Tepelné čerpadlo pro každý dům – dobrý projekt je základ
Pro úspěšnou energetickou transformaci budou hrát klíčovou roli tepelná čerpadla. Firma Wolf poskytla základní informace o jejich možném využití se zaměřením na stávající budovy.
Na první pohled se skutečně zdá zvláštní, proč může vzduch o teplotách v rozsahu od −10 °C až do +20 °C sloužit jako zdroj energie pro přípravu vody teplé 70 °C, když pro výrobu tepla a teplé vody se doposud musel spalovat plyn, topný olej nebo dřevo a plameny měly teplotu 800 až 1 300 °C.
Fakta místo obav
Často se objevují obavy ohledně výkonu tepelných čerpadel. Velmi rozšířeným tvrzením je, že tepelná čerpadla nemohou dosáhnout vysokých teplot topné vody a že fungují hospodárně pouze v systémech podlahového vytápění. To ovšem takhle jednoduše neplatí. Seznam předsudků je bohužel dlouhý: tvrzení, že tepelné čerpadlo musí být dimenzováno s větším výkonem (s rezervou), aby skutečně vyhřálo všechny místnosti nezatepleného nebo jen mírně modernizovaného domu, který používá radiátory, také není pravdivé. Stejně tak je nepravdivé tvrzení, že ve stávajících budovách je potřebná teplota topné vody vyšší než 55 °C, aby se budova dostatečně vytopila i při venkovních −15 °C.
Tepelné čerpadlo je šampionem účinnosti
Tepelné čerpadlo může mít ve stávajícím rodinném domě a obvykle i má (v Německu – poznámka redakce) příkon jenom 2,5 kW zatímco jeho výkon může být přibližně až 10 kW. To znamená, že jeho spotřeba (elektrické) energie je přibližně stejná jako u běžné rychlovarné konvice. Vyrobí (přemění) tedy přibližně až čtyřikrát více (tepelné) energie, než kolik spotřebuje. Žádný jiný generátor tepla nepracuje s tak vysokou účinností. Z 1 kWh elektřiny dokáže vyrobit v průměru 3,5 až 4 kWh tepla, zatímco jakékoli jiné palivo teoreticky vyrobí z 1 kWh energie, s výjimkou kondenzačních kotlů, necelou 1 kWh tepla, protože při spalování vždycky vznikají ztráty. To samo o sobě ukazuje na velký energetický potenciál technologie tepelných čerpadel v oblasti ‚výroby‘ tepla, který představují jak pro úspěšnou energetickou transformaci, tak současně i pro úsporu neobnovitelných zdrojů energie.
Princip činnosti tepelného čerpadla lze přibližně přirovnat k technologii chladničky. Rozdíl mezi nimi spočívá v tom, že v chladničce se využívá ‚studená‘ strana chladivového okruhu a teplo, které chladnička při výrobě chladu pro vychlazení vnitřního prostoru vytváří, se uvolňuje do ‚vnějšího‘ prostoru (okolního vzduchu) běžně na zadní části chladničky, kde bývá umístěn kondenzátor. Naproti tomu u tepelného čerpadla, určeného pro vytápění vnitřních prostor nebo pro ohřev vody, kde se využívá ‚teplá‘ strana chladivového okruhu, zůstává ‚chlad‘, který při ‚výrobě‘ tepla touto technologií nutně vzniká, venku (za dveřmi).
Princip tepelného čerpadla
Energie se získává z prostředí, ze vzduchu, z vody nebo solanky nebo ze země či odpadního tepla a přestupuje do kapalného chladiva, které se díky tomu, při odpovídajícím tlaku, vypařuje. Páry chladiva se stlačují v kompresoru (v případě kompresorového chlazení) a přitom se ohřívají. Energie přehřátého plynného chladiva, které se následně postupně ochlazuje a kondenzuje v kondenzátoru, se předává přes výměníky tepla do teplovodního topného systému budovy. Pokud vlastní proces‚ zvyšování teplotní úrovně‘ probíhá v monoblokovém tepelném čerpadle, které obsahuje celý kompletní hermeticky uzavřený chladivový okruh (ve venkovní jednotce), vedou do domu pouze tepelně izolované přívodní a vratné trubky s teplonosným médiem, které přes výměník tepla předává teplo do vodního okruhu topného systému objektu. Elektrická energie je potřebná pro chod elektromotoru, který pohání kompresor, který stlačuje páry chladiva, pro elektroniku, pro pohon čerpadla teplonosného média a pro pohon ventilátoru.
