tepelného čerpadla zůstávají vypnuty) a aktivní chlazení je z hlediska ochlazování efektivnější řešení (dosáhnete v domácnosti nižší teploty). Navíc většina tepelných čerpadel v provedení vzduch/voda jsou z výroby vybavena pro funkci aktivního chlazení.

Využití odvedené energie

Důležité také je, že teplo odebrané z místností se dá opět využít. Např. pro ohřev pitné vody nebo k vytápění bazénu. Tak budou maximálně efektivně vzájemně propojeny funkce chlazení a vytápění.

¹) Zpracováno z podkladů www.tepelka.cz.

Přečtěte si také:

Autor: RNDr. Jiří Hejhálek
Foto: Archiv firmy Viessmann