Štítkování a ekodesign tepelných čerpadel pro přípravu teplé vody

Úvod

Jak bylo uvedeno v úvodním textu [1] ke štítkování a ekodesignu tepelných čerpadel, zcela nově se v rámci evropské legislativy zavádí požadavky na energetickou účinnost zdrojů tepla pro vytápění a přípravu teplé vody pro jejich uvedení na trh. Zároveň je zavedena povinnost výrobců a dovozců opatřovat taková zařízení energetickými štítky, které grafickou formou umožňují porovnání zařízení mezi sebou pro koncového uživatele z pohledu provozní účinnosti. Mezi zdroje tepla, na které jsou tyto požadavky kladeny, patří i tepelná čerpadla, neboť spotřebovávají elektrickou energii (nejčastější konstrukce).

Štítkování tepelných čerpadel pro přípravu teplé vody je popsáno v Nařízení Komise 812/2013 [2], které určuje postup pro výpočet energetické účinnosti přípravy teplé vody a definuje informace uváděné na energetickém štítku a dokumentaci k zařízení (informační list, technická dokumentace). Tepelným čerpadlem pro přípravu teplé vody je pouze takové tepelné čerpadlo, které má samostatný přívod studené vody (plně integrovaná příprava teplé vody, ohřívač vody s tepelným čerpadlem). Může být i ve formě kombinované s možností vytápění vnitřních prostor.

Požadavky na ekodesign ohřívačů teplé vody jsou uvedeny v Nařízení Komise 814/2013 [3]. Požadavky na energetickou účinnost jsou jednotné pro všechny neobnovitelnou energii spotřebovávající ohřívače vody, a lze proto porovnat tepelné čerpadlo pro ohřev vody například s elektrickým zásobníkovým ohřívačem vody nebo plynovým ohřívačem vybaveným solárním zařízením. Na energetickém štítku zařízení je stručně uvedena energetická třída, která jednoduše naznačuje jeho energetickou náročnost. Pro tepelná čerpadla zároveň tento legislativní dokument předepisuje požadavek i na maximální hladinu akustického výkonu.

K oběma nařízením bylo vydáno Sdělení Komise 2014/C 207/03 [4], které definuje použité zkušební normy, okrajové podmínky a postupy zkoušení tepelných čerpadel pro přípravu teplé vody a výpočtové postupy hodnocení. V tomto vychází především z norem

• ČSN EN 16147:2011 [5];
• ČSN EN 12102:2013 [6].

Odkazy na normy obsahují i úpravu normových postupů a je nutné tak postupovat striktně podle uvedených definic. Následující text se snaží ukázat principy hodnocení tepelných čerpadel pro přípravu teplé vody.

Zkoušení a hodnocení účinnosti ohřívače vody s tepelným čerpadlem

Tepelná čerpadla pro přípravu teplé vody (ohřívače vody s tepelným čerpadlem) se zkouší v režimu nastaveném z výroby, s výjimkou funkce inteligentního ovládání (viz dále). Zkoušky se provádí s profily odběru teplé vody (tzv. zátěžovými profily) označenými jako 3XS až XXL. Zde je odchylka od normy, která rozlišuje pouze odběry S až XXL. Odběrové profily se liší denním množstvím odebrané energie a časovou posloupností jednotlivých odběrů. Deklarovaný odběrový profil musí být maximální odběrový profil nebo odběrový profil o jednu pozici nižší. Maximální odběrový profil je odběrový profil s největší referenční (denní) odebranou energií, kterou je ohřívač schopen poskytnout při splnění podmínek teploty a průtoku definovaných v odběrovém profilu (viz ČSN EN 16147).

Tepelná čerpadla pro přípravu teplé vody se zkouší za podmínek na výparníku podle tab. 1 v závislosti na typu tepelného čerpadla a klimatických podmínkách. Tepelná čerpadla odebírající teplo z venkovního vzduchu se pro účely energetického štítku zkouší pro podmínky teploty vzduchu všech tří klimatických zón. Hodnoty v závorce jsou teploty vlhkého teploměru. Pro tepelná čerpadla odebírající při ohřevu vody teplo z odpadního vzduchu jsou definovány průtoky vzduchu a jeho měrná vlhkost. Postupem zkoušky podle ČSN EN 16147 se pro deklarovaný odběrový (zátěžový) profil zjistí

• denní potřeba elektrické energie Q_elec [kWh];
• příkon zařízení v pohotovostním režimu P_stby [kW];
• objem V₄₀ [l] smíšené vody o teplotě 40 °C.

