Téměř jako skutečný boom se dá označit vzrůstající zájem o tepelná čerpadla v Česku, který zaznamenalo ministerstvo průmyslu v právě vydaných výsledcích statistického zjišťování „Obnovitelné zdroje energie v roce 2006“. Podle zjištění ministerstva totiž bylo v roce 2006 v České republice instalováno 2 532 tepelných čerpadel, což je proti roku 2005, kdy začalo teplo dodávat kolem 1 800 tepelných čerpadel, nárůst o 40 procent. Celkový topný výkon pak vzrostl v roce 2006 na 40 MW z 25 MW o rok dříve. Nejpoužívanějšími typy tepelných čerpadel byly země-voda s celkovým počtem více než 1 360 a výkonem přes 18,5 MW. Následují pak instalace typu vzduch-voda – téměř sto kusů při výkonu téměř 18 MW. Nejméně bylo loni instalací typu voda-voda, necelých sto. Ovšem jejich celkový výkon 3 MW daleko předčil výkon 122 kusů tepelných čerpadel vzduch-vzduch, který činil necelou půl MW.
Lednička naruby
Tepelné čerpadlo je považováno za alternativní zdroj energie a jeho princip není žádnou žhavou novinkou posledních let. Na atraktivitě ale nabyl až se zdražováním energií. Vysoké pořizovací náklady totiž v tomto vývoji mají stále kratší dobu návratnosti. Princip, na kterém tepelná čerpadla pracují, se zjednodušeně dá popsat jako „obrácená lednička“. Zatímco chladicí zařízení odebírá teplo potravinám v uzavřeném prostoru a výsledkem je jejich chlazení, tepelné čerpadlo odebírá teplo vnějšímu prostředí (vzduchu, vodě, zemi) a přivádí je do vnitřku domu. Podobně jako lednička pracuje na principu uzavřeného chladicího okruhu, používá výparník a chladicí kapalinu, zvenčí získané teplo ale předává topnému systému.
Jaký je výkon
Určující charakteristikou tepelného čerpadla je topný faktor, který je poměrem výkonu čerpadla a elektrického příkonu, který je na jeho provoz zapotřebí. Topný faktor s hodnotou 3 znamená, že na 3 kWh vyprodukované tepelné energie je zapotřebí 1 kWh elektrické energie, rostoucí topný faktor tedy znamená vyšší efektivitu topení. Současná tepelná čerpadla dokáží ohřívat vodu v topení na 55 až 70 °C, platí ovšem (především u čerpadel odnímajících teplo vzduchu), že s klesající venkovní teplotou klesá i účinnost tepelného čerpadla. I tak ale může moderní tepelné čerpadlo pracovat až do teplot – 20 °C.
Pro případy snížení účinnosti vytápění tepelným čerpadlem se topný systém jistí dalším zdrojem topení – tzv. bivalentním zdrojem tepla –, kterým může být přímotop přihřívající topnou vodu, krbová kamna, krb s výměníkem tepla nebo kotel na biomasu.
Pro případy snížení účinnosti vytápění tepelným čerpadlem se topný systém jistí dalším zdrojem topení – tzv. bivalentním zdrojem tepla –, kterým může být přímotop přihřívající topnou vodu, krbová kamna, krb s výměníkem tepla nebo kotel na biomasu.
Typy tepelných čerpadel
Tepelné čerpadlo může teplo odnímat ze vzduchu, z vody nebo ze země – podle toho lze také tepelná čerpadla rozdělit na typy vzduch-vzduch, vzduch-voda, země-voda.
vzduch-vzduch
• energii předává teplovzdušnému topnému systému domu
• systém lze využít zároveň jako chalzení v letním období
• vhodné pro nízkoenergetické domy – využívá i rekuperace při odvádění vzduchu
• funkční až do – 25 °C
• nižší investice díky malým nárokům zařízení na místo a úpravy domu
• energii předává teplovzdušnému topnému systému domu
• systém lze využít zároveň jako chalzení v letním období
• vhodné pro nízkoenergetické domy – využívá i rekuperace při odvádění vzduchu
• funkční až do – 25 °C
• nižší investice díky malým nárokům zařízení na místo a úpravy domu
země-voda
• odebírá tepelnou energii ze země: povrchové (do 2 m) nebo hlubinné (až 150m vrty)
• výměník se umisťuje vedle objektu v nezámrzné hloubce
• výhoda: stabilní výkon během celého roku
• nevýhody: náročné zemní práce (větší náklady, nutnost hydrogeologického posudku...)
