Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Perspektivy tepelných čerpadel
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Perspektivy tepelných čerpadel

Postupné odbourávání dotací na paliva a energie, především pro obyvatelstvo, zvedá provozní náklady a mění pohledy na dosud zaběhnuté způsoby vytápění.

V minulých letech se ve velké míře přecházelo na levný a plně automatický systém vytápění především zemním plynem, které se v našich podmínkách velmi rozšířilo. Rozsáhlá plynofikace sice významně ovlivnila kvalitu ovzduší ve srovnání s předchozím obdobím, ale málokdo si uvědomil, že zdroje zemního plynu prakticky nemáme a že ho musíme nakupovat za ceny, které jsou v Evropě obvyklé. Přesto se plynofikovala spousta obcí a plynofikuje se dále. Tato koncepce vytápění v návaznosti na vysokoteplotní vytápěcí systémy se však zdá z dnešního i budoucího pohledu "poněkud nešťastná".

Cesta k tepelným čerpadlům

Porozhlédneme-li se po zemích na západ od našich hranic, pozorujeme sílící trendy energetických úspor. I když kupní síla obyvatelstva v těchto zemích je podstatně vyšší než u nás, přesto se hledají cesty, jak ušetřit na provozních nákladech spojených s vytápěním. Současný a zcela jistě i budoucí nejen evropský, ale i celosvětový trend je orientován na odklon od spalování fosilních paliv ve prospěch využívání obnovitelných zdrojů energie. Technická úroveň jejich využití je dnes již vysoká a vývoj stále pokračuje.
Jenže v myslích mnoha lidí je u nás zakořeněná představa, že tepelné čerpadlo je "strašně" drahá věc, proto se nevyplatí je pořizovat a instalovat. Ano, v dobách levných energií to byla zcela jistě pravda a finanční prostředky investované do tohoto zařízení se za dobu životnosti tepelného čerpadla nevrátily. Avšak doba se mění, mění se i ceny energií a přístupy k ekologickému pohledu na svět. Statisíce tepelných čerpadel instalovaných pro účely vytápění a ohřev teplé vody již dnes nahrazují celé elektrárny a současně bez zplodin a nežádoucích odpadů vytvářejí příjemné teplo domovů, v administrativních a komerčních budovách topí nebo naopak v létě chladí, a to jen při zlomku spotřebované elektrické energie, kterou potřebují pro svůj pohon.

