Tepelné čerpadlo je zařízení, které odebírá tepelnou energii ze země, z vody nebo ze vzduchu při nízké teplotě a mění ji na teplotu, při níž se dá vytápět dům a ohřívat teplá užitková voda nebo bazén.

Správný chod čerpadla zajišťuje kompresor s dalšími prvky, který potřebuje pro změnu teploty trochu elektrické energie. Čerpadlo se skládá ze dvou částí: venkovní a vnitřní. Vnitřní jednotka se podobá ohřívači vody, venkovní část zajišťuje odebírání tepla ze zvoleného zdroje.

Teplo ze země

Teplo ze země, tzv. geotermální teplo, zpravidla využíváme nepřímo. Získáváme ho přes výměník tepla - zemní kolektor - a převádíme cirkulačním okruhem do výparníku tepelného čerpadla teplonosnou kapalinou, nemrznoucí a ekologicky nezávadnou. Cirkulaci kapaliny zajišťuje oběhové čerpadlo. Cirkulující kapalina se ve výparníku tepelného čerpadla ochlazuje a v zemním kolektoru ji znovu ohřívá geotermální teplo.

Zemní kolektor se montuje buď jako horizontální, uložený v hloubce 1,5 až 2 m pod povrchem země (vhodné zejména pro menší topné výkony). Také jako vertikální, uložený ve vrtu (vrtech) hlubokém až 150 m. S vertikálním zemním kolektorem dosahuje tepelné čerpadlo země-voda vyššího energetického efektu než s horizontálním kolektorem, který je uložen nízko pod povrchem země a v zimě je ovlivňován nízkými teplotami okolí.

Tepelná čerpadla využívající geotermální teplo se označují jako země-voda. K jejich výhodám patří stálý výkon.

Nevýhodné jsou vysoké pořizovací náklady (cena se zvyšuje o zemní práce) a také náročnost na technické řešení zemního kolektoru. Nutná odstávka tepelného čerpadla v letním období nedovoluje ohřívat teplou užitkovou a bazénovou vodu a záporem je i potřeba velkého prostoru pro instalaci plošného kolektoru, který negativně ovlivňuje vegetaci kolem.

Teplo ze vzduchu

Tepelné čerpadlo vzduch-voda (topný výkon cca 6-18 kW pro rodinné domy) si pořídíme spíš v oblastech s vyšší průměrnou teplotou vzduchu v topné sezoně a tam, kde by se hlubinné vrty prodražily a byly technicky náročné.

Vzduch je jako zdroj tepla nejdostupnější a prakticky neomezený. Je výhodný i z ekologického hlediska (teplo odebrané z okolního vzduchu se opět do okolí vrátí tepelnými ztrátami objektu). Teplo obsažené ve vzduchu se využívá přímo - venkovní vzduch proudí přímo výparníkem tepelného čerpadla.

V souvislosti se změnou teploty vzduchu v topném období se mění i topný výkon a topný faktor tepelného čerpadla. Při extrémně nízkých teplotách vzduchu topný výkon i topný faktor klesá, i když umoderních tepelných čerpadel není zhoršení energetických parametrů tak výrazné. Tepelná čerpadla pracují efektivně a spolehlivě do teploty okolního vzduchu až -25 °C.

K výhodám tepelného čerpadla vzduch-voda patří jednoduchá a relativně levná instalace (celková cena na klíč cca 200-400 000 Kč pro rodinný dům) a také fakt, že tepelná energie vzduchu se nemůže vyčerpat. V létě může čerpadlo zajišťovat chlazení domu (v případě instalace speciálních radiátorů) a ohřívat užitkovou nebo bazénovou vodu.

Vadit může zvýšená hladina hluku v těsném okolí venkovní části. Čerpadlo umístěné na zahradě lze vnímat jako esteticky rušivý prvek.

Nevýhodou je i závislost topného výkonu na venkovní teplotě vzduchu.

Teplo z vody

Také teplo, které obsahuje podzemní voda, je geotermální. I toto teplo využívají za určitých podmínek tepelná čerpadla, označovaná jako voda-voda. Voda ale musí splňovat určité podmínky. Musí mít hlavně vhodné chemické složení, být dostatečně čistá a mít po celé topné období teplotu minimálně 8 °C. Také musí být k dispozici v dostatečném množství (např. pro tepelné čerpadlo o výkonu 10 kW je potřebné průtočné množství vody cca 25 l/min při teplotě 10° C).

Voda se pak přímo přivádí do výparníku tepelného čerpadla. Podzemní voda má ze všech přírodních zdrojů tepla v otopném období nejvyšší teplotu, proto je energetický efekt tepelných čerpadel voda-voda nejlepší. Dostupnost tohoto zdroje tepla je ale omezená.

Teplo z podzemní vody se získává tak, že se voda čerpá z čerpací studny do výparníku tepelného čerpadla, kde se ochladí. Ochlazená voda se vrací do druhé, vsakovací studny. Ta musí být dostatečně vzdálená a umístěná tak, aby proudění podzemních vod směřovalo od vsakovací studny ke studni čerpací. Průtokem mezi oběma studněmi se voda v zemi opět ohřeje. Tak nedochází ani ke ztrátám podzemní vody, ani k poklesu jejího energetického potenciálu.

Tepelná čerpadla voda-voda zajišťují stálý výkon, vyznačují se příznivým topným faktorem a nízkou pořizovací cenou.

Nevýhodou je složité technické řešení, závislost na množství podzemní vody, přísné požadavky na chemické složení, teplotu a průtok vody i vyšší nároky na údržbu.

Vyplatí se koupě tepelného čerpadla?
Koupě tepelného čerpadla závisí na jeho ceně a na množství ušetřené energie. Pro běžný dům vyjde tepelné čerpadlo o 200-250 000 Kč dráž než plynové vytápění. Ale na provozu domu čerpadlo ročně ušetří 25 až 35 000 Kč. Při každoročním růstu cen energií je návratnost čerpadla 6-8 let.
Pořízení tepelného čerpadla můžeme brát i jako investici. Pak z vložených 200 000 Kč získáme ročně díky úsporám přibližně 25 000 Kč, což představuje úrok přesahující 12 %.