Vysokoteplotní tepelné čerpadlo a kaskády: Řešení pro staré radiátory
Vysokoteplotní tepelná čerpadla s chladivem R290 dodají vodu až 75 °C, což umožňuje zachovat staré radiátory. Výkon pro velké objekty se řeší kaskádou.
Vysokoteplotní tepelné čerpadlo dokáže ohřát otopnou vodu až na 75 °C, což umožňuje jeho napojení na staré radiátory bez nutnosti jejich výměny. Pro bytové domy a velké objekty se požadovaný výkon skládá pomocí kaskádového zapojení více jednotek, které společně pokryjí i vysoké tepelné ztráty. Je však nutné počítat s tím, že vyšší výstupní teplota vždy znamená kompromis v podobě nižší topné účinnosti (COP).
Kdy je nutné vysokoteplotní tepelné čerpadlo pro staré radiátory?
Standardní tepelná čerpadla pracují podle oborových zvyklostí v nízkoteplotním režimu s výstupem zhruba do 55 °C, což pro starší otopné soustavy v nezateplených domech v zimě nemusí stačit. Praktickým kritériem pro zachování stávajících radiátorů je schopnost zdroje dodat otopnou vodu o teplotě přibližně 60 °C při venkovních −15 °C. Při venkovních −5 °C má být teplota horní části radiátoru zhruba 50 °C nebo méně (dle TZB-info).
Pokud váš dům tyto parametry vyžaduje, moderní domácí a bytová vysokoteplotní čerpadla (typicky s výstupem 60–85 °C) tento problém řeší. Zásadní roli zde hraje přírodní chladivo R290 (propan). To má vysokou kritickou teplotu (přibližně 96,7 °C), díky čemuž efektivně dosahuje vysokých kondenzačních teplot. Výrobci u svých R290 řad uvádějí výstupní teplotu vody až 75 °C. To spolehlivě pokryje i termickou dezinfekci zásobníku teplé vody proti legionele, která vyžaduje krátkodobý ohřev nad 70 °C. Propan má navíc extrémně nízký potenciál globálního oteplování (GWP 3) oproti staršímu chladivu R410A (GWP 2088). Více o teplotních limitech najdete v článku o výstupní teplotě vody tepelného čerpadla.
Jakou daň si vybere vysoká teplota na účinnosti (COP)?
Fyziku nelze oklamat a platí jasný kompromis: čím vyšší je výstupní teplota vody, tím nižší je topný faktor (COP). Zvýšení teploty otopné vody zhoršuje účinnost, proto se i u vysokoteplotních systémů vyplatí topit tak nízko, jak to soustava dovolí, ideálně pomocí ekvitermní regulace.
Výrobci často prezentují špičkové hodnoty. U nejlepších R290 modelů se deklaruje COP až 5,4. Je ale nutné vědět, že jde o maximální hodnotu měřenou za ideálních podmínek (typicky při venkovních 7 °C a výstupu 35 °C), nikoliv při ohřevu na 75 °C. Snížení výstupní teploty z 55 °C na 35 °C zlepší COP o 30–40 %, a naopak její zvyšování k 75 °C účinnost o srovnatelný díl sráží.
Jak se řeší výkon pro bytové domy a velké objekty?
Pro velké budovy s vysokou tepelnou ztrátou se využívá kaskádové zapojení, kdy je více tepelných čerpadel propojeno do jednoho inteligentně řízeného celku. Kaskáda umožňuje přesné dimenzování tepelného čerpadla a plynulé přizpůsobování výkonu aktuální potřebě bez zbytečného předimenzování.
Výrobci uvádějí obrovské teoretické kapacity – kaskádovým spojením katalogových jednotek lze pokrýt přes 1000 kW, přičemž jeden software zvládne řídit až 16 jednotek (což by u 50kW modelů odpovídalo až ~800 kW). V praxi jsou ale instalace střízlivější. Příkladem je reálná instalace na bytovém domě v Řeži u Prahy. Zde byla použita kaskáda 4 jednotek (vzduch-voda split, chladivo R410A/EVI) o výkonu 4× 35 kW, celkem tedy 140 kW, na pokrytí tepelné ztráty domu 100 kW. Systém s výstupem až 64 °C a dvěma 1000l zásobníky přinesl úsporu zhruba 2/3 spotřeby s návratností 7–8 let. O specifikách těchto instalací píšeme v průvodci tepelnými čerpadly pro velké objekty.
Jaký je rozdíl mezi domácími a průmyslovými vysokoteplotními čerpadly?
Je nutné důsledně oddělovat dvě zcela odlišné kategorie: domácí/bytová čerpadla (60–85 °C) a průmyslová vysokoteplotní čerpadla (HTHP, 90–160 °C). Zatímco první slouží k vytápění starých radiátorů, druhá dodávají procesní teplo pro továrny a jde o zcela jinou ligu zařízení.
Průmyslová HTHP využívají exotická chladiva (např. R1336mzz(Z), čpavek R717 nebo CO2 R744) a dosahují topných výkonů od 20 kW až po 20 MW. Slouží jako ukázka toho, kam až technologie sahá, ale pro vytápění běžných budov se nepoužívají.
| Kategorie / Parametr | Hodnota | Podmínka / Zdroj |
|---|---|---|
| Praktický limit pro staré radiátory | ~60 °C při −15 °C venku | ověřovací kritérium vhodnosti (TZB-info) |
| Výstupní teplota R290 (propan) | až 75 °C | domácí/bytová TČ (dle výrobců) |
| Reálná kaskáda (bytový dům Řež) | 4× 35 kW = 140 kW | ztráta 100 kW, výstup až 64 °C (EVI), návratnost 7–8 let |
| Průmyslová HTHP (procesní teplo) | výstup 90–160 °C | výkony 20 kW–20 MW, exotická chladiva (Arpagaus et al., 2018) |
Co říká výzkum
Recenzované studie potvrzují, že chladivo R290 dosahuje výborných výsledků při ohřevu vody a že u extrémních teplot (průmyslová HTHP) účinnost prudce klesá s rostoucím teplotním zdvihem.
- Průmyslová HTHP a pokles COP: Studie High Temperature Heat Pumps: Market Overview, State of the Art, Research Status, Refrigerants, and Application Potentials (Arpagaus et al., International Refrigeration and Air Conditioning Conference, Purdue / Energy, 2018) zmapovala přes 20 modelů průmyslových HTHP od 13 výrobců s výstupem 90–160 °C. Laboratorní měření při výstupu 120 °C ukázala, že COP klesá z 5,7–6,5 (při teplotním zdvihu 30 K) na pouhých 2,2–2,8 (při zdvihu 70 K). Nejvyšší teplotu 160 °C umožňuje chladivo R1336mzz(Z). URL: https://docs.lib.purdue.edu/iracc/1876/
- Účinnost chladiva R290: Studie A Comparative Study of R134a and Propane (R290) as Refrigerants in Heat Pump Water Heaters (Lee & Cheng, Journal of Energy and Power Technology, vol. 5(3), 2023) testovala ohřev 310l zásobníku na ~60 °C. Při okolní teplotě 20 °C dosáhlo chladivo R290 (náplň 260 g) o 10 % vyššího COP než starší R134a. URL: https://www.lidsen.com/journals/jept/jept-05-03-029
Často kladené dotazy (FAQ)
Mohu připojit tepelné čerpadlo na staré litinové radiátory? Ano, pokud zvolíte vysokoteplotní model (např. s chladivem R290), který dokáže dodat vodu o teplotě až 75 °C. Praktickým testem je, zda vaše soustava při −15 °C venku vyžaduje otopnou vodu kolem 60 °C.
Bude mít vysokoteplotní čerpadlo stejnou spotřebu jako běžné? Nebude. Fyzika platí pro všechna zařízení – čím vyšší výstupní teplotu čerpadlo připravuje, tím nižší má topný faktor (COP) a tím více elektřiny spotřebuje. Proto je důležité využívat ekvitermní regulaci a topit na co nejnižší možnou teplotu.
Jak se řeší vytápění velkého bytového domu? Pomocí kaskády, kdy se propojí více jednotek do jednoho systému. Například reálná instalace v Řeži u Prahy využívá 4 jednotky o celkovém výkonu 140 kW pro dům s tepelnou ztrátou 100 kW. Kaskáda umožňuje přesné řízení výkonu a prodlužuje životnost kompresorů.
Zlikviduje vysokoteplotní čerpadlo bakterie legionelly? Ano. Termická dezinfekce zásobníku vyžaduje krátkodobý ohřev nad 70 °C. Zatímco běžná čerpadla k tomu potřebují pomocný elektrický dotop, vysokoteplotní jednotky s chladivem R290 tuto teplotu zvládnou dodat samy.
Zajímá vás, jaký výkon a typ zařízení je vhodný pro váš dům či komerční objekt? Vyzkoušejte náš konfigurátor.