Čo treba vedieť o tepelných čerpadlách

• Tepelné čerpadlá - technológia pre úspory primárnej energie a emisií CO2
• Úspory primárnej energie
• Úspory emisií CO2
• Podiel tepelných čerpadiel vo vykurovaní
• Technológia tepelných čerpadiel
• Transformácia tepelnej energie na vyššiu teplotnú úroveň
• Rozdiely v teplotných úrovniach
• Ohrev i chladenie
• Parné kompresorové tepelné čerpadlá
• Pohonná energia obehu
• Absorpčné tepelné čerpadlá
• Proces absorpcie s vypudzovaním bez kompresie
• Zdroje nízkoteplotnej energie
• Okolitý (vonkajší ) vzduch
• Odpadný (ventilačný) vzduch
• Podzemná voda
• Povrchová voda
• Geotermálna voda
• Zemská kôra
• Slnečná energia
• Odpadné tepelné toky
• Výber zo zdrojov tepla
• Energetická a ekonomická efektívnosť tepelných čerpadiel
• Energetická efektívnosť
• Ekonomická efektívnosť
• Pracovné látky tepelných čerpadiel
• Aplikácie tepelných čerpadiel v priemysle, komunálnej sfére
• Priemyselné tepelné čerpadlá
• Tepelné čerpadlá pre vykurovanie a chladenie budov
• Záver

Tepelné čerpadlá - technológia pre úspory primárnej energie a emisií CO2

Úspory primárnej energie

Tepelné čerpadlá sú alternatívne zariadenia pre výrobu tepelnej energie v porovnaní s jej klasickou výrobou pomocou spaľovania fosílnych palív. Princíp ich funkcie je založený na termodynamickom  obehu strojného chladiaceho zariadenia (pozri kapitolu Technológia tepelných čerpadiel). Tepelné čerpadlá môžu za určitých podmienok dosiahnuť v porovnaní s klasickou konvenčnou výrobou tepelnej energie výrazné úspory primárnej energie - teda tepelnej energie obsiahnutej v chemickej forme vo fosílnych palivách (pozri kapitolu Energetická a ekonomická efektívnosť tepelných čerpadiel) a môžu byť najefektívnejšou formou zabezpečovania ohrievacích ale aj chladiacich procesov v priemysle aj v komunálnej sfére.

Úspory emisií CO2

Úspory primárnej  energie fosílnych palív (dané chemickou energiou - výhrevnosťou pevných, plynných alebo kvapalných prírodných palivových zdrojov) sú kvantitatívne priamo úmerné úsporám emisií CO₂ a tepelné čerpadlá sú teda z hľadiska vplyvu na globálne otepľovanie planéty v porovnaní s klasickou výrobou tepla ekologickejšou technológiu úmerne dosiahnutým kvantitatívnym úsporám primárnej energie.

V prípade, že primárna pohonná energia pre systémy tepelných čerpadiel nie je získavaná z chemickej energie fosílnych palív, ale napríklad z jadrovej a vodnej energie, potom použitie takýchto energetických zdrojov nemá  negatívny ekologický vplyv, pretože pri ich výrobe nedochádza k emisiám CO₂.

Podiel tepelných čerpadiel vo vykurovaní

Globálne celosvetové emisie CO₂  dosahovali v roku 1997 22 biliónov ton, z čoho sa vykurovanie budov podieľa 30 %  a priemyselné ohrievacie procesy 35 % , teda spolu 14,3 bil. ton emisií. Pri využití tepelných čerpadiel na približne 30 % pri vykurovaní budov by bolo možné už v súčasnosti dosiahnuť úsporu emisií až 1 bil. ton CO₂ a v priemysle minimálne 0,2 bil. ton, dokopy teda úspora asi 8 % emisií vykurovacích a ohrievacích procesov (na základe údajov na http://www.heatpumpcentre.org/tutorial). Pri očakávanom zvýšení účinnosti výroby elektrickej energie (najmä kogeneračným spôsobom jej výroby) ako aj zvyšovaní samotnej energetickej efektívnosti prevádzky tepelných čerpadiel by bolo možné už v blízkej budúcnosti dosiahnuť až dvojnásobok uvedenej úspory emisií CO₂ pri vykurovacích a ohrievacích procesoch v priemyselnej aj komunálnej sfére (prevzaté z http://www.heatpumpcentre.org).

Dosiahnutie uvedeného asi 30 % podielu výroby tepla tepelnými čerpadlami pre vykurovacie a ohrievacie procesy v komunálnej sfére predpokladá okrem výskumného úsilia pre celosvetové rozšírenie a optimalizáciu energetickej efektívnosti tejto technológie konkrétnu štátnu  stimuláciu a finančnú podporu trhu, ktorá umožní v oveľa širších aplikáciách ekonomickú konkurencie schopnosť týchto zariadení voči klasickým technológiám výroby tepla, ktoré sú všeobecne investične výrazne lacnejšie.

Technológia tepelných čerpadiel

Tepelné čerpadlá pracujú ako už bolo uvedené na princípe termodynamického chladiaceho obehu, ktorý je v súčasnosti používaný najmä v realizácii parného kompresorového a absorpčného chladiaceho obehu. V obidvoch aplikáciách je tepelná energia transformovaná do nízkotlakej časti obehu (výparníka zariadenia) z okolitého prostredia (vzduch, voda, pôda ako aj odpadné tepelné toky z priemyselných technologických aj iných tepelných procesov) a získávaná z vysokotlakej časti (kondenzátora zariadenia) ako užitkový tepelný tok pre vykurovacie a iné ohrievacie tepelné procesy.

Transformácia tepelnej energie na vyššiu teplotnú úroveň

            Pre uskutočnenie takejto transformácie tepelnej energie z nižšej na vyššiu teplotu je potrebné do systému samozrejme dodať pohonnú energiu vo forme mechanickej energie alebo vysokoteplotnej tepelnej energie. Celkový úžitkový tepelný tok z kondenzátora zariadenia je potom súčtom nízkoteplotnej energie dodanej do výparníka a pohonnej energie zariadenia.

            Keďže nízkoteplotná energia získavaná z okolitého prostredia je sekundárnym odpadným  zdrojom energie, efektívnosť takejto transformácie energie závisí od pomeru množstva „zadarmo“ získanej nízkoteplotnej energie k množstvu pohonnej energie zariadenia. Tento pomer závisí najmä od teplotných parametrov jednotlivých energetických tokov, ako je podrobne vysvetlené v kapitole Energetická a ekonomická efektívnosť tepelných čerpadiel.