• odebírá tepelnou energii ze země: povrchové (do 2 m) nebo hlubinné (až 150m vrty)
• výměník se umisťuje vedle objektu v nezámrzné hloubce
• výhoda: stabilní výkon během celého roku
• nevýhody: náročné zemní práce (větší náklady, nutnost hydrogeologického posudku...)
voda-voda
• energii si bere z podzemní vody (z hloubky 5–15 metrů)
• výhoda: vysoká efektivita díky relativně vysoké teplotě zdroje tepla (podzem. vody)
• nevýhoda: vysoké nároky na zdroj vody (vydatnost, stálost, vhodné chemické složení)
• alternativa: lze čerpat teplo i z povrchové vody (potok, řeka...), opět velké nároky na stálost zdroje a ochranu zařízení
• energii si bere z podzemní vody (z hloubky 5–15 metrů)
• výhoda: vysoká efektivita díky relativně vysoké teplotě zdroje tepla (podzem. vody)
• nevýhoda: vysoké nároky na zdroj vody (vydatnost, stálost, vhodné chemické složení)
• alternativa: lze čerpat teplo i z povrchové vody (potok, řeka...), opět velké nároky na stálost zdroje a ochranu zařízení
Vedlejší efekty
Při pořizování tepelného čerpadla je také nutné si uvědomit, co jednotlivé typy znamenají pro stavbu a její okolí. Nejnenáročnějším typem je čerpadlo vzduch-vzduch, jehož vnější jednotku lze bez problémů umístit na střeše domu nebo v jeho blízkosti a ani vnitřní zařízení v domě nepůsobí nijak rušivě. U zemního tepelného čerpadla se podle typu (hlubinné nebo povrchové) musí počítat s poměrně rozsáhlými zemními pracemi, podobně jako u typu voda-voda.
Pokud jde o obsluhu, moderní tepelná čerpadla mají jednoduchou konstrukci a vyžadují minimální údržbu. Vysoký komfort obsluhy čerpadel zajišťuje např. mikroprocesorová řídicí jednotka, v jejíž paměti jsou od prvního zapnutí zaznamenávány veškeré informace o provozu zařízení. V případě jakékoliv odchylky od správné funkce čerpadla lze poslední provozní stav načíst na čipovou diagnostickou kartu a tu pak zaslat servisnímu středisku. Technik se potom dostaví připraven na zcela konkrétní zákrok.
Pokud jde o obsluhu, moderní tepelná čerpadla mají jednoduchou konstrukci a vyžadují minimální údržbu. Vysoký komfort obsluhy čerpadel zajišťuje např. mikroprocesorová řídicí jednotka, v jejíž paměti jsou od prvního zapnutí zaznamenávány veškeré informace o provozu zařízení. V případě jakékoliv odchylky od správné funkce čerpadla lze poslední provozní stav načíst na čipovou diagnostickou kartu a tu pak zaslat servisnímu středisku. Technik se potom dostaví připraven na zcela konkrétní zákrok.
Správná volba
Volba vhodného typu tepelného čerpadla a jeho výkonu je rozhodující pro efektivitu této nemalé investice. V každém případě by se na ní měl podílet zkušený odborník a nezanedbatelný význam mají také reference uživatelů již fungujících zařízení. Je důležité zvolit optimální výkon čerpadla, v případě jeho naddimenzování (k čemuž nás může tlačit prodejce) se do značné míry může úsporný efekt „vytratit“.
