Tepelná čerpadla

Michal Kos, redakce energeticky.cz

„Prý tam u vás máte letos strašnou zimu, mínus čtyřicet stupňů, mám se asi teple obléknout, že?“ povídá do telefonu Američan John svému ruskému příteli Dimkovi, ke kterému se chystá na Vánoce.
„Strašnou zimu? To bych neřekl. Maximálně mínus dvacet,“ na to Dimka.
„No ale já jsem viděl v televizi, že tam nestartují auta, lidé ani nemají tak teplé oblečení, aby mohli vyjít ven na ulici a neumrzli tam…,“ pokračuje John.
„Jo ty myslíš venku! Venku… no to jó… tam jó!“ uzavře Dimka.

Všechno je relativní. Nám se zdají strašné zimy v Rusku a naše zimy mohou připadat tuhé obyvatelům jižních krajů. Možná u nás teploty nebývají příliš vysoké, pořád ale stačí na to, abychom jich s pomocí tepelného čerpadla využili pro vytápění a ohřev vody našich domovů. A to i v zimě.

Princip činnosti tepelného čerpadla

Nejčastěji se používají čerpadla kompresorová. Pracují tak, že ze svého okolí (vzduchu, země, vody) odebírají teplo, které transformují, „přečerpávají“, na vyšší teplotní úroveň. Uvnitř čerpadla je uzavřený okruh s chladicí kapalinou. Chladicí kapalina do sebe za nízkých teplot absorbuje tepelnou energii ze svého okolí, a odpařuje se. Vzniklá pára se kompresorem stlačuje, a tím se ohřívá. Pára s vysokou teplotou své teplo předává topné vodě nebo vzduchu, ochladí se, kondenzuje a celý cyklus se může opakovat.

Využití tepelných čerpadel

Pomocí tepelných čerpadel můžeme vytápět dům, ohřívat vodu pro potřeby domácnosti nebo vyhřívat bazén. Ve výsledku může tepelná energie vyprodukovaná čerpadlem pokrýt až 95 % roční spotřeby tepla běžné domácnosti, záleží však samozřejmě na konkrétních podmínkách.

Určitou nevýhodou tepelných čerpadel je, že je jejich využití vázáno na charakter lokality, kde stojí nebo má stát vytápěný objekt. Podle toho musíme volit čerpadlo, které bude odebírat energii ze vzduchu, z vody nebo země, přičemž každý způsob má své výhody a nevýhody. Podle toho, odkud teplo čerpadla berou a jakému médiu je předávají, bývají typově označována jako čerpadla vzduch / voda, voda / voda nebo země / voda, případně vzduch / vzduch, voda / vzduch, země / vzduch.

Tepelná čerpadla odebírající energii ze vzduchu (vzduch / voda)

V našich podmínkách se tepelným čerpadlem získává energie nejčastěji ze vzduchu.
Výhody:
- vysoký topný faktor (poměr mezi elektrickou energií, kterou čerpadlo přijme a tepelnou energií, kterou vyprodukuje, je velmi výhodný)
- optimální poměr ceny a výkonu (investiční náklady od 100 000 Kč výše)
- čerpadlo lze instalovat takřka kdekoliv (ideální je však jižní stěna domu)
Nevýhody:
- venkovní jednotka (část čerpadla instalovaná vně objektu) je hlučná, hlučnost se snižuje s dokonalejší (a dražší) technologií
- ve dnech s extrémně nízkými teplotami topný faktor klesá, a snižuje se účinnost

Tepelná čerpadla odebírající energii z vody (voda / voda)

Chceme-li čerpat energii tímto způsobem, musíme mít k dispozici přístup k vodě, povrchové (např. rybník) nebo spodní (kopaná nebo vrtaná studna - nutnost provést hydrogeologickou zkoušku, abychom zjistili, jaká je vydatnost studny).
Výhody:
- vysoký topný faktor
- relativně nízké investiční náklady (od 200 000 Kč výše)
- krátká doba návratnosti investice
Nevýhody:
- problémy s dostupností vody (nepřítomnost povrchového zdroje, slabý zdroj spodní vody, v lokalitě nemusí být čerpání spodní vody povoleno)

Tepelná čerpadla odebírající energii ze země (země / voda)

