Princip fungování tepelného čerpadla: Úsporné a ekologické vytápění

07.03.2026

Vytápění tepelným čerpadlem se stalo velkým hitem posledních let. Je úsporné, ekologické a hodí se pro instalaci do novostavby i do rekonstruované budovy.

Jak funguje tepelné čerpadlo?

Princip fungování tepelného čerpadla je podobný tomu, na kterém pracuje lednička. Lednička odebírá teplo potravinám a pomocí chladícího okruhu ho předává do vnějšího prostoru. Tepelné čerpadlo odebírá teplo okolnímu prostředí a pomocí chladícího okruhu ho předává do otopné soustavy.

Jako příklad uvedeme tepelné čerpadlo vzduch-voda. Jeho jádrem je chladicí okruh, ve kterém cirkuluje chladivo. To má na studené straně ve výparníku tak nízkou teplotu, že může odebírat teplo ze vzduchu i v zimě při teplotách pod -20 °C. Chladivo, „obohacené“ o energii odebranou venkovnímu vzduchu, je následně prudce stlačeno kompresorem, což způsobí zvýšení jeho teploty na hodnoty potřebné pro vytápění.

Tepelná čerpadla fungují na principu převodu tepla z venkovních prostor (ze vzduchu, země či vody) dovnitř objektu. Díky správné technologii práce s párami chladiva dokáže tepelné čerpadlo "vycucnout" teplo z venčí i v případě, že je tam chladněji než uvnitř.

Na úplně stejném principu jako tepelné čerpadlo funguje i lednička, kde je teplo také odváděno ze studenějšího místa (z výparníku) na místo teplejší. Přiložíte-li ruku za ledničku, zjistíte, že poměrně vydatně „topí“. Je to právě to teplo, které bylo odvedeno z výparníku chladničky.

Čtěte také: Význam obnovitelné energie

„Teplo se může samovolně šířit pouze z místa teplejšího na místo studenější", tak říká přirozený a všem známý základní princip přírody, o kterém mluví II. zákon termodynamiky (vědní disciplína zabývající se jevy spojenými s přenosem tepla). Abychom pochopili, na jakém principu fungují tepelná čerpadla, potřebujeme si v první řadě uvědomit, že v podstatě jde o technickou aplikaci dvou velmi důležitých přírodních jevů.

Prvním jevem je změna teploty při přeměně skupenství. Všichni si umíme představit tři skupenství vody, a to led, kapalnou vodu a vodní páru. Tato odpověď je správná, samozřejmě je nutné ji však doplnit o jeden údaj, a to je tlak. Tedy, teplota varu vody je 100 °C za normálního atmosférického tlaku (přesně 101,325 kPa).

Druhým jevem je tepelné chování látek při změně skupenství. Člověk, jako součást přírody, se chová přesně podle jejích zákonů. Pokud chceme své tělo dostat do stavu s vyšší energií, logika velí, že tuto energii musíme odněkud vzít (například se najíst).

Teplonosné médium (látka, kterou necháváme vypařovat, odebírá teplo ze zdroje; následně ji necháme zkondenzovat a předává nám naakumulované teplo; jednoduše řečeno jde o „přenašeč“ tepla) proudí v kapalném stavu ke zdroji tepla (podzemní voda, vzduch, velký objem půdy ...). V místě, kde chceme získávat teplo, náhle snížíme tlak média (většinou pomocí expanzního ventilu). Co se stane? Pokles tlaku způsobí, že teplota vypařování média klesne pod teplotu zdroje energie a médium se vypaří.

Následně je médium v plynném stavu i s naakumulovanou energií vedeno k místu, kde tuto energii chceme zužitkovat (například k akumulačnímu zásobníku vody). Zvýšení tlaku způsobí, že teplota kondenzace média vzroste nad teplotu v zásobníku vody a médium začne kondenzovat. Odevzdané teplo způsobí nárůst teploty okolí a jednoduše řečeno, zahřejeme vodu, kterou pak můžeme například vytápět (tj. ohřátá voda ze zásobníku je rozváděna např.