Rozdiely v teplotných úrovniach

Rozdiel medzi funkciou tepelného čerpadla a chladiaceho zariadenia je teda len v teplotnej úrovni energetických tokov dodávaných do nízkotlakej časti obehu (výparníka zariadenia) a získavaných z vysokotlakej časti obehu (kondenzátora). V tepelnom čerpadle teplotná  úroveň  toku  energie  do výparníka odpovedá teplotnej úrovni použitého okolitého prostredia (voda, vzduch, ap.), teplotná úroveň úžitkového tepelného toku z kondenzátora odpovedá požadovanej teplotnej úrovni vykurovacieho alebo iného ohrievacieho procesu. V chladiacom zariadení naopak tepelný tok z kondenzátora odpovedá teplote okolitého prostredia používaného pre chladenia kondenzátora (väčšinou okolitý vzduch alebo voda) a teplotná úroveň tepelného toku do výparníka musí odpovedať požadovanej teplote chladenej látky.

Ohrev i chladenie

Tepelné čerpadlo alebo chladiace zariadenie je možné využiť  pre ohrievacie a chladiace procesy striedavo (najmä v aplikácii na teplovzdušné vykurovanie v zime a klimatizáciu v lete), alebo aj súčasne, čo je energeticky efektívne ak rozdiely medzi potrebnými teplotami tepelných tokov do výparníka a z kondenzátora zariadenia  nie sú príliš veľké.

Obrázok 1

Parné kompresorové tepelné čerpadlá

Najväčší podiel v súčasnosti realizovaných tepelných čerpadiel pracuje na princípe parného kompresorového chladiaceho obehu. Hlavné komponenty takéhoto systému s ich vzájomným energetickým prepojením znázorneným schematicky na obrázku 1 sú:

o        kompresor (komprimuje pomocou dodávanej mechanickej energie na kompresor nasávané pary chladiva z výparníka na tlak v kondenzátore),

• kondenzátor (v ňom dochádza k ochladzovaniu a skvapalneniu pár chladiva vonkajším tepelným tokom využívaným ako zdroj tepelnej energie),
• expanzný ventil (znižuje tlak kvapalného chladiva z kondenzačného na tlak vo výparníku),
• výparník (dochádza v ňom k vyparovaniu chladiva pomocou vonkajšieho tepelného toku získavaného z okolitého prostredia).

Uvedený termodynamický obeh sa uskutočňuje pomocou pracovnej látky - chladiva, ktorého vlastnosti - najmä bod varu a kondenzácie v závislosti od tlaku musí odpovedať požadovaným teplotným parametrom tepelných tokov do výparníka a z kondenzátora - bližšie vysvetlenie pozri v kapitole Pracovné látky tepelných čerpadiel.

Pohonná energia obehu

Pohonná mechanická energia na kompresor popísaného obehu sa väčšinou realizuje pomocou elektrickej energie prostredníctvom elektromotora, celková energetická efektívnosť zariadenia potom výrazne závisí aj od účinnosti výroby elektrickej energie - bližšie pozri kapitolu Energetická a ekonomická efektívnosť tepelných čerpadiel. Mechanický pohon kompresora je možné v praktických aplikáciách realizovať aj pomocou spaľovacieho motora prípadne parnej alebo plynovej turbíny. Hlavnou výhodou takýchto inštalácií je využitie odpadných horúcich plynov pohonného zariadenia pre ďalší zisk a zvýšenie teplotnej úrovne získávanej tepelnej energie - podrobnejšie pozri kapitolu Aplikácie tepelných čerpadiel v priemysle a komunálnej sfére a Energetická a ekonomická efektívnosť tepelných čerpadiel.

Absorpčné tepelné čerpadlá

Hlavné komponenty a ich energetické prepojenie tepelného čerpadla  pracujúceho na princípe absorpčného chladiaceho obehu sú znázornené na obrázku 2. Pracovnou látkou obehu je dvojica látok - absorbent a chladivo (v súčasnosti sa používa pre tepelné čerpadlá väčšinou voda ako chladivo a lithium bromid ako absorbent). Pohonnou energiou takéhoto systému je vysokoteplotná tepelná energia dodávaná väčšinou pomocou vodnej pary, horúcej tlakovej vody alebo spaľovaním plynného paliva  do generátora (vypudzovača) systému.

V generátore systému absorpčného tepelného čerpadla  sa uvedená dvojica pracovných látok s výrazne rozdielnym bodom varu v závislosti od tlaku tepelnou cestou rozdeľuje, chladivo sa vypudzuje a prúdi do kondenzátora a výparníka, kde plní rovnakú funkciu ako v kompresorovom chladiacom obehu a absorbent prúdi cez expanzný ventil do absorbéra, kde sa zlučuje s parami chladiva z výparníku (je to chemická reakcia, pri ktorej vzniká teplo a preto treba absorbér chladiť - získávame teda navyše okrem tepelného toku z kondenzátora aj tepelný tok z absorbéra). Roztok chladiva a absorbenta sa v kvapalnom stave čerpá z absorbéra do generátora a tak dochádza k uzavretiu celého kontinuálneho absorpčného cyklu.

Proces absorpcie s vypudzovaním bez kompresie

Na rozdiel od kompresorového obehu je teda v absorpčnom obehu proces kompresie pracovnej látky nahradený procesom absorpcie a vypudzovania tepelnou cestou, čím odpadá nutnosť použitia mechanickej pohonnej energie, ak neuvažujeme potrebu mechanickej pohonnej energie na čerpanie roztoku chladiva a absorbenta do generátora, na čo je potrebná najmä u veľkých zariadení len zanedbateľná časť pohonnej energie zariadenia.

Obrázok 2

V porovnaní s kompresorovými tepelnými čerpadlami dosahujú absorpčné zariadenia vyššiu energetickú efektívnosť najmä pri veľkých tepelných výkonoch a pri možnosti využitia generovaného tepelného toku nielen z  kondenzátora ale aj z absorbéra. Výskum a vývoj absorbčných tepelných čerpadiel z hľadiska zvyšovania ich energetickej aj ekonomickej efektívnosti je v poslednom období tak výrazný, že je možné v najbližšej budúcnosti očakávať až kvantitatívne dvojnásobné zvýšenie parametrov ich efektívnosti pre najmä priemyselné aplikácie - podrobnejšie pozri kapitolu  Aplikácie tepelných čerpadiel v priemyselnej a komunálnej sfére a Energetická a ekonomická efektívnosť tepelných čerpadiel.

Zdroje nízkoteplotnej energie

Parametre zdroja nízkoteplotnej energie pre výparník obehu tepelného čerpadla, najmä jeho teplotná úroveň, hmotnostný tok a dostupnosť podstatne ovplyvňujú energetickú aj ekonomickú efektívnosť systému tepelného čerpadla ako aj dosiahnuteľné množstvo (kvantitu) získanej tepelnej energie zo systému - podrobnejšie vysvetlenie pozri v kapitole Energetická a ekonomická efektívnosť tepelných čerpadiel. V tabuľke 1 sú uvedené základné možné zdroje tepla pre výparník obehu s rozmedzím  ich teplotnej úrovne v našich klimatických podmienkach (čiastočne prevzaté z http:// www.heatpumpcentre.org).