Tab. 1 Standardní jmenovité podmínky pro tepelná čerpadla pro přípravu teplé vody

Zdroj tepla	Venkovní vzduch			Vnitřní vzduch	Odpadní vzduch	Solanka	Voda
Klimatické podmínky	Průměrné	Chladnější	Teplejší	–	–	–	–
Teplota [°C]	7 (6)	2 (1)	14 (13)	20 (15)	20 (12)	0/−3	10/7

Z parametrů stanovených zkouškou se výpočtem stanovují další parametry, použité pro hodnocení ohřívače. Pro přehlednost jsou obecné vztahy dále uváděny jako zjednodušené pro případ ohřívačů s elektricky poháněnými tepelnými čerpadly. Energetická účinnost ohřevu vody η_wh zařízení s elektricky poháněným tepelným čerpadlem se stanoví podle vztahu

kde je

Q_ref

referenční potřeba energie, součet užitečně odebraného energetického obsahu vody během celého denního profilu odběru teplé vody [kWh];

Q_elec

denní potřeba elektrické energie [kWh] pro zajištění pokrytí denního odběru;

CC

převodní koeficient o hodnotě 2,5 (vyjadřuje 40% účinnost výroby elektrické energie v EU), odpovídá v podstatě průměrnému evropskému faktoru neobnovitelné primární energie pro elektrickou energii;

SCF

faktor inteligentního ovládání [–], vyjadřuje zvýšení v energetické účinnosti ohřívače v důsledku inteligentního ovládání;

smart

shoda v oblasti inteligentního ovládání, parametr nabývající hodnoty 0 nebo 1 podle splnění minimální hodnoty faktoru inteligentního ovládání (viz dále);

Q_cor

korekční faktor okolního prostředí [kWh], který vyjadřuje tepelnou ztrátu zařízení pro ohřev vody v pohotovostním režimu do prostředí, ve kterém je instalováno.

Inteligentní ovládání ohřívače, např. neudržování objemu zásobníku v noci, kdy se nečeká odběr teplé vody, na vysoké teplotě, může zvýšit účinnost ohřevu vody. Pokud chce výrobce takovou funkci uplatnit při hodnocení ohřívače s tepelným čerpadlem, pak je nutné provést cca čtrnáctidenní měření, přičemž se prvních 7 dní tepelné čerpadlo zkouší bez zapnutí inteligentního ovládání, a poté se zapnutým inteligentním ovládáním. Podrobnosti o měření jsou uvedeny v Nařízení [3]. Faktor inteligentního ovládání SCF se stanoví jako

kde je

Q_{elec,week,smart}

týdenní potřeba elektrické energie s inteligentním ovládáním [kWh];

Q_elec,week

týdenní potřeba elektrické energie bez inteligentního ovládání [kWh].

Je-li hodnota SCF ≥ 0,07, pak je hodnota smart ve vztahu (1) rovna 1, ve všech ostatních případech je hodnota smart rovná 0.

Korekční faktor okolního prostředí Q_cor [kWh] pro ohřívače vody s tepelným čerpadlem se stanoví ze vztahu

kde je

k

konstanta [–], hodnota k je pro všechny odběrové profily rovná 0,23, pouze pro profil XXL je rovna 0;

P_stby

tepelná ztráta v pohotovostním režimu [kW] bez odběru teplé vody, stanovená zkouškou podle ČSN EN 16147.

Pro potřeby uvádění na energetickém štítku se stanovuje roční potřeba elektrické energie AEC [kWh] podle vztahu

Energetický štítek pro ohřívač vody s tepelným čerpadlem

Všechny druhy ohřívačů vody jsou podle vypočtené energetické účinnosti ohřevu vody jednotně zatříděny podle tab. 2 v závislosti na deklarovaném profilu odběru. Pro přehlednost nejsou v tabulce uvedeny extrémní denní odběry nad 300 l teplé vody o teplotě 60 °C (XL a XXL). Podle štítku lze tedy porovnat energetickou náročnost tepelného čerpadla pro přípravu teplé vody s plynovým ohřívačem vody nebo s elektrickým ohřívačem vody.