Čtěte také: České startupy a energie

Typy tepelných čerpadel

Tepelná čerpadla se dělí podle nositele nízkopotenciálního tepla a nositele přečerpané energie na:

Vzduch-voda: energie se odebírá ze vzduchu a předává se do vodního okruhu, kterým se (pomocí otopných těles, podlahového vytápění nebo výměníkem voda-vzduch) objekt vytápí. Topný faktor klesá se snižující teplotou venkovního vzduchu. Mezi hlavní výhody tepelných čerpadel systému vzduch-voda patří, že nevyžadují složité zemní práce ani přístup k podzemní vodě. Instalace je méně nákladná ve srovnání se systémy země-voda nebo voda-voda.
Země-voda: nízkopotenciální energie se může podle možností odebírat ze zemského masivu (předpokladem jsou vrtné práce nebo uložení registrů do země, hloubka vrtů nebo délka registru záleží na potřebném výkonu tepelného čerpadla). Topný faktor je celoročně prakticky konstantní.
Voda-voda: nízkopotenciální energie se odebírá čerpáním spodní vody ze zbudované studně (čerpací), odebíráním tepla čerpané vodě a navracením ochlazené vody zpět do druhé studny (vsakovací) tak, aby nebyl narušen režim spodních vod. Topný faktor je celoročně přibližně konstantní (lehce se mění se změnou teploty spodní vody).

Tepelné čerpadlo vzduch-voda

Tepelná čerpadla vzduch-voda získávají teplo z venkovního vzduchu a využívají ho k vytápění a ohřevu vody. Fungují na principu přenosu tepla z venkovního vzduchu přes výparník, kde se teplo absorbuje a následně se přenáší do topné vody pomocí kondenzátoru.

Na trhu se setkáváme se dvěma hlavními typy těchto zařízení - monoblok a split. Každý z nich má své výhody a specifika, která závisí na způsobu instalace a technologii distribuce chladiva.

Tepelné čerpadlo typu monoblok

Tepelné čerpadlo typu monoblok se vyrábí a montuje jako jeden celek v továrně. Klíčovou výhodou řešení monoblok je to, že chladivo je již naplněno a hermeticky uzavřeno během výroby, což znamená, že při instalaci není potřeba přítomnost odborníka na chladicí systémy pro manipulaci s chladivem.

Tepelné čerpadlo typu split

V případě splitového řešení jsou komponenty chladicího systému rozděleny mezi venkovní a vnitřní jednotku. Tento postup může být výzvou, protože je potřeba provést precizní manipulaci s chladivem přímo na místě instalace, což vyžaduje odborné dovednosti. Při montáži splitového systému je tedy nutné zapojit nejen topenáře, ale také specialistu na chladicí systémy, který zajistí správné naplnění a seřízení systému.

Čtěte také: Více o sluneční energii

Tepelné čerpadlo země-voda

Tepelné čerpadlo země-voda funguje na principu hermeticky uzavřeného chladicího okruhu s kompresorem, který využívá nízkopotenciální energii uloženou v zemině.

Zemní plošný kolektor

Zemní plošný kolektor funguje jako akumulátor tepla - v podstatě jde o obrovský solární kolektor. Při použití plošného kolektoru se počítá s tím, že je nutné mít pozemek o velikosti přibližně 1,5 až 2násobku obytné plochy domu. Nevýhodou tohoto řešení je, že na místě, kde jsou kolektory, již není možné hlouběji kopat nebo stavět základy, aby nedošlo k poškození systému.

Zemní vrt (sonda)

Zemní vrt využívá hlubinné teplo, které je stabilní po celý rok. Do vrtu jsou vloženy jedna nebo dvě trubky ve tvaru U, vyrobené ze speciálního plastu, které jsou naplněny nemrznoucí směsí.

Tepelné čerpadlo voda-voda

Tepelné čerpadlo voda-voda, které využívá podzemní vodu, potřebuje odběrnou studnu a vsakující studnu, kam se voda po využití vrací.

Tepelná čerpadla, která využívají povrchovou vodu, jsou závislá na sezónních změnách teploty vody.

