Teplo, které se nevyčerpá

27.01.2010 Nízkoenergetický provoz, Vytápění, větrání, úprava vzduchu

Uvažujete o vyšší investici na vytápění s levným provozem? S tepelným čerpadlem zdražování energií téměř nepocítíte.


Jestliže máte vyřešeno účinné zateplení a utěsnění domu a při úvahách o vhodném vytápění a větrání jste dospěli k tepelnému čerpadlu, doporučuji prověřit všechny možnosti vašeho pozemku pro umístění optimálního systému. Prověřte vydatnost studny pro čerpadlo voda-voda, nebo zjistěte pro čerpadla země-voda, zda máte dostatečnou plochu parcely pro položení zemních kolektorů, případně se s odborníky poraďte o předpokládaném výkonu čerpadla a potřebné hloubce vrtu (každý metr představuje asi tisíc korun). Čerpadla vzduch-voda vycházejí levněji, ale ve velkých mrazech klesá jejich výkon, navíc mají jejich kompresory kratší životnost než u ostatních typů čerpadel umístěných uvnitř domu (vliv venkovních teplot a nečistot ve vzduchu). Čerpadla vzduch-vzduch se využívají pro vytápění i klimatizaci, ale není možné s nimi ohřívat užitkovou vodu.

Co je tepelné čerpadlo

Princip tepelného čerpadla je podobný principu chladniček – odebíráním tepla potravinám vlastně chladnička vytápí místnost. Tepelné čerpadlo odebírá teplotu vnějšímu prostředí a vytápí celý dům.

Teplo získané z vnějšího prostředí se předává ve výparníku (v prvním výměníku) teplonosné látce (médiu), která koluje v uzavřeném okruhu čerpadla. V kompresoru stlačené médium zvyšuje svou teplotu, tu předává topné vodě v kondenzátoru, fungujícím jako druhý výměník. Ochlazené médium pak pokračuje do expanzního ventilu, kde se roztahuje a je připravené pro další přijímání tepla.

Provoz čerpadla zajišťuje elektrická energie, ale za každou kWh elektřiny odebranou ze sítě získáte zdarma 3 až 5 (někdy i více) kWh tepla pro svůj dům. Tomuto poměru se říká topný faktor εtč. Čím vyšší je, tím účinnější a úspornější má čerpadlo provoz. Ekonomika provozu závisí především na dvou teplotách: na teplotě prostředí, ze kterého teplo odebíráme, a teplotě vody v topném systému. Jejich rozdíl by měl být vždy co nejmenší.

Teplotu vnějšího prostředí neovlivníme, jen podle možností vybereme to nejvhodnější prostředí. Velmi příznivého faktoru (εtč = 5) dosahují čerpadla voda-voda. Ve studnách hlubokých od 5 do 15 m je celoročně téměř konstantní teplota 8 až 12 °C (podmínkou je umístění čerpadla v místnosti, kde nemrzne). Také zemina ve větších hloubkách má stálou teplotu a čerpadla země-voda tedy dosahují celoročně stabilních výkonů (εtč = 4). Naproti tomu vzduch přes zimu dosahuje vysokých záporných hodnot. Čerpadlo vzduch-voda dokáže pracovat až do teploty –20 °C, ale s úměrně klesajícím výkonem.

Zcela zásadním způsobem však můžeme ovlivnit teplotu topné vody volbou systému vytápění. Pro tepelné čerpadlo je nejvýhodnější systém s nízkou teplotou topné vody. V běžných radiátorech je zapotřebí voda vyšší než 50 °C, zatímco podlahové nebo stěnové topení využívá vodu zahřátou jen na 35 – 40 °C. Použitím podlahového topení místo radiátorů se spotřeba energie na pohon čerpadla může snížit až o 25 %. Například kombinací s podlahovým topením se čerpadla voda-voda mohou dostat až na hodnotu topného faktoru εtč = 6.

Možné kombinace

Při rekonstrukci domu většinou můžeme dobře využít i starších teplovodních systémů ústředního vytápění. Bývaly většinou naddimenzované, nebo dimenzované na dům ještě bez zateplení a mívají dostatečně silné trubky (potřebné pro nízkoteplotní systémy). Stačí pak nahradit staré radiátory za velkoplošné, které vytápějí vodou s nižší teplotou. Tepelné čerpadlo je optimálním zdrojem tepla pro podlahové vytápění.