V našich podmínkách našla uplatnění nejdříve tepelná čerpadla typu země-voda, v současnosti jim ale úspěšně začínají konkurovat čerpadla vzduch-vzduch – zejména díky tomu, že zlepšené technologie umožnily jejich efektivní využití i při velmi nízkých teplotách ovzduší. Výrobci tepelných čerpadel nyní udávají životnost mezi patnácti a dvaceti lety, což je doba, která by měla návratnost investice zaručit.
V našich podmínkách našla uplatnění nejdříve tepelná čerpadla typu země-voda, v současnosti jim ale úspěšně začínají konkurovat čerpadla vzduch-vzduch – zejména díky tomu, že zlepšené technologie umožnily jejich efektivní využití i při velmi nízkých teplotách ovzduší. Výrobci tepelných čerpadel nyní udávají životnost mezi patnácti a dvaceti lety, což je doba, která by měla návratnost investice zaručit.
Nové typy
Tepelná čerpadla se pomalu stávají standardním zdrojem tepla a to zejména proto, že jejich provozní náklady jsou podstatně nižší, než u klasických způsobů vytápění rodinného domu. Ačkoliv jde o bezobslužný topný systém s komfortním ovládáním, neumožňují plynulou regulaci výkonu. To dokáží až nejnovější tepelná čerpadla vybavená inverterem. Ta umožňují plynulou regulaci topného/chladicího výkonu v rozsahu cca 30 až 100%, čímž dávají vždy takový výkon, jaký je aktuálně potřeba a mají celou řadu dalších výhod.
Hlavní efekty inverterové technologie jsou v úsporách elektrické energie (v rozsahu kolem 10 %), zvýšení topného faktoru, zjednodušení celého systému a vyšší spolehlivosti. „Tepelné čerpadlo se obvykle dimenzuje na 70 až 100 % tepelné ztráty objektu. Zvláště v přechodném období dochází k častému cyklování tepelného čerpadla, kdy kompresor pracuje vždy na 100 % výkonu,“ vysvětluje Martin Samek, obchodní ředitel ze společnosti MasterTherm CZ, která jako první v Česku tepelná čerpadla s inverterem začíná prodávat. „Použitím inverteru dochází k podstatnému snížení cyklování a kompresor prakticky nevypíná. To je umožněno tím, že řídící systém přizpůsobí výkon kompresoru aktuálnímu požadavku vytápěného objektu. Z hlediska životnosti je pro každý kompresor limitní počet cyklů zapnutí/vypnutí. Díky inverteru je četnost těchto cyklů výrazně redukována. Tím dochází k prodloužení životnosti kompresorů,“ dodává Samek.
Průměrná tepelná ztráta vytápěných objektů během otopného období se obvykle pohybuje okolo 50 % její jmenovité hodnoty. Tepelné čerpadlo vybavené inverterem tedy pracuje průměrně na 50 % svého výkonu. Jelikož jsou tepelné výměníky dimenzovány na 100 % výkonu, dochází vlastně k jejich předimenzování a kompresor pracuje v lepších podmínkách, než při maximálním výkonu. Vlivem tohoto předimenzování se zvyšuje průměrný topný faktor. Použitím inverteru je automaticky používán rozměrově menší kompresor, protože běžný rozsah kmitočtů je 30 až 100 (někdy až 120) Hz, přičemž standardní kompresor pracuje na 50Hz. Kompresor pro inverter je tedy přibližně poloviční oproti konvenčnímu stejného výkonu.
Hlavní efekty inverterové technologie jsou v úsporách elektrické energie (v rozsahu kolem 10 %), zvýšení topného faktoru, zjednodušení celého systému a vyšší spolehlivosti. „Tepelné čerpadlo se obvykle dimenzuje na 70 až 100 % tepelné ztráty objektu. Zvláště v přechodném období dochází k častému cyklování tepelného čerpadla, kdy kompresor pracuje vždy na 100 % výkonu,“ vysvětluje Martin Samek, obchodní ředitel ze společnosti MasterTherm CZ, která jako první v Česku tepelná čerpadla s inverterem začíná prodávat. „Použitím inverteru dochází k podstatnému snížení cyklování a kompresor prakticky nevypíná. To je umožněno tím, že řídící systém přizpůsobí výkon kompresoru aktuálnímu požadavku vytápěného objektu. Z hlediska životnosti je pro každý kompresor limitní počet cyklů zapnutí/vypnutí. Díky inverteru je četnost těchto cyklů výrazně redukována. Tím dochází k prodloužení životnosti kompresorů,“ dodává Samek.