Možnosti získávání energie

Tepelná čerpadla mohou získávat z okolí vytápěného domu energii pocházející od Slunce, případně energii z jádra Země. Máme-li například k dispozici dostatek spodní vody, jejíž teplota ani v zimě neklesá pod +7 °C, lze dosáhnout z 1 kWh dodané tepelnému čerpadlu pro jeho pohon více než 5,5 kWh tepelné energie. Musíme však zapomenout na to, že ze staré nevyužívané studny, kterou máme na dvoře, budeme téměř zadarmo vytápět dům. Tak jednoduché to zase není. Vodu, kterou ze studny do tepelného čerpadla načerpáme, nemůžeme vrátit do stejné studny zpět, protože odnímáním tepla pro vytápění by asi brzy zamrzla. Proto ochlazenou vodu musíme vypouštět jinam, nejlépe do tzv. vsakovací studny, aby se úroveň spodní vody výrazně nenarušila. Také chemické složení vody ve studni musí být takové, aby se nezanášely výměníky v tepelném čerpadle. Pro rodinný domek je potřeba za 1 hodinu přečerpat asi 2,5 ÷ 3,0 m3 vody, a to v zimním období prakticky téměř nepřetržitě. Dosáhnout těchto hodnot lze jen v některých lokalitách.
Častěji lze získávat teplo ze Země, buď z povrchové vrstvy, kde je naakumulována sluneční energie, nebo z hloubkového vrtu, odkud lze získat teplo pocházející ze zemského jádra. Do výkopu nebo do vrtu se uloží plastové trubky, kterými proudí nemrznoucí kapalná směs, která se průchodem teplejším okolím v zemi nebo ve vrtu ohřívá a teplo přenáší do tepelného čerpadla, které ho dokáže převést na využitelnou úroveň. V tomto případě lze zpravidla z 1 kWh dodané pro pohon tepelného čerpadla získat asi 4 až 4,5 kWh tepelné energie. Nic však není zcela zadarmo. K tomu, abychom přenesli teplonosnou látkou v plastových trubkách teplo domů, musí být položeny do výkopů stovky metrů potrubí nebo desítky, někdy též stovky metrů vrtů. Vždy záleží na místních hydrogeologických podmínkách. Obvykle je pro horizontální uložení jímacích trubek potřeba plocha odpovídající 2,5 až 3násobku vytápěné plochy. Ne všude je to realizovatelné, a tak nezbývá než zvolit hlubinné vrty, jejichž cena se pohybuje kolem 1000 Kč/m a podle geologických podmínek je jich pro běžný rodinný domek třeba asi 60 až 90 m.
Nejméně náročným, a přitom poměrně snadno realizovatelným způsobem je využití tepla obsaženého ve vzduchu. Toho je naštěstí všude dost. V tomto směru bylo v posledních letech dosaženo výrazného technického pokroku. Není to tak dávno, kdy tepelné čerpadlo mohlo pracovat do venkovní teploty 0 °C, v nejlepším případě do - 5 °C, navíc při velmi malém zisku. Dnešní nejmodernější tepelná čerpadla pracují do venkovní teploty až -20 °C. Je sice pravdou, že s klesající venkovní teplotou do jisté míry klesá výkon, a tím energetický zisk tepelného čerpadla, ale na druhé straně není nutno provádět téměř žádné stavební práce, jako jsou čerpací a vsakovací studny, hloubkové vrty nebo zemní rýhy pro pokládku zemních jímačů. Tím se cenově celá instalace tepelného čerpadla stává příznivou. Vezmeme-li v úvahu, že průměrná teplota v topném období se v našich klimatických podmínkách pohybuje kolem 3,5 ÷ 4 °C, pak z 1 kWh vložené do tepelného čerpadla dosáhneme 3,3 ÷ 3,8 kWh tepelného výkonu. To je jistě zajímavé a vzhledem k naprosto bezproblémové instalaci realizovatelné prakticky všude.

Vytápěcí systém

Co tedy brání rychlému nasazování tepelných čerpadel? Bohužel právě proto, že historicky bylo využíváno kotlů na tuhá paliva, později plynových nebo elektrických, instalovaly se ve většině případů vysokoteplotní systémy ústředního vytápění. Tepelné čerpadlo ale dokáže ohřívat vodu jen na 55 °C, max. na 65 °C. To je však pro vysokoteplotní systémy nedostačující. Pro správně navržený topný systém s tepelným spádem 90/70°C by byla v Praze nebo v Brně, kdy venkovní teplota klesne na výpočtovou úroveň -12 °C, potřebná teplota vody do radiátorů 90 °C. To tepelné čerpadlo nedokáže, a pokud vodu něčím jiným přihřejeme, samo se z důvodu "sebezáchovy" zastaví. Teplota nad 75 °C je může vážně poškodit.
Co tedy dělat? Především je třeba vždy sladit vytápěcí systém s tepelným zdrojem, v našem případě tepelným čerpadlem. Nutný je tzv. nízkoteplotní systém, ideální je podlahový, s teplotou topné vody 30 ÷ 35 °C. Ani radiátory nejsou vyloučeny, pokud při teplotě topné vody do 50 °C dodají do vytápěného prostoru dostatečné množství tepla. To znamená, že jejich otopná plocha bude podstatně větší než u systému s teplotou vody 90 °C. V novostavbách toho lze snadno dosáhnout, a přestože nízkoteplotní vytápění je investičně dražší než vysokoteplotní, z provozního hlediska např. podlahové vytápění již svou podstatou plošného sálavého vytápění snižuje potřebu tepla při stejné tepelné pohodě o 20 - 24 % proti radiátorovým systémům.
Ve starších domech s původním ústředním topením je to s možností připojení tepelného čerpadla složitější. Je nutno přepočíst a přehodnotit celý topný systém, aby vyhovoval po teplotní i hydraulické stránce. Často je možné se setkat s tím, že topný vysokoteplotní systém byl značně předimenzován, pak při určitých stavebních zateplovacích úpravách lze tento původně vysokoteplotní systém provozovat jako nízkoteplotní s tepelným čerpadlem. Tepelné čerpadlo s topným systémem je ale vždy nutno pojímat jako jeden celek, což je podstatný rozdíl proti tomu, když se k systému přisadí nějaký kotel, a ono to zpravidla bez problému funguje a topí.

