Co je třeba vědět o tepelném čerpadle ALTERNATIVNÍ ENERGIE 2/2002 Co je vlastně tepelné čerpadlo a jaký komfort můžeme očekávat Tepelné čerpadlo se využívá jako zdroj tepla pro vytápění, ohřev teplé užitkové vody, ohřev větracího vzduchu a v poslední době pro ohřev vody v bazénech. Zásadní výhodou tepelných čerpadel je využití obnovitelné energie, a to zdrojů, jejichž teplota je nižší, než je potřebná teplota topné vody. Jde tedy o proces transformace teploty, při kterém je zapotřebí elektrické práce několikanásobně méně, než je hodnota získané tepelné energie. Primární energií (palivem) pro tepelné čerpadlo jsou obnovitelné zdroje tepla: vzduch, teplo země a teplo podzemních či povrchových vod. Tepelné čerpadlo může využívat i nepotřebné teplo vzniklé při chlazení, odpadní teplo z technologických procesů, teplo odpadních vod a celou řadu jiných forem odpadního tepla. Tepelné čerpadlo může podstatně zvýšit využití solární energie. Provoz tepelného čerpadla je plně automatický a nevyžaduje žádnou obsluhu. Je dobré vědět, že při jeho provozu nevznikají žádné emise a žádný pevný odpad. Pokud se budeme ptát, jaký komfort přinese použití tepelného čerpadla majitelům objektu, je možno odpovědět: stejný jako plyn, elektroenergie, topný olej, centrální vytápění a solární energie. Pokud se budeme ptát, jaký bude mít tepelné čerpadlo přínos do životního prostředí, je možno odpovědět: stejný jako elektroenergie, centrální vytápění a solární energie. Pokud se budeme ptát, jaké přinese tepelné čerpadlo energetické úspory, je možno odpovědět: podstatně vyšší než ostatní zdroje tepla, včetně solární energie. Je tedy možné prohlásit tepelné čerpadlo za "ten pravý zdroj". Proč není v ČR provozováno více tepelných čerpadel aneb porovnejme si čísla Tepelné čerpadlo má mimo své nezpochybnitelné výhody i jednu nevýhodu, poměrně velkou pořizovací cenu. Ta je prakticky troj až čtyřnásobkem ceny srovnatelných zdrojů. Dokud byla cena tepelné energie deformována různými dotacemi (až do roku 1996) nebo regulacemi (ty trvají dodnes), nebylo použití tepelného čerpadla zajímavé. Dnes je situace přece jen jiná. Cena zemního plynu se oproti roku 1996 zvýšila na více než trojnásobek. Zvyšování cen paliv a energií však mělo kupodivu značný vliv i na výši roční spotřeby tepla. Ta začala od roku 1996 klesat i přesto, že od roku 1996 dochází v České republice k objektivnímu meziročnímu nárůstu průměrné vnější teploty ovzduší. Spotřeba tepla v roce 2001 byla téměř o 40 % nižší než v roce 1996. Přesto, že došlo k poměrně značným úsporám teplat, tak ani zvyšování cen paliv a energií nezastavilo zvyšování výdajů za jejich nákup. U již zmiňovaného zemního plynu došlo prakticky k dvojnásobnému nárůstu ceny. Porovnáním všech dostupných údajů můžeme zkonstatovat, že reálná finanční návratnost tepelných čerpadel může být u nových objektů čtyři až osm let, u rekonstrukcí pak šest až deset let. To už je údaj, který jasně vypovídá o tom, že tepelná čerpadla přestávají být pouze luxusním zbožím. To, že mimo ekonomickou výhodnost mají tepelná čerpadla i značný ekologický přínos, podporuje MŽP ČR poskytováním dotací ze SFŽP. Tepelná čerpadla jsou i zajímavým spotřebičem pro elektrodistribuční spolenčnosti, neboť při poměrně malém instalovaném výkonu prodají podstatně více elektroenergie. I proto v loňském roce vznikla sazba
umožňující nákup elektroenergie v ceně nízkého tarifu (1 Kč/Kwh) po dobu 22 hodin denně, u domácností (sazba typu D) platí dokonce pro veškerý odběr. Zájem o tepelná čerpadla zvyšuje sortiment na trhu s tepelnou technikou. Vedle importovaných výrobků se objevují i rovnocenné výrobky tuzemských výrobců. Přesto, že první tepelné čerpadlo bylo instalováno již před sedmdesáti lety a v západní Evropě se instalovaná tepelná čerpadla počítají ve stovkách tisíců, tak v České republice je výroba stále v počátcích. V poslední době se výrazně prosazuje například český výrobce, fy. AIRCONFUJI a.s., která uzavřela se švýcarskou firmou MULTIENERGIE A.G. licenční smlouvu a v roce 2001 zahájila výrobu tepelných čerpadel všech typů až do výkonu 500kW a s širokým záběrem použití od rodinných domků, živnostenských provozoven, objektů obecních úřadů až po sportovní haly a plavecké bazény. Hlavní zásady pro používání tepelných čerpadel Hlavní ukazatel efektivity tepelného čerpadla je poměr mezi získanou tepelnou energií a spotřebovanou elektroenergií na provoz tepelného čerpadla. Poměr je přímo závislý na rozdílu mezi teplotou použitého zdroje primární energie, z něhož teplo získáváme a požadovanou teplotou topné vody, kterou ohříváme. Čím bude tento rozdíl menší, tím bude efektivnost vyšší a tím budou nižší provozní náklady. Hlavní zásadou pro efektivní využití tepelného čerpadla je použití co nejnižší teploty topné vody (nízkého tepelného spádu). Nejefektivnější je tedy použití tepelného spádu 50/40 C (ideálně 45/35 C). Ten lze použít jen pro podlahové (nebo stěnové) vytápění. U tak nízkého tepelného spádu bude možné zajistit potřebné teplo jen pomocí tepelného čerpadla (monovalentní zdroj). V tomto případě může být však primárním zdrojem pouze zemní teplo, či voda (povrchová nebo spodní). Tento způsob bude mít nejnižší provozní a taktéž nejvyšší investiční náklady. Pokud nelze použít jen podlahového vytápění, je možná jeho kombinace s klasickou otopnou plochou - radiátory. Topná instalace bude mít dva okruhy, první o tepelném spádu 45/35 C (podlahy) a druhý o tepelném spádu 60 /40 C (radiátory). Větší procento dodávky tepla (ideálně do výše 70 % celkové potřeby tepla) zajišťuje podlahové vytápění, zbylou dodávku pak radiátory. U tohoto vytápěcího systému je výhodné použít pro ohřev topné vody na 45 C pouze tepelné čerpadlo, dohřev topné vody nad tuto teplotu pak zajišťuje elektroenergie (může i plyn). Kombinovaný ohřev topné vody (bivalentní zdroj) může využívat všechny formy primární energie, nejen zemní teplo a vodu, ale i vzduch. Tento způsob bude mít vyšší provozní náklady než monovalentní zdroj, investiční náklady však budou nižší.
Hlavní zásady při volbě tepelného čerpadla Pro určení typu tepelného čerpadla naplatí jednoznačný návod. Při jeho volbě se musí vycházet z následujících skutečností: celkový požadovaný topný výkon, maximální potřebná teplota topné vody, možný příkon elektroenergie a možnosti získání primárního tepla. Potřebný výkon tepelného čerpadla je dán velikostí tepelné ztráty. Protože pro tepelná čerpadla není vhodný přerušovaný provoz, měla by to být tepelná ztráta bez přirážky na zátop. Pro určení druhu provozu (monovalentní či bivalentní) bude rozhodující velikost potřebné teploty topné vody a možná velikost příkonu elektroenergie. Při určování typu tepelného čerpadla (voda - voda, země - voda, vzduch - voda) se postupuje vylučovací metodou. Nejvýhodnější je použití tepelného čerpadla typu voda - voda. Pro tento typ musíme mít k dispozici dostatečný zdroj podzemní či povrchové vody o vydatnosti minimálně 1l/s a jeho teplota musí být minimálně 2 C. Vodní zdroj těchto parametrů je však dost ojedinělý, prakticky se dá čerpadlo voda - voda jen u malého počtu zákazníků. Pro tepelné čerpadlo země - voda musíme buď jímací plochu (plošný kolektor) o rozměru 50m2 na každou kw chladícího výkonu čerpadla, nebo 15 až 20 bm zemního vrtu (svislý kolektor) na každou kw chladícího výkonu čerpadla. Pro rodinný domek o tepelné o tepelné ztrátě 10 kw to znamená buď 450m2 plošného kolektoru, nebo 180 bm celkové hloubky svislého kolektoru. Tepelné čerpadlo vzduch - voda používáme v praxi pouze do teploty -5 C, při nižších vnějších teplotách pak výkon čerpadla značně klesá, a to i při použití kompresoru typu scroll. Použití tepelného čerpadla vzduch - voda je tedy reálné pouze v bivalentnímu provozu, čehož se v praxi výrazně využívá. Z uvedeného přehledu možností vyplývá, že při volbě typu tepelného čerpadla se budeme převážně rozhodovat mezi typy tepelných čerpadel vzduch - voda a čerpadlem země - voda se svislým kolektorem (vrty). U typu země - voda budou vyšší celkové investiční náklady, cena za bm vrtu je až 1 000,-Kč. U čerpadla typu vzduch - voda budou vyšší provozní náklady, v mrazivých dnech budeme využívat více elektro přímotop. Volba typu tepelného čerpadla není zcela jednoznačná a pokud chceme, aby byl budoucí provoz vytápěcího zařízení efektivní, měl by typ čerpadla určit energetický audit.