Tepelné čerpadlo v zimě: jak funguje odmrazování a kolik klesá výkon v mrazech

Ano, vzduchové tepelné čerpadlo topí i v silných mrazech — jen s nižší účinností. Recenzované měření v chladné oblasti zaznamenalo COP 1,83 i při −25 °C a průměrný sezónní COP 3,34, takže čerpadlo dál dodává teplo, jen na výrobu jedné kilowatthodiny spotřebuje víc elektřiny. A pozor na rozšířený omyl: nejhorší pro účinnost nejsou nejnižší teploty, ale vlhko kolem 0 °C, kdy se nejvíc tvoří námraza a čerpadlo musí nejčastěji odmrazovat.

Funguje tepelné čerpadlo v zimě a v mrazu?

Funguje. Moderní vzduchová tepelná čerpadla jsou stavěná na celoroční provoz a topí i hluboko pod nulou — výkon a účinnost (COP) ale s klesající venkovní teplotou postupně klesají. To je fyzika, ne porucha: čím větší rozdíl mezi venkovním vzduchem a teplotou topné vody, tím víc práce kompresor odvede.

Klíčové je správné dimenzování a takzvaný bivalentní bod — teplota, pod kterou čerpadlu pomáhá záložní zdroj (nejčastěji elektrická spirála). Jak ho určit a proč se nevyplatí čerpadlo předimenzovat „pro jistotu", rozebíráme v článku o bivalentním bodu tepelného čerpadla.

Jak funguje odmrazování tepelného čerpadla?

Při nízkých teplotách a vyšší vlhkosti se na venkovním výměníku (výparníku) tvoří námraza. Ta brání přenosu tepla, takže čerpadlo ji musí pravidelně rozpouštět — krátce obrátí chod a teplem z okruhu led roztaví. Jeden odmrazovací cyklus trvá v průměru asi 5 minut a podle podmínek se opakuje zhruba 0,5 až 1,2×za hodinu.

Námraza vzniká podle experimentu už pod 3,5 °C při relativní vlhkosti 88 %. Během odmrazování čerpadlo krátkodobě netopí do domu a spotřebovává energii na rozmrazení — proto se každý cyklus projeví drobným poklesem celkové sezónní účinnosti. Je to normální, automatická funkce, kterou poznáte nanejvýš jako občasnou páru od venkovní jednotky.

Kolik klesá výkon (COP) v mrazech?

COP s teplotou klesá plynule, ne skokově. V laboratorním měření ultra-nízkoteplotní jednotky dosáhla čerpadla COP 1,83 i při extrémních −25 °C, zatímco průměr celé topné sezóny vyšel na 3,34. Důležité je, že při mírném a středním namrzání zůstal topný výkon téměř stabilní (kolem 14,1 kW při COP 3,1) — výkon se tedy „nezhroutí", jen se hospodaří s nižší účinností.

Čísla pocházejí z recenzovaných měření (viz sekce „Co říká výzkum" níže). Konkrétní COP vaší instalace závisí na typu čerpadla, výstupní teplotě soustavy a klimatu lokality.

Proč je vlhko kolem 0 °C horší než silný mráz?

Protože led potřebuje vlhkost. Při −20 °C je vzduch suchý a obsahuje málo vodní páry, takže námrazy se tvoří poměrně málo. Naopak kolem 0 °C s vysokou vlhkostí je ve vzduchu páry hodně a ta okamžitě namrzá na studeném výměníku — čerpadlo proto musí odmrazovat nejčastěji.

V experimentu byla právě tato oblast nejhorší: frekvence odmrazování vyšplhala na 1,17×za hodinu a pokles COP dosáhl až 21 % při −2,8 °C a vysoké vlhkosti. Praktický důsledek: katalogové COP „při −7 °C" samo o sobě nestačí, protože výrobci běžně uvádějí COP bez údaje o vlhkosti, ač ta výkon zásadně ovlivňuje. Vlhké přímořské či kotlinové lokality kolem nuly proto reálně zatěžují čerpadlo víc než suchý horský mráz.

Jak omezit ztráty výkonu v zimě?

Zimní penalizaci nikdy neodstraníte úplně — jde o fyziku — ale dobrým návrhem ji výrazně zmírníte. Nejvíc rozhoduje, jak nízkou výstupní teplotu soustava potřebuje a jak je čerpadlo nadimenzované; čím nižší teplotu topné vody, tím vyšší COP i v mrazu.

• Topte co nejníž. Nízkoteplotní soustava (podlahové topení, velkoplošné radiátory) drží COP nahoře i při nízkých venkovních teplotách.
• Nepředimenzujte. Příliš velké čerpadlo v přechodném období cykluje a v součtu topí méně účinně; výkon volte podle tepelné ztráty domu.
• Rozumný bivalentní bod. Záložní zdroj má pokrýt jen pár nejstudenějších dní v roce — víc v článku o bivalentním bodu tepelného čerpadla.
• Umístění venkovní jednotky. Volné proudění vzduchu a dobrý odtok kondenzátu z odmrazování brání tomu, aby roztátá voda znovu namrzla pod jednotkou.

Co říká výzkum

Recenzované studie potvrzují obojí — že vzduchové čerpadlo topí i v extrémním mrazu a že rozhodujícím faktorem účinnosti je námraza spojená s vlhkostí kolem nuly, ne samotná nízká teplota.

• Provoz v extrémním mrazu. Study on the Performance of a New Ultra-Low Temperature Air Source Heat Pump (ASHP) Unit in Cold Regions (Di, Zhao, Lian et al., Buildings 13(8), 2107, 2023; https://www.mdpi.com/2075-5309/13/8/2107) naměřila u ultra-nízkoteplotní jednotky COP 1,83 při −25 °C a průměrný sezónní COP 3,34 (systémově 2,63) v chladné oblasti Číny. Díky potlačení námrazy zůstal topný výkon při mírném až středním namrzání téměř stabilní (kolem 14,1 kW při COP 3,1) — důkaz, že kvalitní čerpadlo v mrazu topí dál, jen méně účinně.
• Vliv námrazy a vlhkosti. Experimental Investigation of Frost Formation Influence on an Air Source Heat Pump Evaporator (Kropas, Streckienė, Bielskus, Energies 14(18), 5737, 2021; https://www.mdpi.com/1996-1073/14/18/5737) ukázala, že námraza vzniká už pod 3,5 °C při RH 88 %, jeden odmrazovací cyklus trvá v průměru ~5 minut a mění se hlavně jeho frekvence (0,52–1,17×/h). Nejhorší byla oblast kolem 0 °C s vysokou vlhkostí (1,17×/h), kde COP klesl o 10,74 %, až o 21 % při −2,8 °C. Autoři upozorňují, že výrobci uvádějí COP bez údaje o vlhkosti, ačkoli ta výkon zásadně ovlivňuje.

Často kladené dotazy (FAQ)

Přestane tepelné čerpadlo topit, když přijdou silné mrazy? Ne. Kvalitní vzduchové čerpadlo topí i při −20 až −25 °C, jen s nižším COP. Měření doložilo COP 1,83 při −25 °C — čerpadlo tedy stále dodává víc tepla, než kolik spotřebuje elektřiny. Pod takzvaným bivalentním bodem mu navíc pomáhá záložní elektrická spirála.

Proč čerpadlo někdy „kouří" nebo na chvíli netopí? To je odmrazování. Čerpadlo krátce (v průměru ~5 minut) obrátí chod a teplem z okruhu rozpustí led na venkovní jednotce. Pára, kterou přitom vidíte, je roztátá námraza. Jde o automatickou a zcela běžnou funkci.

Kdy je čerpadlo nejméně účinné — v největším mrazu? Nikoli. Nejnáročnější je vlhko kolem 0 °C, kdy se nejvíc tvoří námraza a čerpadlo odmrazuje nejčastěji. V experimentu zde COP klesl o 10,74 %, až o 21 % při −2,8 °C a vysoké vlhkosti — víc než při suchém silném mrazu.

Má smysl kvůli zimě kupovat větší (výkonnější) čerpadlo? Ne automaticky. Předimenzování zhoršuje účinnost i životnost. Lepší je správně určit výkon podle tepelné ztráty domu a nastavit rozumný bivalentní bod — víc v článku o bivalentním bodu tepelného čerpadla.

Hraje roli, jestli bydlím u řeky nebo v kotlině? Ano. Vlhké a mlhavé lokality kolem nuly znamenají víc odmrazování než suché horské mrazy, takže reálné sezónní COP může být o něco nižší. Proto se vyplatí výkon i typ čerpadla navrhnout podle konkrétní lokality.

Chcete vědět, jak si vaše čerpadlo povede v zimě u vás doma? Spočítejte si vhodný výkon a typ v našem konfigurátoru.