Dobře zateplený a utěsněný dům potřebuje kvalitní větrání. Jestliže nechcete přicházet o téměř polovinu tepla větráním okny, budete zřejmě uvažovat o nuceném větrání s rekuperací, tedy jeho kombinaci s vytápěním teplovzdušným. Rekuperační výměníky lze s tepelnými čerpadly velmi dobře kombinovat, případně je možné zvolit speciální tepelné čerpadlo, které odebírá teplo přímo ze vzduchotechnického potrubí a kombinuje ho s teplem získaným z vnějšího prostředí. V případě, že se pro vzduchotechniku rozhodnete, můžete její rozvody využívat také pro klimatizaci a pomocí tepelného čerpadla vzduch v domě přes léto ochlazovat.

Velmi důležité je správně dimenzovat výkon čerpadla, aby jeho provoz byl optimálně využitý. Jen po několik dnů v roce je totiž tak chladno, aby kotel musel pracovat na plný výkon. Většinou se tedy dimenzuje jen na 75% výkon, a v těch několika dnech mu pomáhá přitápět druhý zdroj (bivalentní provoz), například elektrokotel. Méně často se čerpadlo využívá jako jediný zdroj tepla (monovalentní provoz), spíše u čerpadel, kde je výkon méně závislý na počasí, tedy země-voda nebo voda-voda.

Protože topný výkon tepelného čerpadla není vždy totožný s okamžitou potřebou, pro bezproblémový provoz se využívá kombinace s akumulačním zásobníkem tepla. Dosáhne se optimálního stavu, sníží se počet startů kompresoru a čerpadlo pracuje celoročně velmi výkonně, s vysokým topným faktorem.

Je tepelné čerpadlo drahé?

Vysoká investice je hlavním důvodem, proč mnoho stavebníků tepelné čerpadlo odmítá. U novostaveb s minimálními tepelnými ztrátami je možné zvolit i jiný zdroj, méně nákladný, pokud se vhodně kombinuje se systémem vytápění (teplovzdušné s větráním s rekuperací). Pro starší domy je však tepelné čerpadlo jediným vhodným zdrojem tepla s dostatečně vysokým výkonem, který odpovídá současným ekonomickým i ekologickým požadavkům. Vysoká investice, navíc většinou zaplacená v produktivním věku, se brzy vrátí, a pro budoucnost (důchodový věk) znamená obrovské úspory. V tabulce můžete porovnat pořizovací a provozní náklady některých zdrojů tepla v perspektivě patnácti let. Vyplývá z ní, že oproti plynovému nebo elektrickému topení je součet investičních a provozních nákladů u tepelného čerpadla minimálně o 420 000 až 480 000 korun nižší. Dokážete si určitě představit, co všechno byste si za tolik peněz pořídili.

Ve Švédsku je nejméně 90 % nových rodinných domů vybaveno tepelnými čerpadly, která za rok uspoří více elektrické energie, než by byl schopný vyrobit náš Temelín při plném výkonu (tepelná čerpadla se osvědčila i v lokalitách, kde teploty v zimě klesají až na –35°C). Z hlediska velmi omezených zásob neobnovitelných zdrojů energie to určitě není zanedbatelný fakt.

Od roku 2009 jsou dotace na tepelná čerpadla nárokové, to znamená, že každý, kdo splní podmínky dotačního programu Zelená úsporám, tuto dotaci získá. Výška dotace na tepelná čerpadla je dána typem dotovaného tepelného čerpadla:

  • Tepelná čerpadla země/voda 75 000 Kč
  • Tepelná čerpadla vzduch/voda 50 000 Kč
  • Tepelná čerpadla voda/voda 75 000 Kč

Podmínky získání státní dotace na tepelná čerpadla při výměně zdroje tepla ve stávajících domech:

  • Dům musí být prokazatelně vytápěn uhlím, olejem nebo elektřinou
  • Po instalaci tepelného čerpadla musí být původní zdroj tepla zlikvidován
  • Tepelné čerpadlo a jeho dodavatel musí být zapsáni v rejstříku schválených výrobků a dodavatelů, který provozuje Státní fond životního prostředí

Podmínky získání státní dotace na tepelná čerpadla při instalaci do novostavby:

  • Každá novostavba, která bude dokončena do konce roku 2010, má nárok na dotaci
  • Od 1.1.2011 musí dům splňovat podmínku měrné spotřeby tepla maximálně 55 kWh/m2
  • Tepelné čerpadlo a jeho dodavatel musí být zapsáni v rejstříku schválených výrobků a dodavatelů, který provozuje Státní fond životního prostředí
Věra Konečná
Foto Jaroslav Hejzlar, Filip Šlapal a Tepelná čerpadla IVT
Článek byl připraven ve spolupráci s Ing. Ladislavem Ročárkem.