Tab. 2 Rozdělení ohřívačů vody do tříd podle energetické účinnosti

Třída	3XS [%]	XXS [%]	XS [%]	S [%]	M [%]	L [%]
A+++	ηwh ≥ 62	ηwh ≥ 62	ηwh ≥ 69	ηwh ≥ 90	ηwh ≥ 163	ηwh ≥ 188
A++	53 ≤ ηwh < 62	53 ≤ ηwh < 62	61 ≤ ηwh < 69	72 ≤ ηwh < 90	130 ≤ ηwh < 163	150 ≤ ηwh < 188
A+	44 ≤ ηwh < 53	44 ≤ ηwh < 53	53 ≤ ηwh < 61	55 ≤ ηwh < 72	100 ≤ ηwh < 130	115 ≤ ηwh < 150
A	35 ≤ ηwh < 44	35 ≤ ηwh < 44	38 ≤ ηwh < 53	38 ≤ ηwh < 55	65 ≤ ηwh < 100	75 ≤ ηwh < 115
B	32 ≤ ηwh < 35	32 ≤ ηwh < 35	35 ≤ ηwh < 38	35 ≤ ηwh < 38	39 ≤ ηwh < 65	50 ≤ ηwh < 75
C	29 ≤ ηwh < 32	29 ≤ ηwh < 32	32 ≤ ηwh < 35	32 ≤ ηwh < 35	36 ≤ ηwh < 39	37 ≤ ηwh < 50
D	26 ≤ ηwh < 29	26 ≤ ηwh < 29	29 ≤ ηwh < 32	29 ≤ ηwh < 32	33 ≤ ηwh < 36	34 ≤ ηwh < 37
E	22 ≤ ηwh < 26	23 ≤ ηwh < 26	26 ≤ ηwh < 29	26 ≤ ηwh < 29	30 ≤ ηwh < 33	30 ≤ ηwh < 34
F	19 ≤ ηwh < 22	20 ≤ ηwh < 23	23 ≤ ηwh < 26	23 ≤ ηwh < 26	27 ≤ ηwh < 30	27 ≤ ηwh < 30
G	ηwh < 19	ηwh < 20	ηwh < 23	ηwh < 23	ηwh < 27	ηwh < 27

Nařízení Komise 812/2013 předepisuje grafickou podobu energetického štítku pro tepelná čerpadla určená pro přípravu teplé vody (viz obr. 1). Přesné grafické vyhotovení energetického štítku pro tepelné čerpadlo určené pro přípravu teplé vody je vyobrazeno a popsáno v Nařízení Komise 812/2013 v příloze III v bodě 6.

Energetický štítek obsahuje řadu informací s využitím přehledných piktogramů:

1. název nebo ochranná známka dodavatele
2. identifikační značka modelu
3. funkce ohřevu vody včetně deklarovaného zátěžového (odběrového) profilu, vyjádřeného příslušným písmenem
4. třída energetické účinnosti ohřevu vody za průměrných klimatických podmínek
5. roční potřeba elektrické energie (případně roční potřeba paliva u jiných druhů ohřívačů) za průměrných, chladnějších a teplejších klimatických podmínek
6. teplotní mapa Evropy se třemi klimatickými zónami
7. hladina akustického výkonu jednotky ve vnitřním nebo venkovním prostředí (podle určení jednotky) v dB
8. u ohřívačů vody s tepelným čerpadlem schopným pracovat pouze v době mimo špičku lze doplnit piktogram VIII

Energetický štítek je pouze graficky přehledné vyjádření energetické náročnosti pro laika. Detailnější informace a číselné parametry zařízení pro ohřev vody tepelným čerpadlem jsou uvedeny v informačním listě, který je nutné uvádět v technické dokumentaci k ohřívači. Pořadí informací je nařízením stanovené následující:

1. Název nebo ochranná známka dodavatele
2. Identifikační značka modelu
3. Deklarovaný odběrový (zátěžový) profil
4. Třída energetické účinnosti modelu při ohřevu vody za průměrných klimatických podmínek
5. Energetická účinnost ohřevu vody za průměrných klimatických podmínek
6. Roční potřeba elektrické energie v kWh za průměrných klimatických podmínek
7. Jiné odběrové profily, při nichž je vhodné dané tepelné čerpadlo používat, a k nim příslušná energetická účinnost ohřevu vody a roční potřeba elektrické energie
8. Nastavení teploty termostatu ohřívače vody od dodavatele při jeho uvedení na trh
9. Hladina akustického výkonu ve vnitřním prostřední (je-li určen pro vnitřní instalace)
10. Informace, zda je spotřebič schopen pracovat pouze v době mimo špičku
11. Preventivní opatření při montáži, instalaci nebo údržbě
12. Je-li tepelné čerpadlo vybaveno inteligentním ovládáním, pak informace o tom, že se údaje o potřebě energie vztahují pouze na nastavení se zapnutým inteligentním ovládáním

Požadavky na ekodesign tepelných čerpadel pro přípravu teplé vody

Nařízení Komise 814/2014 předepisuje základní požadavky, které je nutné splnit pro uvedení ohřívače s tepelným čerpadlem na evropský trh:

• minimální energetickou účinnost ohřevu vody stanovenou podle vztahu (1) pro průměrné klimatické podmínky;
• maximální užitný objem ohřívače pro odběrové profily 3XS až S;
• minimální množství smíšené vody při teplotě 40 °C pro odběrové profily M až 4XL;
• maximální hladinu akustického výkonu.

Všechny požadavky vstupují v platnost 26. září 2015. Požadavek na energetickou účinnost ohřevu vody se zpřísňuje od 28. září 2017 a pro největší tepelná čerpadla pro přípravu vody s odběrovými profily XXL až 4XL se zpřísňuje dále 28. září 2018. Hodnoty požadované účinnosti jsou uvedeny v tab. 3. Hodnoty v závorkách jsou požadavky na energetickou účinnost ohřevu vody bez zapnutí inteligentního ovládání u jednotek, která deklarují hodnotu smart = 1.

Tab. 3 Minimální energetická účinnost ohřevu vody tepelným čerpadlem

Deklarovaný zátěžový profil		3XS [%]	XXS [%]	XS [%]	S [%]	M [%]	L [%]	XL [%]	XXL [%]	3XL [%]	4XL [%]
Energetická účinnost ohřevu vody	platné od 26. září 2015	22 (19)	23 (20)	26 (23)	26 (23)	30 (27)	30 (27)	30 (28)	32 (28)	32 (28)	32 (28)
	platné od 26. září 2017	32 (29)	32 (29)	32 (29)	32 (29)	36 (33)	37 (34)	37 (35)	37 (36)	37 (36)	38 (36)
	platné od 26. září 2018	32 (29)	32 (29)	32 (29)	32 (29)	36 (33)	37 (34)	37 (35)	60	64	64

Z tab. 3 je vidět požadavek na vyšší energetickou účinnost větších zařízení. Tepelné čerpadlo v režimu přípravy teplé vody pracuje s výrazně nižší efektivitou než pro vytápění. To se odráží i v porovnání nároků ekodesignu na tepelná čerpadla pro vytápění a tepelná čerpadla pro přípravu teplé vody. U tepelných čerpadel pro vytápění je požadavek na jejich energetickou účinnost 100 % (odpovídá energetické třídě A+), zatímco u přípravy teplé vody odpovídá požadovaná energetická účinnosti v roce 2015 energetické třídě E.

U tepelných čerpadel určených pouze pro přípravu vody je na rozdíl od kombinovaných tepelných čerpadel předepsán i maximální objem zásobníku pro menší zátěžové profily podle tab. 4. Pro větší zátěžové profily je pak definován požadavek na minimální množství smíšené vody při 40 °C, který je stanoven podle ČSN EN 16147 (část D). Požadovaná minimální množství jsou uvedena v tab. 5.

Tab. 4 Minimální objem zásobníku teplé vody

Odběrový profil	3XS	XXS a XS	S
Maximální užitný objem [l]	7	15	36

Tab. 5 Minimální objem smíšené vody při 40 °C zásobníku teplé vody

Odběrový profil	M	L	XL	XXL	3XL	4XL
Smíšená voda při 40 °C [l]	65	130	210	300	520	1040

Pro tepelná čerpadla dále platí požadavek na maximální hladinu akustického výkonu podle tab. 6, který je stejný i pro tepelná čerpadla pro vytápění vnitřních prostorů.

Tab. 6 Maximální hladina akustického výkonu L_WA [dB] tepelného čerpadla

Jmenovitý tepelný výkon [kW]	≤ 6	> 6 a ≤ 12	> 12 a ≤ 30	> 30 a ≤ 70
umístění ve vnitřním prostoru	60	65	70	80
umístění ve venkovním prostoru	65	70	78	88

Srovnání ohřívačů vody

Jak již bylo uvedeno, štítkování ohřívačů vody přináší zajímavou možnost přímého porovnání jednotlivých zdrojů tepla. V době psaní tohoto článku Nařízení Komise 812/2013 ještě nevstoupilo v platnost, nicméně jsou již dohledatelné informace o štítcích od některých výrobců. V tab. 7 je srovnání dosahovaných tříd účinnosti vybraných zařízení.

Tab. 7 Porovnání dosahovaných tříd energetické účinnosti ohřívačů vody

Typ ohřívače vody	Třída energetické účinnosti
Tepelné čerpadlo [7]	A
Plynový kondenzační kotel [8]	A
Elektrický odporový ohřívač [9]	D

Kombinace různých ohřívačů vody v jednom systému s pokročilou regulací přináší možnost významného zvýšení účinnosti přípravy teplé vody. Pro výpočet ekvivalentní celkové účinnosti systému lze použít postup z [10]. Velkou výhodu v kombinovaných systémech mají solární soustavy, které při přípravě teplé vody téměř nezvyšují množství vynaložené primární energie, proto mají kombinované solární systémy nejlepší třídy energetické účinnosti.

Závěr

Hodnocení tepelných čerpadel pro přípravu teplé vody vychází z laboratorního testování pro definované klimatické podmínky a podmínky denního odběru teplé vody z ohřívače. Na základě výsledků zkoušek se výpočtem stanoví energetická účinnost ohřevu vody, která slouží pro zatřídění zařízení do třídy pro účely energetického štítku podle Nařízení Komise 812/2013.

Nařízení Komise 814/2013 nastavuje limitní požadavky na tepelná čerpadla, a to pro jejich energetickou účinnost, minimální objem zásobníku teplé vody a hladinu akustického tlaku. Nařízení také stanovuje sankce za jejich nedodržení a postup pro dohled nad trhem, ve kterém určuje povinnosti jednotlivých členských států podrobovat zkouškám jednotlivá zařízení a toleranci odchylek mezi měřením a údaji z technické dokumentace.

Hodnoty energetické účinnosti pro zatřídění v rámci energetického štítku i požadované hodnoty energetické účinnosti v rámci ekodesignu jsou společné pro ohřívače s tepelným čerpadlem, elektrické ohřívače, plynové ohřívače případně jejich kombinace se solárním zařízením.

Poděkování

Tento příspěvek vznikl za podpory Evropské unie, projektu OP VaVpI č. CZ.1.05/2.1.00/03.0091 – Univerzitní centrum energeticky efektivních budov.

Literatura

• [1] Sedlář, J.: Úvod do štítkování a ekodesignu tepelných čerpadel, tzb-info, 2015.
• [2] Nařízení Komise 812/2013 o uvádění spotřeby energie na energetických štítcích ohřívačů vody, zásobníků teplé vody a souprav sestávajících z ohřívače vody a solárního zařízení. Brusel 2013.
• [3] Nařízení Komise 814/2013 – požadavky na ekodesign ohřívačů vody a zásobníků teplé vody. Brusel 2013.
• [4] Sdělení Komise 2014/C 207/03 v rámci provádění Nařízení Komise 814/2013 a 812/2013, Brusel 2014.
• [5] ČSN EN 16147 – Tepelná čerpadla s elektricky poháněnými kompresory – Zkoušení a požadavky na značení jednotek pro teplou užitkovou vodu. ÚNMZ 2011.
• [6] ČSN EN 12102 – Klimatizátory vzduchu, jednotky pro chlazení kapalin, tepelná čerpadla a odvlhčovače s elektricky poháněnými kompresory pro ohřívání a chlazení prostoru – Měření hluku přenášeného vzduchem – Stanovení hladiny akustického výkonu. ÚNMZ 2014.
• [7] PZP HEATING a.s.: Tepelné čerpadlo THERMAL 300, 2015, Dostupné z:
  http://www.tepelna-cerpadla-pzp.cz/cs/tepelne-cerpadlo-pro-ohrev-teple-vody-thermal-300-109.html.
• [8] Baxi: Plynový ohřívač EcoBlue Advance Combi, 2015, Dostupné z:
  http://www.baxi.co.uk/documents/Baxi_EcoBlue_Advance_Combi_Energy_Label.pdf.
• [9] EHPA: prezentace The new Ecodesign regulation for heaters, Dostupné z:
  heatershttp://forum.ehpa.org/fileadmin/red/_EHPA_Archive_Forum/6th_Heat_Pump_Forum_2013/20130515-7-Roffe-Vidal.pdf.
• [10] Evropská komise: Guidelines accompanying regulations (EU) No 811 & 812/2013 and regulations 813 & 814/2013, 2015, Dostupné z: https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/GuidelinesSpaceWaterHeaters_FINAL.pdf.