Výkonové parametry

U tepelných čerpadel vzduch-voda se můžete setkat u hodnot výkonových parametrů například se zkratkou A2/W35 (EN 14511). To znamená, že hodnota topného výkonu, el. příkonu nebo topného faktoru je změřena při teplotě vzduchu 2℃ a teplotě otopné vody 35℃.

U tepelných čerpadel vzduch-voda se výkonové parametry udávají pro teplotu topné vody 35°C a teplotu vstupního vzduchu +2℃ (A2/W35) a -7℃ (A-7/W35). U systému země-voda se výkonové parametry udávají nejčastěji v bodě B0/W35, tzn. při teplotě nemrznoucí směsi z vrtu nebo plošného kolektoru 0℃ a teplotě topné vody 35℃.

Při porovnávání tepelných čerpadel je nutné porovnávat výkonové parametry ve stejném nominálním bodě (např. u země-voda B0/W35).

Chlazení pomocí tepelného čerpadla

Tepelná čerpadla mohou nejen vytápět, ale také chladit prostory.

Pasivní chlazení: je dostupné pouze u tepelných čerpadel typu voda-voda a země-voda. Tento způsob využívá nízkých teplot ze země nebo podzemní vody, které jsou přes výměník tepla přenášeny do vytápěcího systému.
Aktivní chlazení: je možné u všech typů tepelných čerpadel. Při tomto způsobu se zapne kompresor tepelného čerpadla, který pracuje obdobně jako klimatizace.

Většina modelů tepelných čerpadel od společnosti STIEBEL ELTRON je reverzibilních, což znamená, že dokážou přepínat mezi režimem vytápění a chlazení.

Účinnost tepelného čerpadla v průběhu roku

Tepelné čerpadlo tak během celého roku funguje v závislosti na klimatických podmínkách, přičemž jeho výkon a účinnost se mění v souladu s venkovními teplotami.

Tepelné čerpadlo v zimě

V zimě tepelné čerpadlo pracuje na principu odebírání nízkopotenciálního tepla z venkovního prostředí (vzduch, země nebo voda) a jeho následného zvýšení kompresí na teplotu potřebnou pro vytápění interiéru. Během zimního období mohou tepelná čerpadla typu vzduch-voda potřebovat odmrazování výparníku, protože kondenzace vlhkosti na studeném povrchu vytváří námrazu.

S klesajícími venkovními teplotami se účinnost tepelného čerpadla snižuje, což zároveň snižuje i koeficient výkonnosti (COP).

Tepelné čerpadlo v létě

Některá tepelná čerpadla mohou v létě sloužit jako chladicí systém. V létě se koeficient výkonnosti (COP) zvyšuje, protože venkovní teploty jsou vyšší a tepelné čerpadlo nemusí tolik „bojovat“ proti nízkým teplotám.

Akumulační zásobník

Akumulační zásobník slouží pro hydraulické oddělení otopné soustavy od tepelného čerpadla. To umožňuje provozovat tepelné čerpadlo při stálých podmínkách. Je tak zabráněno častému spínání (cca více než 3x za hodinu - může se lišit typ od typu) tepelného čerpadla.

Velikost akumulační nádoby je závislá na celkovém objemu vody v otopné soustavě, akumulačních schopnostech objektu a její optimální objem je otázkou projektového návrhu.

Ekonomická efektivnost tepelného čerpadla

Ekonomická efektivnost užití tepelného čerpadla závisí na jedné straně na provozních podmínkách TČ a na straně druhé na investičních nákladech. U novostaveb jsou zpravidla nejvýhodnější TČ typu země-voda, jelikož při stavbě nemovitosti může být provedena skrývka půdy a a bez větších nároků na zemní práce je umístěn zemní kolektor. Na druhé straně při rekonstrukci stávajících objektů je ekonomicky výhodnější využití TČ typu vzduch-voda, pro jehož instalaci není třeba doprava těžké techniky pro provedení skrývky nebo vrtů. Není dále nezbytné zasahovat do již upravených pozemků.

V případě provozních podmínek hraje kromě vhodné konfigurace TČ významnou roli také cena elektrické energie (případně zemního plynu). Před instalací TČ je vhodné zajistit si od dodavatele výhodnější sazbu tarifu elektrické energie.