Průměrná tepelná ztráta vytápěných objektů během otopného období se obvykle pohybuje okolo 50 % její jmenovité hodnoty. Tepelné čerpadlo vybavené inverterem tedy pracuje průměrně na 50 % svého výkonu. Jelikož jsou tepelné výměníky dimenzovány na 100 % výkonu, dochází vlastně k jejich předimenzování a kompresor pracuje v lepších podmínkách, než při maximálním výkonu. Vlivem tohoto předimenzování se zvyšuje průměrný topný faktor. Použitím inverteru je automaticky používán rozměrově menší kompresor, protože běžný rozsah kmitočtů je 30 až 100 (někdy až 120) Hz, přičemž standardní kompresor pracuje na 50Hz. Kompresor pro inverter je tedy přibližně poloviční oproti konvenčnímu stejného výkonu.
Otazníky nad tepelnými čerpadly
Tepelná čerpadla ale nedisponují jen výhodami, které většinou zdůrazňují jejich výrobci a prodejci. Čás odborné veřejnosti má k jejich provozu řadu výhrad, kteří zpochybňují roli tepelných čerpadel jako úsporného a ekologického zdroje energie. Některé hlawsy dokonce mluví o jejich škodlivosti.
Kritici například upozorňují na to, že tepelná čerpadla nemusejí být zdaleka tak úsporná a ekologická, jak se někdy proklamuje. Jejich pohon je totiž elektrický a elektřina je masově vyráběna pouze z neobnovitelných zdrojů – z uhlí či z jádra. Pokud se k tomu přičte ztrátovost dálkových sítí, může minimálně pocit šetrnosti k životnímu prostředí rychle zmizet. Radikální kritikové podpory tepelných čerpadel dokonce tvrdí, že jde o podobnou boudu na spotřebitele, jakou byla kdysi mohutná reklama na přímotopy, ke které se dnes nikdo nehlásí.
Jiným předmětem kritiky je vlastní fungování tepelných čerpadel. Aurot Jan Novák na serveru ExtraBydleni.cz uvádí příklad: „Obyvatelé jedné švýcarské osady, kteří masově využívali pro ohřev pracovního média svých čerpadel vody blízkého jezera, po čase zjistili, že v jeho vodách se nějak přestává dařit rybám. Přivolaní hydrobiologové pak konstatovali, že vodním tvorům je prostě zima. Průměrná teplota vody v jezeru totiž díky hojnému odebírání tepla postupně klesla o několik stupňů.
Stejně tak ovšem ochlazují tepelná čerpadla i půdu, pokud jsou trubky primárního okruhu zakopané v zahradě, jak se často doporučuje. Propagátoři této technologie tvrdí, že to není pravda, protože půda akumuluje teplo za slunce v létě. K čemu by ovšem potom byl pojem ,nezámrzná hloubka’? Jinými slovy – pokud si v zahradě vybudujete potrubí primárního okruhu tepelného čerpadla, neměli byste se divit, že se tam nebude dařit teplomilným druhům. A při troše smůly (nebo špatných výpočtů) si zadarmo pořídíte tundru, nebo dokonce polární permafrost...“
Teplo ze slunce nestačí ani na to, aby půda dlouhodobě nezamrzala – v našich podmínkách do hloubky necelého metru. Prakticky vše, co je pod tím, přichází z hlubin Země. Zdálo by se, že výhodnější proto jsou čerpadla, která odebírají teplo hloubkovými vrty. Odborníci ale upozorňují, že v okolí vrtů také dochází k postupnému ochlazování prostředí a jeho průběh by dokázal předpovědět jen velmi důkladný (a velmi drahý) geologický průzkum v každé lokalitě. Proto se ostatně povoluje čerpání tepla z hlubin jen na určitou omezenou dobu, která je mnohem kratší než předpokládaná životnost rodinného domu. V neposlední řadě pak neodborně provedený vrt může poškodit podzemní vody.
Reklamní kampaň na tepelná čerpadla dala vzniknout představě, že toto zařízení vlastně vyrábí teplo z ničeho. V propagačních materiálech se sice duchaplně upozorňuje, že nejde o žádné perpetum mobile, současně se ale naznačuje, že si to bere teplo z prostředí, které je vlastně všech, tedy zadarmo. Ovšem jisté zkušenosti se „společným“ majetkem už máme – a pokud se to s tepelnými čerpadly přežene, může to dopadnout podobně.
Kritici například upozorňují na to, že tepelná čerpadla nemusejí být zdaleka tak úsporná a ekologická, jak se někdy proklamuje. Jejich pohon je totiž elektrický a elektřina je masově vyráběna pouze z neobnovitelných zdrojů – z uhlí či z jádra. Pokud se k tomu přičte ztrátovost dálkových sítí, může minimálně pocit šetrnosti k životnímu prostředí rychle zmizet. Radikální kritikové podpory tepelných čerpadel dokonce tvrdí, že jde o podobnou boudu na spotřebitele, jakou byla kdysi mohutná reklama na přímotopy, ke které se dnes nikdo nehlásí.
Jiným předmětem kritiky je vlastní fungování tepelných čerpadel. Aurot Jan Novák na serveru ExtraBydleni.cz uvádí příklad: „Obyvatelé jedné švýcarské osady, kteří masově využívali pro ohřev pracovního média svých čerpadel vody blízkého jezera, po čase zjistili, že v jeho vodách se nějak přestává dařit rybám. Přivolaní hydrobiologové pak konstatovali, že vodním tvorům je prostě zima. Průměrná teplota vody v jezeru totiž díky hojnému odebírání tepla postupně klesla o několik stupňů.
Stejně tak ovšem ochlazují tepelná čerpadla i půdu, pokud jsou trubky primárního okruhu zakopané v zahradě, jak se často doporučuje. Propagátoři této technologie tvrdí, že to není pravda, protože půda akumuluje teplo za slunce v létě. K čemu by ovšem potom byl pojem ,nezámrzná hloubka’? Jinými slovy – pokud si v zahradě vybudujete potrubí primárního okruhu tepelného čerpadla, neměli byste se divit, že se tam nebude dařit teplomilným druhům. A při troše smůly (nebo špatných výpočtů) si zadarmo pořídíte tundru, nebo dokonce polární permafrost...“
Teplo ze slunce nestačí ani na to, aby půda dlouhodobě nezamrzala – v našich podmínkách do hloubky necelého metru. Prakticky vše, co je pod tím, přichází z hlubin Země. Zdálo by se, že výhodnější proto jsou čerpadla, která odebírají teplo hloubkovými vrty. Odborníci ale upozorňují, že v okolí vrtů také dochází k postupnému ochlazování prostředí a jeho průběh by dokázal předpovědět jen velmi důkladný (a velmi drahý) geologický průzkum v každé lokalitě. Proto se ostatně povoluje čerpání tepla z hlubin jen na určitou omezenou dobu, která je mnohem kratší než předpokládaná životnost rodinného domu. V neposlední řadě pak neodborně provedený vrt může poškodit podzemní vody.
Reklamní kampaň na tepelná čerpadla dala vzniknout představě, že toto zařízení vlastně vyrábí teplo z ničeho. V propagačních materiálech se sice duchaplně upozorňuje, že nejde o žádné perpetum mobile, současně se ale naznačuje, že si to bere teplo z prostředí, které je vlastně všech, tedy zadarmo. Ovšem jisté zkušenosti se „společným“ majetkem už máme – a pokud se to s tepelnými čerpadly přežene, může to dopadnout podobně.