Pro čerpání energie ze země se používají horizontální (plošné), nebo vertikální kolektory. Horizontální kolektor se ukládá se do rýh v nezámrzné hloubce, vertikální se umisťuje do hlubokých vrtů. V prvním případě je důležitým faktorem i velikost pozemku.
Výhody:
- stabilně vysoký topný faktor
Nevýhody:
- relativně vysoké investiční náklady (u plošného kolektoru od 300 000 Kč výše, u vertikálního jsou náklady ještě vyšší)
- nutnost rozsáhlejších pozemních prací

Efektivita a výkon tepelného čerpadla

Efektivitu tepelného čerpadla vyjadřuje jeho topný faktor. Ten vyjadřuje poměr mezi energií, kterou čerpadlo spotřebuje, a energií, kterou naopak vydá. Topný faktor klesá s poklesem teploty okolí, ze kterého čerpadlo energii získává. Z hlediska stability topného faktoru jsou výhodná čerpadla typu voda / voda nebo země / voda, investiční náklady jsou zde však vyšší.

Výkon tepelných čerpadel

Tepelná čerpadla s vysokými výkony jsou finančně poměrně nákladná, proto se obvykle instalují čerpadla s výkonem odpovídajícím zhruba 70 % tepelných ztrát domu a pro případ extrémně chladných dnů instalujeme ještě doplňující zdroj tepla (na plyn, tuhá paliva apod.). Vzhledem k tomu, že takových dnů je v roce opravdu málo, dokáže tepelné čerpadlo pokrýt většinu celoroční spotřeby tepla. V závislosti na typu čerpadla, na izolaci domu a dalších podmínkách to bývá 75 – 95 %.

Volba topného systému

Tepelné čerpadlo nejlépe uplatníme v rámci nízkoteplotního topného systému (vytápění podlahou, stěnami, velkoplošnými radiátory). Čím nižší jsou teploty dostačující pro provoz topného systému, tím více energie s využitím tepelného čerpadla ušetříme.

Dotace

Projekty na využití obnovitelných zdrojů a zařízení na úspory energií jsou podporovány v rámci programu OPŽP (Operační program Životní prostředí) a Státního programu na podporu úspor energie a využití obnovitelných zdrojů (Pokyny pro žadatele).

Shrnutí

Výhody

- dosud nejekonomičtější způsob vytápění, nejnižší provozní náklady
- tepelným čerpadlem, podle podmínek, pokryjeme až 95 % energie potřebné na vytápění a ohřev užitkové vody
- nízká energetická náročnost provozu
- pokračující trend ve snižování cen tepelných čerpadel (lepší izolační technologie → stačí menší výkony)
- návratnost investice i bez dotací 3-8 let
- dotace z programu OPŽP a Státního programu na podporu úspor energie a využití obnovitelných zdrojů
- zároveň s instalací tepelného čerpadla je výhodná i instalace větracích systémů nebo klimatizace
- uživatelům tepelných čerpadel poskytují distributoři zvýhodněné sazby za el. energii
- snížení závislosti na zdražování energií
- provoz čerpadla je čistý a pohodlný, téměř bez potřeby údržby
- snížení zátěže životního prostředí

Nevýhody

- vysoce výkonné tepelné čerpadlo je drahé, a tak je třeba doplnit vytápění některým tradičním zdrojem
- zůstává určitá závislost na el. energii
- vázanost volby typu čerpadla na charakter lokality
- u čerpadel voda / voda a země / voda náročnější pozemní práce

Závěrem

Tepelná čerpadla jsou zařízení, která pracují s využitím obnovitelných zdrojů energie, a podílejí se tak na úspoře energií obecně. Proto patří projekty na instalaci tepelných čerpadel do sféry dotační politiky státu a snaha o podporu těchto projektů bude v budoucnosti i nadále růst. Investice na pořízení, instalaci a provoz tepelných čerpadel se v souvislosti s rostoucím trendem zdražování energií budou vracet stále rychleji, budou se zdokonalovat i technologie související s využitím tepelných čerpadel. Klimatické podmínky ČR jsou pro využití tepelných čerpadel vhodné a při výběru správného typu čerpadla a při jeho odborné instalaci by neměly nastat žádné problémy.