Tabuľka 1

Okolitý (vonkajší ) vzduch

            Je to všeobecne dostupný a najčastejšie používaný zdroj tepla, na ktorého získanie sú potrebné minimálne investičné náklady. Hlavnou nevýhodou sú veľké fluktuácie (zmeny) jeho teplotnej úrovni počas roka aj v priebehu dňa a nízka teplotná úroveň v zimných mesiacoch, kedy je najvyššia  kvantitatívna aj kvalitatívna (teplotná) potreba produkcie tepelnej energie pre vykurovacie účely.

Obrázok 3  Tepelné čerpadlo vzduch voda umiestnené vo vonkajšom prostredí

Fluktuácie teplotnej úrovne vyžadujú dokonalú a hospodárnu reguláciu prevádzky systému tepelného čerpadla, nízka teplotná úroveň v zimných mesiacoch vyžaduje veľký teplotný rozdiel medzi kondenzačnou a výparnou teplotou z čoho vyplýva nízka energetická efektívnosť prevádzky v tomto období - podrobnejšie vysvetlenie v kapitole Energetická a ekonomická efektívnosť tepelných čerpadiel.

Na znižovanie energetickej efektívnosti systému tepelného čerpadla so vzduchom ako zdrojom nízkoteplotnej energie vplýva tiež v mnohých praktických aplikáciách potreba zabezpečiť odmrazovanie námrazy vznikajúcej na výparníku v dôsledku obsahu vody vo vzduchu vo forme atmosférickej vlhkosti. Z toho vyplýva aj nutnosť optimálnej regulácie odmrazovania výparníkov pre dosiahnutie čo najvyššej energetickej efektívnosti takýchto aplikácií.

Odpadný (ventilačný) vzduch

Je veľmi výhodným zdrojom tepelnej energie pre tepelné čerpadlá v obytných budovách najmä z hľadiska relatívne vysokej teplotnej úrovne bez teplotných fluktuácií. Pre veľké budovy je výhodné použiť tepelné čerpadlá s odpadným vzduchom v kombinácii s výmenníkmi tepla vzduch-vzduch pre znovuzískanie tepelnej energie. Nevýhodou tohto zdroja tepla je jeho limitované dostupné množstvo, čo potom obmedzuje aj veľkosť dosiahnuteľného tepelného výkonu tepelného čerpadla. Takéto riešenia sú vhodné pre nízkoenergetické domy.

Podzemná voda

Je z energetického hľadiska veľmi výhodným zdrojom tepla o teplotnej úrovni 4 až 10 °C bez výraznejších teplotných fluktuácií. Pre otvorené systémy je ale potrebná vzhľadom na vodohospodárske predpisy reinjektáž použitého prietoku do ďalšieho podzemného vrtu, zatvorené systémy vyžadujú vyparovanie pracovnej látky v podzemnom výmenníku tepla, čo prináša zníženie teplotnej úrovne vo výparníku a tak zníženie energetickej efektívnosti inštalácie. Hlavnou nevýhodou obidvoch systémov sú investične pomerne vysoké náklady pre získanie predmetného vodného zdroja tepelnej energie.

Povrchová voda

Povrchová voda jazier, tokov a pod. je z hľadiska dostupnosti a investičnej náročnosti pre jej získanie výhodným zdrojom tepelnej energie, ale hlavnou nevýhodou je jej nízka teplotná úroveň počas zimných mesiacov, čo môže zapríčiniť jej zamrznutie vo výparníku systému. Preto je jej použitie obmedzené do teplotnej úrovne cca 6 až 7 °C. Morská voda je výborným zdrojom tepla pre inštalácie tepelných čerpadiel, pretože v hĺbke 25 až 50 m dosahuje stabilnú teplotnú úroveň 5 až 8 °C. Nevýhodou sú vyššie investičné náklady na jej získanie a vysoká korozívnosť, čo vyžaduje zasa zvýšené náklady na výmenníky tepla.

Geotermálna voda

Geotermálna voda o teplotnej úrovni 15 až 90 °C je energeticky veľmi výhodným zdrojom pre tepelné čerpadlá, základnou nevýhodou sú veľmi vysoké investičné náklady na jej získanie (vrty do hĺbky až niekoľko km), vysoký stupeň korozívnosti a jej dostupnosť len v mieste výskytu. Výhodným riešením môže byť využitie geotermálnej vody o vysokej teplote najprv  na získanie tepla priamo vo výmenníkoch tepla voda–voda a potom pri jej ochladení na 15 až 25 °C ako zdroj tepla pre tepelné čerpadlá (takáto inštalácia je efektívne prevádzkovaná na zabezpečenie tepelných potrieb nemocnice a sídliska v Galante).

Zemská kôra (pôda)

Tepelná energie obsiahnutá v zemskej kôre vzhľadom na jej vysokú teplotnú úroveň (teplota pôdy v hĺbke 10 metrov dosahuje približne priemernú ročnú teplotu vzduchu) a  minimálnu fluktuáciu počas roka je z energetického hľadiska vysoko efektívna pre využitie v tepelných čerpadlách pomocou vertikálnych vrtov do hĺbky 100 až 150 metrov (energetické potreby rodinného domu je možné zabezpečiť vrtom o priemere cca 12 cm do hĺbky cca 120m), alebo pomocou podzemných horizontálnych výmenníkov v hĺbke cca 1,5 až 3 m. Základnou nevýhodou sú mimoriadne vysoké investičné náklady pre inštalácie takýchto podzemných systémov.

Slnečná energia

Slnečná energia premenená na tepelnú energiu pomocou slnečných kolektorov je z energetického hľadiska veľmi výhodným zdrojom pre tepelné čerpadlá, teplotnú úroveň tohto zdroja je možné plne prispôsobiť požiadavkám užívateľa (je  daná druhom a kvalitou slnečného kolektora). Základnou nevýhodou okrem pomerne vysokých nákladov inštalácie je sezónny charakter tohto zdroja (v našich klimatických podmienkach sa v zimnom období  vyskytujú periódy bez slnečného svitu bežne až v dĺžke 10 dní), čo vyžaduje používať alternatívne systémy výroby tepla alebo systémy s veľkými akumulátormi tepla, čo okrem vysokej finančnej náročnosti prináša aj ďalšie priestorové a iné problémy.