Možnosti realizace

Ideálním řešením by bylo, kdyby každý dnes projektovaný nebo realizovaný dům byl vybaven tepelným čerpadlem, což se každému stavebníkovi nutně vyplatí. Jen kdyby mu to někdo ve chvíli, kdy si domlouvá, jak bude jeho dům vypadat, nabídl, nebo přímo doporučil. Většina projektantů ÚT má ale před tepelnými čerpadly ostych, protože ve školách se o tom u nás nevyučovalo. Architekti a stavební projektanti otázku vytápění se stavebníkem a investorem zpravidla neprobírají, protože to ponechávají na profesním projektantovi. Domnívají se, že to není jejich parketa. Proto je u nás dosud instalováno jen asi 1300 tepelných čerpadel oproti stejně lidnatému Švédsku s instalovanými 360 000 tepelnými čerpadly. Je nicméně radostným zjištěním, že někteří projektanti již pochopili podstatu a důvody, proč svým klientům vyjít v jejich přáních vstříc.
Velmi špatná je však situace u dodavatelských stavebních firem. V honbě za získáním zákazníků na co nejlevnější dům používají v nabídce to nejlevnější řešení, které se sice budoucímu uživateli pořádně prodraží, ale to už není jejich věc. Když si zákazník sám "vydupe", že si pro budoucí období přeci jen nechá tepelné čerpadlo nainstalovat, nesou to zpravidla nelibě a se vší důsledností přenášejí zajišťování na zákazníka. Naštěstí i mezi stavebními firmami jsou takové, kterým tepelné čerpadlo nejen že nevadí, ale dokonce ho ve své nabídce mají jako jednu z možností vytápění. Brzy již budou mít výrazný náskok před ostatními takové stavební firmy, v jejichž domech bude tepelné čerpadlo jako naprostá samozřejmost technického vybavení. Právě tak se orientují již řadu let naši západní sousedé a nás to brzy potká.
K zavádění tepelných čerpadel přispívá možnost získání státní podpory prostřednictvím Státního fondu životního prostředí a České energetické agentury, nově vytvořený tarif za spotřebovanou el. energii zvýhodňující provozní náklady tepelných čerpadel a aktivní působení Asociace pro využití tepelných čerpadel mezi odbornou a laickou veřejností. Jsou připravovány odborné semináře pro různé okruhy účastníků, ať již z oblasti projektantů, státní správy, ale i montážních a stavebních firem. Vzorem může být Evropská asociace tepelných čerpadel, jejímž cílem je zdvojnásobení počtu instalovaných tepelných čerpadel v zemích EU do roku 2010. Může-li se např. ve Švédsku ročně instalovat 20 000 tepelných čerpadel, proč by jich u nás nemohlo být zatím jen 5000 ročně? V podstatě tomu nic nebrání. Jen více osvěty a seriózních informací. Vrátí-li se investice do tepelného čerpadla za 5 ÷ 6 let při jeho minimální životnosti 20 let, pak jistě jde o výhodnou investici.

Další články

Ekologie
Energetické strojírenství

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: