U tohoto článku nebylo technicky možné zajistit fotografie a obrázky.
Tepelné čerpadlo: Topení trochu jinak
Kategorie: Teplo domova | Autor: Jiří Savinec
Perpetuum mobile, vysněný stroj pošetilých vynálezců, měl pracovat bez sebemenší dodávky energie. Pokud však nějaké zařízení pro svůj provoz odebírá například teplo ze země nebo ze vzduchu, nejde o perpetuum mobile, ale o takzvané tepelné čerpadlo.
Tepelná čerpadla jsou moderní ekonomická a ekologická zařízení využívající obnovitelné a na pohled takřka neznatelné energie okolního prostředí, kterou dokáží přeměnit do podoby použitelného tepla, určeného k vytápění budov a ohřevu užitkové vody. Ve vyspělých zemích představují tepelná čerpadla jednu z cest k řešení energetických problémů a potíží s poškozeným životním prostředím. Tepelné čerpadlo dokáže odebrat nízkopotencionální energii vodě (povrchová, spodní, odpadní), vzduchu (okolní, odpadní) nebo zemi (prostřednictvím nemrznoucí kapaliny obíhající v uzavřeném kolektoru) a na termodynamickém principu ji přeměnit do podoby využitelného tepla, které se následně rozvádí v domě či bytě prostřednictvím vody (klasické radiátory nebo podlahové topení), případně vzduchem (klimatizační jednotky typu “split”). Podle konkrétních podmínek uživatele je pak možné nechat si nainstalovat do domu tepelné čerpadlo s různými kombinacemi vstupní a výstupní energie, tzn. tepelná čerpadla typu voda (země)/voda, vzduch/voda, voda/vzduch nebo vzduch/vzduch.
Jak to vlastně pracuje?
Princip funkce tepelného čerpadla je shodný s principem kompresorové chladničky. V obou případech je teplonosné médium stlačováno kompresorem, takže dochází k jeho oteplování. Zatímco však u chladniček využíváme skutečnosti, že při expanzi – rozpínáni stlačeného plynu – se okolí výparníku ochlazuje (teplo z hřejícího tepelného výměníku na zadní straně chladničky je třeba odvádět pryč jako nepotřebné), pracuje tepelné čerpadlo obráceně: k vytápění využívá teplo získané stlačováním chladicího média a “odpadni chlad” odvádí do vzduchu, do vody nebo do půdy. Pokud změříme tepelný výkon výhřevného zařízení založeného na uvedeném principu, dojdeme k šokujícímu závěru, že klasická fyzika zde jaksi nefunguje. Zařízení osazené motorem 10 kW odevzdává topný výkon přibližně 30 kW. Znamená to snad, že tepelné čerpadlo pracuje s účinností 300 procent? Nikoli, to jsme si jen “vypůjčili” energii ze země, z vody nebo ze vzduchu! Tepelné čerpadlo tak představuje bezesporu nejekonomičtější zdroj tepla a v době razantního zdražování energií není ani zapotřebí výhodnost takového vytápění zdůrazňovat.
Něco o ekonomice provozu
Podstatou ekonomické výhodnosti tepelného čerpadla je skutečnost, že spotřebuje-li toto zařízení na pohon motorkompresoru 1 kWh elektřiny, dodá až čtyřikrát více energie ve formě tepla. Poměru této výstupní energie tepelné a vstupní energie elektrické se říká topný faktor a u tepelných čerpadel se pohybuje zpravidla v rozmezí od 3 do 4, v některých případech činí i 7. Proto také po instalaci tepelného čerpadla namísto elektrického vytápění zaplatíte za otop a ohřev užitkové vody zhruba třetinu až čtvrtinu původních nákladů. Možné a také poměrně obvyklé je v našich podmínkách vytápění bivalentní, kdy je tepelné čerpadlo dimenzováno na 60 až 70 % potřebného tepelného výkonu, což pokryje potřebu tepla z 93 až 97 % v průběhu klasické topné sezóny. Zbylých 3 až 7 % vykryje malý elektrický kotlík nebo jiný zdroj tepla. Toto řešeni podstatné sníží náklady na pořízení tepelného čerpadla i příslušného zdroje (např. zemního kolektoru) a hospodárnost systému bude stále vynikající. Snížení počátečních investičních nákladů má společné s cenou elektrické energie největší vliv na ekonomickou návratnost systému v porovnání s ostatními topnými systémy a médii. Vzhledem k pořizovací ceně tepelného čerpadla a úspornému návrhu primárního zdroje lze dosáhnout v našich podmínkách i poměr- ně krátké doby návratnosti.
Kam pro dotaci?
Ministerstvo životního prostředí v rámci Státního programu na podporu úspor energie a využití obnovitelných zdrojů energie poskytuje pro fyzické osoby (nepodnikající v objektu, kde je tepelné čerpadlo instalováno) finanční dotaci až do výše 30 % z celkových nákladů na instalaci. Maximální výše dotace činí v tomto případě na jednu bytovou jednotku 65 tisíc Kč pro tepelná čerpadla využívající tepelné energie vzduchu a 110 tisíc Kč pro ostatní zařízení. Obecně prospěšné organizace (obce, rozpočtové a příspěvkové organizace, nadace, občanská sdružení, církve, právnické osoby založené nebo zřízené obcí, atd.) však mohou získat dotaci ve výši až 80 % z celkových investičních nákladů, z toho 40 % nenávratnou dotaci a 40 % dlouhodobou výhodnou půjčku. Podnikatelské subjekty, akciové společnosti nebo bytová družstva mohou obdržet výhodný úvěr až na 60 % celkových pořizovacích nákladů. S vyřízením této žádosti případným žadatelům často pomůže i firma, která tepelná čerpadla dodává. Bližší informace lze získat i přímo na Státním fondu životního prostředí ČR.
Možné zdroje tepla:
* Teplo z povrchu země
Jedním z nejlevnějších způsobů získávání energie ze země je využití plošného kolektoru umístěného poblíž domu. Kolektor se skládá ze sítě plastových trubek uložených v hloubce 1 až 1,2 m s roztečí zhruba 1 m. Země ohřívá medium protékající v kolektoru o několik stupňů a tepelné čerpadlo převádí tuto takřka neznatelnou energii na teplo využitelnou v radiátorech. Velikost plošného kolektoru k vytápění běžně velkého rodinného domu se pohybuje v rozpětí 250 až 400 m2. Jedinou podmínkou pro realizaci plošného kolektoru je dostatečná výměra pozemku. Správně nadimenzovaný a realizovaný zemní kolektor potom nemá žádný vliv na vegetaci v zahradě.
* Teplo z hlubin země
Nejčastěji používaným způsobem získávání tepla je odběr z hloubkového vrtu. Využívá se přitom faktu, že v hloubce několika málo metrů pod zemských povrchem je teplota po celý rok konstantní. Do vrtu o průměru 14 cm je vložená plastová sonda, kterou protéká nemrznoucí směs. Po vložení sondy se vrt zasype. Vrtné práce lze provádět prakticky v jakémkoli podloží. Hloubky vrtů pro vytápění běžného rodinného domu se pohybuje v rozpětí od 70 do 120 m. Takový vrt je pak možné využít i v letních měsících jako levný zdroj chladu pro klimatizační jednotku.
* Teplo z venkovního vzduchu
Všude tam, kde není možné umístit z prostorových důvodů plošný kolektor či vrt, je možné odebírat teplo z venkovního vzduchu. Vzduchová tepelná čerpadla vynikají poměrně snadnou instalací, navíc odpadají prakticky jakékoli zemní práce. Zařízení můžete umístit třeba do zahrady, na terasu nebo i střechu vytápěného objektu. Podle provedení pracují tato zařízení do venkovní teploty až -20 °C. V případě kvalitních vzduchových tepelných čerpadel se průměrný roční topný faktor přibližuje topnému faktoru čerpadel odebírajících teplo ze země.
* Teplo z vody
Máte-li na svém pozemku studnu s dostatkem spodní vody, můžete ji rovněž využít jako zdroj tepelné energie. Spodní voda se ze studny postupně čerpá nahoru, v tepelném čerpadle se jí odebere teplo a ochlazená se pak vrací zpět do země ve druhé – vsakovací – studni. Tepelná čerpadla pracující se spodní vodou dosahují největšího topného faktoru (v kombinaci s podlahovým vytápěním v domě se mohou dostat až na hodnotu 6). Pro běžný rodinný dům je zapotřebí vlastnit studnu s čistou vodou a s ověřenou vydatností 1800 l/hod. Druhou možnost představuje využití tepla z povrchové vody, kdy lze například na dno rybníka či jiného vodního zdroje položit plastové hadice, s jejichž pomocí se odtud bude teplo odebírat.
* Teplo z větracího vzduchu
Pokud je v domě instalované nucené větrání, lze jím odčerpanou tepelnou energii získat částečně zpět s pomocí tzv. rekuperačních výměníků. Druhou velice efektivní možností, jak tuto energii využít, je instalace tepelného čerpadla. Použít lze speciální zařízení s výkonem 1,5 až 2 kW, které odebírá teplo jen z odpadního vzduchu, nebo výkonnější tepelná čerpadla, která odebírají teplo ještě i z vrtu nebo plošného kolektoru. Právě tato kombinace účinek tepelného čerpadla výrazně zefektivní. Když totiž není topení či ohřev teplé užitkové vody nutný, ukládá se nadbytečné teplo z větracího vzduchu do podzemní smyčky. Díky tomu je teplota zemního kolektoru stále dostatečně vysoká a tepelné čerpadlo může pracovat s velmi vysokým topným faktorem.
Venkovní jednotka tepelného čerpadla vzduch/voda
Tepelné čerpadlo voda/voda je ze všech nejúčinnější
Tepelné čerpadlo vzduch/voda
Tepelné čerpadlo země/voda