Odpadné tepelné toky

Odpadné energetické toky vo forme hmotnostných tokov tekutín (plynov a kvapalín) z technologických (napríklad tepelné odpady z potravinárskeho a energetického priemyslu)  aj iných tepelných procesov (napríklad domové odpady, kanalizácia a iné) sú vzhľadom na ich vo všeobecnosti vysokú teplotnú úroveň bez teplotných fluktuácií z energetického hľadiska veľmi výhodným zdrojom energie pre veľké priemyselné tepelné čerpadlá. Nevýhodou je  nutnosť ich využitia  v mieste výskytu, kde často chýba požiadavka potreby výroby ďalšej tepelnej energie.

Výber zo zdrojov tepla

Na základe uvedeného je možné konštatovať, že zo všetkých uvedených zdrojov nízkoteplotnej energie je v podmienkach Slovenska z hľadiska najmä investičnej náročnosti na jeho získanie základným, všeobecne dostupným zdrojom okolitý (vonkajší) vzduch. Uvedené nevýhody tohto zdroja, ktoré zapríčiňujú nižšiu energetickú efektívnosť prevádzky v mnohých aplikáciách, je možné v budúcnosti zmenšovať nielen samotným vývojom systémov tepelných čerpadiel s vyššou energetickou efektívnosťou (optimalizáciou jednotlivých komponentov, hospodárnejšou reguláciou a pod.) ale aj inštaláciou rôznych kombinovaných systémov výroby tepla, chladu aj elektrickej energie pre špeciálne podmienky jednotlivých užívateľov uvedených tokov energií.

 Pre efektívne využitie systémov tepelných čerpadiel so vzduchom ako zdrojom nízkoteplotnej energie pre vykurovanie rodinných domov, bytov a pod. bude potrebná aj štátna  finančná podpora takýchto inštalácií, aby bolo možné dosiahnuť pre užívateľa ekonomickú efektívnosť investície – podrobnejšie pozri v kapitole Energetická a ekonomická efektívnosť tepelných čerpadiel.

Energetická a ekonomická efektívnosť tepelných čerpadiel

Energetickú aj ekonomickú efektívnosť tepelných čerpadiel nie je možné ako na chladiacich zariadeniach vyjadriť kvantitatívnymi hodnotami dosahovanej spotreby primárnej energie resp. celkových ročných nákladov na vyrobenú energiu, pretože ide o alternatívny systém výroby tepelnej energie oproti bežne používaným spôsobom. Je teda  potrebné vyjadriť rozdiely dosahovaných energetických a ekonomických parametrov systému tepelného čerpadla voči konkrétnemu bežne používanému spôsobu výroby tepelnej energie  v danom mieste a čase inštalácie tepelného čerpadla.

Použitie tepelného čerpadla z hľadiska užívateľa môže byť efektívne (užitočné) len vtedy, ak celkové ročné náklady na výrobu jednotkového množstva tepelnej energie sú menšie ako s porovnávaným klasickým spôsobom výroby tepla a doba návratnosti investície je výrazne menšia ako jej životnosť. Dosiahnutie úspor primárnej energie tepelným čerpadlom v porovnaní s klasickou výrobou tepla ešte nijako nezaručuje dosiahnutie ekonomickej efektívnosti inštalácie, ale je  (ako bude ďalej vysvetlené) len jej základným predpokladom.

Energetická efektívnosť

Energetickú efektívnosť výroby tepelnej energie tepelným čerpadlom je možné vyjadriť kvantitou vyrobenej tepelnej energie na jednotku dodávanej pohonnej energie do systému (čo je mechanický príkon kompresora alebo tepelný príkon generátora v prípade absopčného cyklu). Tento pomer nazývame výkonové číslo, označujeme COP (z anglického „coefficient of performance“). Je zrejmé, že čím väčšiu hodnotu COP systém dosahuje, tým vyrobí viac užitočnej tepelnej energie na jednotku dodávanej pohonnej energie a je teda energeticky efektívnejší. To ale platí len pri porovnaní systémov tepelných čerpadiel s rovnakým druhom pohonnej energie (teda kompresorových s mechanickou pohonnou energiou medzi sebou a takisto absorpčných s tepelnou pohonnou energiou).

             Kvantitatívne porovnanie hodnôt COP parných kompresorových a absorpčných systémov tepelných čerpadiel teda nie je možné, pretože mechanická pohonná energia sa vyrába z tepelnej energie spaľovaním fosílnych palív v tepelných cykloch s určitou hodnotou účinnosti transformácie jednotlivých druhov energie (z chemickej energie paliva na tepelnú energiu a potom na mechanickú energiu). Hodnota COP je teda nedokonalým vyjadrením energetickej efektívnosti termodynamických obehov tepelných čerpadiel, pretože nie je ju možné obecne využiť pre porovnávanie energetických systémov výroby tepla s rôznymi druhmi pohonnej energie.

            Tento nedostatok je možné odstrániť definovaním energetickej efektívnosti systému ako pomeru spotrebovanej pohonnej primárnej energie (primárna energia je tepelná energia obsiahnutá vo fosílnom palive daná výhrevnosťou paliva) na jednotku vyrobenej užitočnej tepelnej energie. Takto vyjadrenú energetickú efektívnosť nazývame stupeň využitia primárnej energie a označujeme PER (z anglického „primary energy rate). Je zrejmé, že čím nižšiu hodnotu PER systém dosahuje, tým spotrebuje menej primárnej energie na jednotku vyrobenej užitočnej energie a tým je energeticky efektívnejší. Pomocou hodnôt PER je možné na rozdiel od hodnôt výkonového čísla COP porovnávať ľubovolné energetické systémy na výrobu tepla,  s rôznymi druhmi pohonnej aj produkovanej energie, ako aj rôzne kombinované systémy výroby tepla, chladu a elektrickej energie.  

            Obidve hodnoty COP aj PER výrazne závisia od teplotného rozdielu medzi kondenzačnou a výparnou teplotou systému daného najmä teplotou zdroja nízkoteplotnej energie pre výparník (so zväčšovaním tohto rozdielu energetická efektívnosť výrazne klesá) a druhu a účinnosti výroby dodávanej pohonnej energie systému. Dosiahnuteľné hodnoty COP a PER pre rôzne typy a pohonné energie tepelných čerpadiel pri výparnej teplote 0 °C a kondenzačnej teplote 50 °C sú uvedené v tabuľke 2

Tabuľka 2

            Porovnanie energetickej efektívnosti výroby tepla tepelným čerpadlom s klasickou výrobou tepla napríklad spaľovaním fosílneho paliva v kotle je možné pomocou pomeru tepelného výkonu tepelného čerpadla a kotla pri rovnakej spotrebe primárnej energie. Potom je možné vypočítať úsporu primárnych energetických zdrojov (úsporu fosílneho paliva) použitím systému tepelného čerpadla voči výrobe tepla v kotle. Hodnota tejto úspory je pri použití tepelného čerpadla s pohonom kompresora elektromotorom závislá od hodnoty výkonového čísla COP daného tepelného čerpadla, účinnosti porovnávaného kotla a účinnosti výroby elektrickej energie vrátane rozvodu.

            Na obrázku 4 je zobrazený rozsah skutočných hodnôt COP dosahovaných rôznymi typmi a veľkosťami tepelných čerpadiel v závislosti od kondenzačnej teploty pri teplote zdroja nízkoteplotnej energie 0 °C (prevzaté z http://www.heatpumpcentre.org)

            Na dosahované hodnoty energetickej efektívnosti výroby tepla tepelnými čerpadlami vplývajú aj spotreby energie pre pomocné systémy dodávky a distribúcie jednotlivých energetických tokov, ktoré treba zarátať do pohonnej energie systému (ako sú čerpadlá, ventilátory a pod.), technická dokonalosť – optimalizácia jednotlivých komponentov systému, dimenzovanie veľkosti príkonu a výkonu systému vzhľadom na premenlivé požiadavky na kvantitu a kvalitu vyrábaného tepelného toku, regulačný systém prevádzky –jeho hospodárnosť a iné. Priemyselné tepelné čerpadlá veľkých výkonov dosahujú vyššiu energetickú efektívnosť, čo sa výraznejšie prejavuje najmä na absorpčných tepelných čerpadlách - podrobnejšie pozri v kapitole Aplikácie tepelných čerpadiel v priemyselnej a komunálnej sfére.

Obrázok 4

Ekonomická efektívnosť

            Základnou podmienkou pre dosiahnutie ekonomickej efektívnosti použitia tepelného čerpadla ako alternatívneho systému výroby tepelnej energie je, že celkové ročné náklady na vyrobené teplo, sú ako už bolo uvedené menšie ako náklady na rovnaké množstvo tepla vyrobené konvenčným systémom výroby všeobecne dostupným a používaným v mieste zamýšľanej inštalácie tepelného čerpadla (vo väčšine prípadov ide o výrobu tepla spaľovaním fosílnych palív v kotle na výrobu vodnej pary alebo vykurovacej vody).

            Celkové ročné náklady sa skladajú z podielov (odpisov) jednorázových investičných nákladov a prevádzkových nákladov, z  ktorých hlavný podiel tvoria náklady na pohonnú energiu systému. Keďže v praktických prípadoch sú investičné náklady na systémy tepelných čerpadiel vždy výrazne vyššie ako investičné náklady na konvenčné vykurovacie systémy, dosiahnutie základnej podmienky ekonomickej efektívnosti a účelnosti použitia tepelného čerpadla na výrobu tepla závisí predovšetkým od kvantity dosiahnutej úspory primárnej pohonnej energie systému tepelného čerpadla (teda od hodnôt COP a účinností transformácií použitých energetických tokov) a samozrejme od cien jednotlivých druhov energií vstupujúcich do porovnávaných systémov.

            Dosiahnutie základnej podmienky ekonomickej efektívnosti, ako už bolo uvedené ešte nezaručuje z hľadiska užívateľa výhodnosť a účelnosť použitia systému tepelného čerpadla na výrobu tepla. Rozhodujúcim faktorom je výpočet návratnosti vloženej investície na takýto spôsob výroby tepla, v oblasti priemyselných tepelných čerpadiel by nemala návratnosť prekročiť cca 10 rokov, v oblasti súkromných užívateľov (vykurovanie rodinných domov a pod.) je prijateľná doba návratnosti do cca 5 -7  rokov.

Pracovné látky tepelných čerpadiel

            Ako pracovné látky tepelných čerpadiel sa používajú v zásade tie látky, ktoré umožňujú realizáciu termodynamického chladiaceho obehu v chladiacich zariadeniach nazývané vo všeobecnosti chladivami.

            Vzhľadom na to, že vo väčšine systémov tepelných čerpadiel je potrebná pre výrobu tepla vyššia kondenzačná teplota ako v chladiacich zariadeniach (tá je daná väčšinou teplotou okolitého vzduchu alebo vody používanej pre chladenie kondenzátora), sú pre tepelné čerpadlá vhodné  chladivá s  vyššou teplotou skupenskej premeny v závislosti od tlaku.    Z prírodných chladív, tzn. z látok prirodzene existujúcich v našej biosfére, ktoré majú zanedbateľný alebo nulový vplyv na rozpad ozónovej vrstvy Zeme ako aj na globálne otepľovanie,  je možné pre tepelné čerpadlá použiť:

o    amoniak (NH₃), je to z termodynamického hľadiska veľmi efektívna pracovná látka, nevýhodou je jej horľavosť, výbušnosť a toxicita, preto pripadá do úvahy predovšetkým pre použitie v systémoch s nepriamym (sekundárnym) rozvodom chladu, s bezpečnostnou ventiláciou priestorov a pod. V  budúcnosti sa predpokladá širšie použitie amoniaku najmä vo vysokoteplotných priemyselných tepelných čerpadlách po dokončení vývoja potrebných vysokotlakých kompresorov (do 40 barov výtlačného tlaku),

o    uhľovodíky (HCs), sú horľavé chladivá známe už z dávnej histórie. V súčasnosti propán, propylén a zmesi propánu, butánu, izobutánu a etánu sa ukazujú ako energeticky výhodné pracovné látky pre tepelné čerpadlá pri malej kvantite náplne v obehu a dodržaní ďalších bezpečnostných opatrení.

o    voda, je vynikajúcim chladivom pre vysokoteplotné priemyselné tepelné čerpadlá pre jej vhodné vlastnosti, netoxickosť, nehorľavosť a iné. Je ju možné použiť v rozsahu kondenzačných teplôt od 80 do 150 až 300 °C . Základnou nevýhodou je malá objemová tepelná kapacita (J/m³), čo vyžaduje veľké a drahé kompresory.

o    CO₂  je perspektívnym chladivom pre tepelné čerpadlá vzhľadom na jeho priaznivé vlastnosti ako netoxickosť, nehorľavosť, kompatibilnosť k rôznym mazivám, konštrukčným materiálom, ..., má vysokú objemovú tepelnú kapacitu a je možné dosiahnuť nízky pomer kondenzačného a výparného tlaku, čo priaznivo vplýva na dosiahnutie vysokej energetickej efektívnosti obehu. Nevýhodou je nutnosť použitia tzv. transkritického termodynamického obehu, kedy  tlak po kompresii dosahuje nadkritické hodnoty (cca 70 až 90 barov), pri odvode tepla nedochádza teda ku kondenzácii chladiva ako v kompresorovom chladiacom obehu. Vývoj odpovedajúcich vysokotlakých kompresorov pre CO₂ sa v súčasnosti ukončuje, problémom zatiaľ zostávajú vysoké investičné náklady na realizáciu takéhoto obehu.

            V súčasnosti sa pre tepelné čerpadlá používajú najmä pracovné látky z oblasti  umelo vytvorených látok, ide o halogénované uhľovodíky všeobecne už niekoľko desaťročí najviac využívané v chladiacej technike pre ich výborné termofyzikálne vlastnosti, najmä vysokú objemovú tepelnú kapacitu, nehorľavosť, nevýbušnosť, netoxickosť a iné. Základnou nevýhodou týchto látok je, že niektoré z nich (tie ktoré obsahujú chlór) spôsobujú rozpad ozónovej vrstvy Zeme a všetky zapríčiňujú globálne otepľovanie (skleníkový efekt). Stupeň týchto ekologicky škodlivých vlastností jednotlivých chladív je rôzny a preto ich rozdeľujeme na:

o    plne halogenované uhľovodíky (CFCs), kde všetky atómy vodíku sú nahradené halovými prvkami (fluórom a chlórom). Tieto majú z hľadiska rozpadu ozónovej vrstvy Zeme aj skleníkového efektu kvantitatívne najhoršie pôsobenie a preto na základe medzinárodných dohovorov (Montrealského protokolu a následných dodatkov) bola ich výroba a obchodovanie s nimi zastavené od roku 1966. Ide o chladivá ako R11, R12 (najčastejšie používané v domácom chladení), R113, R115, ..., a zmesi ako R500 (R12 + R152a), R502 (R22 + R115) a iné.

o    čiastočne halogenované uhľovodíky (HCFCs), kde v molekule zostal prinajmenšom jeden atóm vodíku. Tieto chladivá majú výrazne kvantitatívne menšie ekologicky škodlivé účinky najmä na rozpad ozónovej vrstvy Zeme (až 50 krát) a preto je ich možné ešte v súčasnosti vyrábať a obchodovať s nimi (požívajú sa najmä ako náhradné a alternatívne chladivá za CFCs chladivá v starých zariadeniach), do nových zariadení sa už nepoužívajú. Medzinárodné dohovory postupne redukujú ich výrobu v EÚ s ukončením v roku 2010 a používanie v roku 2015. Ide o chladivá R22, R123, R124, R141b a iné a ternárne zmesi s chladivom R22 ako sú  R401, R402A, R403A, R408, R409A, R409B a ďalšie.

o    fluorované uhľovodíky (HFCs), kde sú atómy vodíka nahradzované iba fluórom, teda molekula neobsahuje z ekologického hľadiska na ozónovú vrstvu zeme škodlivý chlór. Treba si uvedomiť, že aj tieto halogenované uhľovodíky, často nesprávne označované ako „ekologicky neškodlivé alebo čisté“ spôsobujú v obdobnej kvantitatívnej miere ako HCFCs uhľovodíky globálne otepľovanie planéty. Ide o chladivá ako R134a (energeticky najvhodnejšia náhrada za R12), R152a, R125 a R32 (časté zložky zmesí chladív), R143a (s podobnými vlastnosťami ako R502 a R22) a iné a ternárne zmesi chladív ako sú R404A, R407C a R410A (možné náhrady R22 v existujúcich zariadeniach), R507 a iné.

            Výber pracovnej látky pre systémy tepelných čerpadiel je potrebné vykonať najmä z hľadiska prevádzkových podmienok – ide   najmä o  potrebnú  teplotnú  úroveň  v kondenzátore (treba kontrolovať najmä teplotu chladiva po kompresii, ktorá je podstatne vyššia ako kondenzačná - pri kondenzačnej teplote cca 45 až 50 °C dosahuje aj nad 100 °C s halogenovanými uhľovodíkmi, pričom väčšina z týchto chladív začína byť nestabilná pri cca 120°C), kompatibility s mazacími olejmi a materiálmi, ekologických vlastností (v súčasnosti do nových zariadení sa používajú už len HFCs chladivá).

            Použitie jednotlivých druhov chladív má samozrejme aj vplyv na dosahovanú úroveň energetickej efektívnosti obehu (hodnôt COP a PER). Všeobecne je ale potrebné konštatovať, že energetická efektívnosť prevádzky systému tepelného čerpadla v oveľa väčšej miere ako na použitom chladive závisí od samotného návrhu systému,  podmienkach prevádzky (najmä spôsobu regulácie),  mieste a druhu aplikácie a pod.

Aplikácie tepelných čerpadiel v priemysle, komunálnej sfére

Priemyselné tepelné čerpadlá

            V súčasnosti je v priemyselnej oblasti inštalovaných relatívne veľmi málo systémov tepelných čerpadiel. Je možné ale predpokladať, že v blízkej budúcnosti sa tepelné čerpadlá stanú v tejto oblasti oveľa významnejším zdrojom tepelnej energie najmä  preto, že sa budú neustále zvyšovať ekologické požiadavky na výrobu tepelnej energie a potom sa priemyselné tepelné čerpadlá stanú významnou technológiou pre znižovanie škodlivých emisií pri  výrobe tepla. Zavádzanie tepelných čerpadiel bude v budúcnosti podporovať aj stále intenzívnejší proces termodynamickej optimalizácie priemyselných procesov a identifikácie možností pre spätné získavanie tepla ako aj zavádzanie kogeneračnej výroby tepla, chladu a elektrickej energie.

            Priemyselné tepelné čerpadlá umožňujú využívať veľa variácií v oblasti druhov pohonnej energie, typov, zapojení a prevádzkových podmienok jednotlivých systémov, sú teda všeobecne navrhované pre špecifické podmienky jednotlivých aplikácií a teda ide o unikátne systémy. Hlavné typy priemyselných tepelných čerpadiel sú nasledovné (čiastočne prevzaté z http://heatpumpcentre.org):

o    mechanické parné rekompresné systémy,  označované ako otvorené systémy  tepelných čerpadiel, kde para z priemyselného procesu je komprimovaná na vyšší tlak a teplotu a teplo je získavané pri jej kondenzácii. Pri polootvorených systémoch je teplo z rekomprimovanej pary získavané pomocou výmenníka tepla. Energetická efektívnosť takýchto systémov dosahuje vysoké hodnoty (COP 10 až 30) pretože jeden z výmenníkov tepla klasického systému tepelného čerpadla (výparník alebo kondenzátor) je eliminovaný a teplotný rozdiel je relatívne malý. Súčasné systémy existujú so zdrojom tepla o teplote 70 až 80 °C a dodávané teplo má teplotu v rozmedzí 110 až 150 °C. Najčastejšou pracovnou látkou je voda.

o    parné kompresorové tepelné čerpadlá popísané v kapitole Technológia tepelných čerpadiel, ktoré môžu pracovať s maximálnou teplotou pracovnej látky do 120  °C.

o    absorpčné tepelné čerpadlá popísané v kapitole Technológia tepelných čerpadiel, v súčasnosti pracujú najmä z dvojicou pracovných látok lithium bromid - voda pri výstupnej teplote maximálne do 100 °C a teplotnom rozdiele medzi kondenzátorom a výparníkom max. 65 °C. Hodnoty COP sa pohybujú v rozmedzí od 1 do 1,4, ako už bolo uvedené na základe vývoja v tejto oblasti je možné očakávať podstatné zvýšenie energetickej efektívnosti (COP viac ako 2) ako aj teploty využiteľného tepelného toku.

o    tepelné transforméry sú v princípe absorpčné tepelné čerpadlá, ktoré transformujú odpadné tepelné toky  (dodávaním tepla do výparníka a generátora obehu) na vyššiu teplotnú hladinu získavanú z absorbéra. Nie je teda potrebný vysokoteplotný tepelný tok do generátora, tieto zariadenia dosahujú teplotu získavaného tepelného toku až 150 °C s teplotným rozdielom cca 50 °C , ale energetická efektívnosť pri týchto podmienkach je pomerne malá (COP cca 0,45 až 0,5)

            Priemyselné tepelné čerpadlá sú využívané najmä pre nasledovné aplikácie (čiastočne prevzaté z http:// heatpumpcentre.org):

o    priestorové vykurovanie skleníkov, priemyselných hál a podobne. Výhodné je najmä využitie priemyselných odpadných tepelných tokov, ktoré nemôžu byť použité priamo. Najčastejšie sa aplikujú parné kompresorové obehy s pohonom elektrickou energiou.

o    ohrev a chladenie vody, v rozmedzí medzi 40 a 90 °C pre čistiace, hygienické a iné procesy. Väčšinou sa využívajú parné kompresorové obehy, ale tiež absorpčné a tepelné transforméry.

o    výrobu vodnej pary, stredných a vysokých tlakov v teplotnom rozmedzí od 100 °C pre rôzne priemyselné účely. Súčasné vysokoteplotné tepelné čerpadlá môžu produkovať vodnú paru do cca 150 °C (existujú prototypy až do 300 °C). Využívajú sa najmä mechanické parné rekompresné systémy a kaskádne systémy parných kompresorových tepelných čerpadiel.

o    sušiace procesy, pri nízkych a stredných teplotách (do 100 °C). Hlavné aplikácie sú sušenie dreva, reziva, papiera, celulózy a niektorých potravinových produktov. Používajú sa mechanické parné rekompresné systémy a uzavreté parné kompresorové systémy.

o    vyparovacie a destilačné procesy v chemickom a potravinárskom priemysle. Vzhľadom na potrebu len malých teplotných rozdielov sú dosahované vysoké energetické efektívnosti (COP v rozmedzí od 6 do 30) pomocou mechanických parných rekompresných systémov ako aj klasických uzavretých parných kompresorových systémov.

Tepelné čerpadlá pre vykurovanie a chladenie budov

Tepelné čerpadlá pre uvedené použitie môžu plniť nasledovné funkcie (čiastočne prevzaté z http://heatpumpcentre.org.):

o    vykurovanie priestorov a ohrev teplej úžitkovej vody - v súčasnosti sa používajú najmä tepelné čerpadlá vzduch - voda (vzduch ako zdroj nízkotepelnej energie na výparník, voda ako médium pre chladenie kondenzátora a rozvod tepelnej energie pre vykurovanie pri použití veľkoplošného vykurovacieho systému) a vzduch-vzduch ( pri použití teplovzdušného vykurovania). Ako zdroj nízkoteplotnej energie je energeticky výhodnejšie použiť vodu v prípade, keď to konkrétne podmienky aplikácie umožňujú- pozri bližšie kapitolu  Zdroje nízkoteplotnej energie.

o    vykurovanie aj chladenie priestorov - najčastejšie sa používajú reverzibilné tepelné čerpadlá vzduch-vzduch, ktoré môžu byť prevádzkované buď pre ohrev alebo chladenie. Tepelné čerpadlá veľkých výkonov pre veľké obchodné, kultúrne, športové a iné budovy môžu byť prevádzkované súčasne na výrobu chladu aj tepla použitím vodných rozvodov pre distribúciu tepla a chladu.

o    integrované systémy pre  vykurovanie a chladenie priestorov, ohrev vody a spätné získavanie tepla - používajú sa tepelné čerpadlá vzduch-vzduch alebo voda-vzduch v monovalentnej alebo bivalentnej prevádzke (bivalentné tepelné čerpadlá sú dimenzované na 20 až 60 % maximálnej potreby tepla a zabezpečujú 50 až 90 % ročnej potreby tepelnej energie v európskych klimatických podmienkach), okrem vonkajšieho vzduchu sa výhodne využíva ako zdroj nízkoteplotnej energie výstupný vzduch z vetrania a iných zdrojov. Vo veľkých budovách sú výhodné zapojenia tepelných čerpadiel do kogeneračných systémov výroby tepla, chladu a elektrickej energie.

o    systémy navrhované len pre ohrev vody, v prípade, že nie je vyžadovaný ohrev, alebo ochladzovanie priestorov, používajú sa  tepelné čerpadlá vzduch-voda alebo voda -voda.

            Vzduch ako médium pre rozvod získanej tepelnej energie z kondenzátora (v teplotnom rozmedzí od 30 do 50 °C) je najčastejšie využívaný pre teplovzdušné vykurovanie a klimatizáciu v USA a Japonsku. V európskych klimatických podmienkach je najčastejšie využívaný vodný veľkoplošný (podlahový alebo stropný) sálavý vykurovací systém.

            Konvenčný radiátorový vykurovací systém inštalovaný v prevažnej väčšine súčasných ľudských obydlí vyžaduje vysoké distribučné teploty tepelného toku v rozmedzí od 60 do 90 °C. Súčasné nízkoteplotné radiátory a konvektory sú navrhované pre prevádzkové teploty 45 až 55 °C. Veľkoplošné podlahové systémy pre teploty 30 až 45 °C.  Pretože klasické konvenčné kompresorové tepelné čerpadlá s halogenovanými uhľovodíkmi ako pracovnými látkami nemôžu pracovať s vyššími kondenzačnými teplotami ako cca 45 až 50 °C (teda s teplotou získavaného tepelného toku 40 až 45 °C bližšie v kapitole Pracovné látky tepelných čerpadiel), je zrejmé, že ich energeticky efektívne použitie (závislé predovšetkým od teplotného rozdielu medzi kondenzačnou a výparnou teplotou - bližšie v kapitole Energetická a ekonomická efektívnosť tepelných čerpadiel) bude v oblasti veľkoplošných vykurovacích systémov a pri určitých podmienkach  čiastočne aj pri použití nízkoteplotných vykurovacích telies.

            Uvedený vplyv použitia vykurovacieho systému na výrobu tepla tepelným čerpadlom je vidieť z kvantitatívnych hodnôt COP pre jednotlivé systémy vypočítané pre tepelné čerpadlo voda-voda s  teplotou vodného zdroja 5 °C, uvedených v tabuľke 3 (prevzaté z http://www.heatpumpcentre.org).

Tabuľka 3

Záver

            Tepelné čerpadlá, ako už bolo uvedené, môžu za určitých podmienk dosiahnuť v porovnaní s klasickou konvenčnou výrobou tepelnej energie výrazné úspory primárnej energie - teda tepelnej energie získanej spaľovaním fosilných palív a môžu byť v mnohých praktických aplikáciách súčasne tiež  najefektívnejšou formou zabezpečovania ohrievacích, ale aj chladiacich procesov v priemysle aj v komunálnej sfére. To samozrejme vyžaduje nielen dosiahnutie úspor primárnej energie ale aj ich  ekonomickú efektívnosť, čo z  hľadiska užívateľa znamená nielen dosiahnutie nižších celkových ročných nákladov na výrobu tepla v porovnaní s klasickým systémom, ale dosiahnutie primeranej návratnosti vloženej investície (v oblasti priemyselných tepelných čerpadiel by nemala návratnosť prekročiť cca 10 rokov, v oblasti súkromných užívateľov - vykurovanie rodinných domov a podobne je prijateľná doba návratnosti do cca 5 rokov) na takýto spôsob výroby tepla.

            Energetickú aj ekonomickú výhodnosť a účelnosť použitia systému tepelného čerpadla pre výrobu tepla prípadne chladu z vyššie uvedených hľadísk je možné dosiahnuť najmä ak:

·      ako zdroj nízkoteplotnej energie je použitý vonkajší vzduch (ktorý je z hľadiska minimálnej investičnej náročnosti na jeho získanie základným, všeobecne dostupným energetickým zdrojom), alebo odpadné energetické toky z priemyselných technologických alebo iných tepelných procesov (využiteľné predovšetkým pre veľké priemyselné tepelné čerpadlá).

·       potrebná teplotná úroveň produkovaného tepelného toku pri použití vzduchu ako zdroja nízkoteplotnej energie sa zníži na maximálne cca 40 až 45 °C (čo vyžaduje pri aplikácii na vykurovanie použitie veľkoplošných vykurovacích systémov).   

·       systém tepelného čerpadla  je  navrhnutý  pre  podmienky  konkrétnej  jednotlivej  aplikácie, ide napríklad o optimalizáciu jednotlivých komponentov,  hospodárnu reguláciu množstva a teploty produkovaného tepelného toku a iné ako aj o návrh rôznych kombinovaných systémov výroby tepla, chladu aj elektrickej energie pre špeciálne podmienky jednotlivých užívateľov uvedených tokov energií.

·      ak je pre potrebu vykurovania a výroby teplej úžitkovej vody v Európskych klimatických podmienkach pre tepelné čerpadlá vzduch – voda  použitý  bivalentný systém dimenzovaný na  20 až 60 % maximálnej potreby tepla pri zabezpečení  50 až 90 % ročnej potreby tepelnej energie

            Ďalší rozvoj a rožširenie použitia tepelných čerpadiel v komunálnej aj priemyselnej sfére predpokladá okrem výskumného úsilia zameraného najmä na optimalizáciu energetickej efektívnosti tejto technológie konkrétnu štátnu  stimuláciu a finančnú podporu trhu, ktorá umožní v oveľa širších aplikáciách ekonomickú konkurencie schopnosť týchto zariadení voči klasickým technológiám výroby tepla, ktoré sú všeobecne investične výrazne lacnejšie. Takýmto spôsobom je podporovaný rozvoj použitia tejto technológie vo viacerých ekonomicky vyspelých  štátoch  strednej aj severnej Európy, kde sa predpokladá v blízkej budúcnosti až 30 %-ný podiel vyroby tepla tepelnými čerpadlami  pre vykurovacie a ohrievacie procesy v komunálnej sfére.

            Rozvoj použitia tepelných čerpadiel v SR v porovnaní s ostatnými európskymi štátmi je zatiaľ minimálny ( na príklad v Rakúsku cca 150 tisíc, v Českej republike cca 2500, u nás rádove desiatky inštalácií), čo je zapríčinené nielen malou  a často nesprávnou informovanosťou potenciálnych užívateľov o možnostiach tejto technológie výroby tepla, ale najmä absenciou významnejších štátnych finančných alebo iných stimulácií (napríklad priamych dotácií, zvýhodnených úverov, preradenie do nižšej skupiny DPH a podobne) pre využitie tepelných čerpadiel. Najmä pre efektívne využitie systémov tepelných čerpadiel so vzduchom ako zdrojom nízkoteplotnej energie pre vykurovanie rodinných domov, bytov a podobne bude nutne potrebná  štátna  finančná podpora takýchto inštalácií, aby bolo možné dosiahnuť pre užívateľa ekonomickú efektívnosť investície.

            Zvýšenie možností ekonomicky efektívnych aplikácií tepelných čerpadiel v našich podmienkach prinesie rast cien tepelnej energie obsiahnutej vo fosilných palivách (najmä zemného plynu) a zvyšovanie efektívnosti výroby elektrickej energie najmä rozšírením kogeneračnej výroby tepla a elektriny, čo môže priniesť v budúcnosti relatívne znižovanie jej ceny v porovnaní napríklad so zemným plynom. Pomohla by tiež  zvýhodnená tarifa na odber elektriny alebo plynu (v prípade použitia pohonu kompresora plynovým spaľovacím motorom).

           V súčasnosti sú v SR realizované najmä tepelné čerpadlá využívajúce ako zdroj nízkoteplotnej energie geotermálnu vodu ( ide o osem jednotiek v piatich lokalitách s celkovým inštalovaným tepelným výkonom 1350 kW dodávajúce cca 12,1 TJ tepelnej energie ročne, ktoré dosahujú hodnoty COP od 3,7 do 4,5 )  a niekoľko menších jednotiek typu vzduch - voda prevažne pre výrobu teplej užitkovej vody alebo vykurovanie malých objektov.       

            Veľké rezervy vo využití tepelných čerpadiel v SR sú v oblasti priemyselných tepelných čerpadiel veľkých výkonov vzhľadom na dostatok odpadných tepelných tokov najmä z technologických priemyselných procesov, ktorých využitie by umožnilo vysoko energeticky aj ekonomicky efektívne inštalácie. Problémom je potreba využitia takto efektívne získaných tepelných tokov v mieste ich produkcie, teda v mieste veľkých priemyselných prevádzok najmä v energetickom a potravinárskom priemysle.