_w1440h400q90.webp)
Pavel Říha
Z technického hlediska je chlazení tepelným čerpadlem založeno na reverzi provozního cyklu zařízení, kdy tepelné čerpadlo, místo aby odebíralo tepelnou energii z venkovního prostředí pro topení, odebírá ji z vnitřního prostředí a odvádí do okolí (vzduch, země nebo vodní prostředí). Tento proces je v principu velmi podobný fungování moderní klimatizace – rozdíl je však v použitém médiu a účelu celého systému. Při pasivním režimu se často využívá nízkoteplotního prostředí země či vody bez aktivní práce kompresoru, což přináší zcela odlišné provozní charakteristiky.
Pasivní (freecooling) chlazení – Tepelné čerpadlo nevyužívá kompresor; chlad je přenášen přímo ze země, vrtu nebo plošného kolektoru. Spotřebuje se pouze elektrická energie pro oběhová čerpadla.
Aktivní (reverzní) chlazení – TČ pracuje v opačném režimu než při vytápění. Interiér je ochlazován a teplo je odváděno ven. Tento režim je funkčně obdobný klasické klimatizaci, ale využívá hydronický okruh pro distribuci chladu, např. podlahovým topením nebo vzduchotechnikou.
Pasivní chlazení je technologicky nejjednodušší a energeticky nejefektivnější forma chlazení pomocí tepelného čerpadla. Označuje režim, kdy je teplota chladícího média zajištěna výměnou s chladnějším geotermálním zdrojem bez aktivního provozu kompresoru. Tento režim je zvlášť účinný tam, kde je objekt dobře izolován a chlazení nevyžaduje rychlé snížení teploty – typicky nízkoenergetické domy.
Z pohledu projektanta je klíčové posuzovat dostupnost vhodného tepelného rezervoáru (např. geotermální vrty, plošné kolektory nebo zdroj spodní vody) a jeho vliv na celoroční bilanci chlazení a vytápění. U pasivního řešení dochází také k akumulaci tepla v primárním okruhu během sezóny, což může ve špičkách snížit jeho efektivitu.
Výhody
Provozní úspora – bez aktivního provozu kompresoru je spotřeba elektrické energie na oběhová čerpadla minimální, což znamená prakticky zanedbatelné provozní náklady. Absence kompresního cyklu eliminuje energetické ztráty spojené s kondenzací chladiva a potlačuje spotřebu energie na chlazení samotné.
Pohodový komfort – pasivní chlazení nabízí plynulé a přirozené snížení teploty bez ostrého proudění chladného vzduchu, čímž snižuje nežádoucí vlivy na zdravotní komfort uživatelů.
Požadavky
Kapacita primárního zdroje – úspěšná aplikace vyžaduje, aby geotermální vrt nebo plošný kolektor měl dostatečnou kapacitu a tepelnou rovnováhu pro sezónní zatížení. Pokud není dostatečně dimenzován pro chlazení, může dojít k „vyčerpání“ chladicího potenciálu během letní sezóny a následnému snížení efektivity.
Hydronické rozvody – pasivní režim je kompatibilní především pro soustavy s nižšími teplotními spády, což znamená, že je vhodný spíše pro plošný systém jakým je podlahového topení, než pro radiátory.
Aktivní chlazení využívá reverzi chladicího okruhu tak, že kompresor čerpá teplo z objektu a odvádí ho do okolí – obdobně jako u klasických klimatizací, ale s využitím systémo odvodu tepla hydronickým výměníkem tepelného čerpadla (např. vzduch–voda nebo země–voda). Tento režim umožňuje výrazně vyšší výkon chlazení a rychlejší dosažení cílové teploty, ale za cenu vyšší spotřeby elektrické energie. Moderní invertorové jednotky mohou mít COP (koeficient výkonu) v režimu chlazení srovnatelný nebo vyšší než klimatizační jednotky, zejména pokud je odpadní teplo odváděno efektivně do země nebo vody místo do okolního vzduchu.
Chladicí okruh lze efektivně využít pro fan coil jednotky i nízkoteplotní plochy, ale je třeba řešit kondenzaci vlhkosti na jeho chladných částech, aby nedošlo k poškození konstrukcí. Nabízí současně zajímavou možnost využití odpadního tepla pro přípravu TUV nebo ohřev bazénu.
Porovnání s klasickou klimatizací
Klimatizační jednotky (air-to-air) pracují typicky s COP hodnotami kolem 3,5–4,5 v chlazení a jsou schopny rychle a cíleně snížit teplotu v jednotlivých místnostech. Tepelná čerpadla s aktivním režimem chlazení mohou mít v závislosti na typu systému a podmínkách COP chlazení 3–7 a více, zejména u země–voda a voda–voda řešení, kdy je chladicí výkon optimalizovaný nízkou teplotou tepelného rezervoáru.
Air-to-air klimatizace pracují na bázi místního chlazení vzduchu a nevyžadují rozsáhlé okruhy či vodní rozvody, což je výhodné pro starší objekty, kde není možné instalovat plošné chlazení.
Z hlediska investičních nákladů bývají klimatizační systémy levnější v závislosti na výkonu a počtu zón. Tepelná čerpadla, zvláště země–voda systémy, mohou mít investici několikanásobně vyšší včetně geotermálních vrtů a systému rozvodů. Ale pokud se jedná o stavbu ve fázi přípravy a je zde již vytápění teplným čerpadlem uvažováno, využít jej i pro chlazení je nasnadě.
Provozní náklady chlazení tepelným čerpadlem (pasivní režim) mohou být extrémně nízké, protože je využívána přirozená tepelná kapacita země. Aktivní režim s vyšší účinností má pak nižší celkové náklady, než u konvenční klimatizace při dlouhodobém provozu.
Pro projektanta TZB je klíčové vnímat chlazení jako součást celkového tepelného hospodářství objektu. Významně se zde uplatňuje integrace do nižších teplotních distribučních systémů (podlahové, stěnové nebo stropní chlazení a fan coil jednotky) stejně jako optimalizace obálky budovy (izolace, solární stínění), což může významně snížit potřebu chlazení.
Návrh musí brát v úvahu nejen špičkové tepelné zatížení objektu, ale i celoroční bilanci a schopnost primárního zdroje akumulovat a uvolňovat teplo. Odpověď na otázku, kdy se tepelné čerpadlo vyplatí oproti klimatizaci záleží především na energetické třídě objektu, geografické poloze a provozním režimu:
- Budovy s nízkými ztrátami tepla a s vysokou izolací – ideální pro kombinaci pasivního chlazení a tepelných čerpadel se zpětným využitím energie.
- Objekty s vyšší fluktuací vnitřního tepelného zatížení – může být vhodné aktivní chlazení s výkonnějším tepelným čerpadlem.
- Rekonstrukce starších objektů – bývá obvykle výhodnější implementace klimatizace.
Závěr: Výhled, efektivita a doporučení
Chlazení tepelnými čerpadly představuje energeticky efektivní řešení, které při správném návrhu vede k výraznému snížení pořizovacích i provozních nákladů. Pasivní režimy chlazení využívají přirozené tepelně-fyzikální vlastnosti země či vody, což je z hlediska úspory energie významné, avšak vyžadují pečlivý návrh s ohledem na kapacitu primárního zdroje. Aktivní chlazení zase umožňuje plnohodnotné komfortní chlazení i v náročnějších objektech s vyššími požadavky na výkon. Pro projektanta je klíčové systematicky posuzovat energetickou bilanci objektu, cílové klima, investiční možnosti a provozní parametry a teprve poté zvolit optimální řešení.