Vzduch obsahuje velké množství energie
Energetický obsah vzduchu je i při běžných minusových teplotách stále velmi vysoký. Jeho energii tvoří pohyb molekul. Pouze při absolutní nule −273,15 °C lze předpokládat, že se částice ve vzduchu již nepohybují, a že tedy ve vzduchu už není žádná využitelná kinetická energie. Tohoto teplotního stavu však nedosahuje ani „věčný led“ na zemských pólech, takže tepelná čerpadla by bylo možné využívat i tam. V závislosti na velikosti výkonu a konstrukci zařízení může být tepelné čerpadlo použito buď jenom k vytápění, nebo i k přípravě teplé vody. Existují řešení, která jsou určena pouze pro přípravu teplé vody a naopak existují i konstrukce, které umožňují využívat tepelné čerpadlo nejen k ohřevu topné a teplé užitkové vody, ale i k jejímu ochlazování pro aplikace v klimatizaci.
Chladivo R290 je šetrné ke klimatu
Výkonově řízená tepelná čerpadla, která pracují s přírodním chladivem R290, mohou snadno dosahovat teplot topné vody až 70 °C bez použití dotápění topnými tyčemi. Toto ekologické chladivo má sice vynikající termodynamické vlastnosti, je ale nutno respektovat, že je mimořádně hořlavé. Pro hospodárný provoz otopné soustavy ve stávajícím bytovém fondu ani s původními otopnými tělesy obvykle není nutné používat vysoké teploty topné vody a postačí průtoková teplota max. 55 °C. To znamená, že tepelná čerpadla mohou být v podstatě použita pro každý, tedy i stávající rodinný dům nebo dvojdomek. Tepelnými čerpadly lze ale velmi efektivně vytápět i velké bytové domy, administrativní budovy a další objekty.
Hydraulické vyvažování jako klíč k vyšší účinnosti
Pro celkovou účinnost tepelného čerpadla ve stávající budově nejsou rozhodující maximální, ale průměrné teploty topného okruhu, které jsou obvykle nižší než vypočtené maximální teploty. Přibližně v 80 % otopného období může být tedy do otopných těles dodávána teplá voda o teplotě pouze 40 až 45 °C. Pokud je požadovaná teplota průtoku v některých místnostech vyšší než 55 °C, je rozumné ověřit, zda je možné otopná tělesa v těchto místnostech vyměnit za větší. Zejména při modernizaci topných systémů se mnoho topenářů příliš soustředí na generátor tepla a jeho jmenovitý výkon místo aby se snažili snižovat potřebnou teplotu topné vody. Souhra ‚výroby‘, distribuce a spotřeby tepla funguje správně a efektivně pouze tehdy, pokud jsou všechny součásti topného systému vzájemně koordinovány. Při výběru regulačních ventilů a seřizování tepelného čerpadla je proto třeba věnovat zásadní pozornost hydraulice systému. Hydraulické vyvážení znamená přizpůsobení objemových průtoků v jednotlivých subsystémech skutečné potřebě a zajišťuje, že všechny otopné plochy jsou dostatečně zásobovány topnou vodou s požadovanými objemovými průtoky.
Dobré plánování a pečlivá instalace
Zejména u moderních technologií vytápění, jejichž provoz je ovlivňován zejména teplotami v systému, má rozhodující význam pečlivé projektování a instalace. Chyby v hydraulice systému mohou mít dlouhodobý negativní vliv na účinnost a vést k tomu, že některé místnosti nebudou dostatečně vytápěny. To ovšem nesouvisí s technologií vytápění, která se používá k ‚výrobě‘ tepla. Důležité je přesné nastavení celého topného systému. To by měl provádět topenář (projektant) v průběhu topného období a obvykle to trvá i 1 až 3 měsíce. Při modernizaci vytápění stávající budovy by mělo být provedeno následující:
- zjištění a zaznamenání údajů, jako je rok výstavby, druh stavební konstrukce, její zateplení, velikost plochy, způsob využívání a provedená opatření nebo změny geometrie budovy během jejího užívání
- určení tepelných zisků a ztrát
- pro matematické přizpůsobení provedených rekonstrukcí od původního roku výstavby existují různé metody založené na normách DIN 12831, DIN 4701-10 a 4108-6, DIN 18599 a také na některých nezávislých normách energetických poradců
- nejbezpečnější metodou je stanovení tepelných zisků a ztrát jednotlivých místností a posouzení stávajících světlostí trubek a teplosměnných ploch radiátorů
- po stanovení těchto hodnot lze navrhnout teplotu průtoku na maximálně 55 °C a radiátory, které nevyhovují, pokud možno vyměnit
- výběr správného tepelného čerpadla
- tepelné čerpadlo by nemělo být dimenzováno příliš velké – tj. mělo by být rozhodně menší než vypočtené topné zatížení, protože tento stav trvá pouze několik hodin v roce a je zvládán pomocí topného tělesa
- vyrovnávací nádrž by měla být dostatečně velká (odlišná pro nové a staré budovy)
- výběr vhodného příslušenství pro tepelné čerpadlo s pomocí speciálního softwaru
- určení místa instalace venkovní monoblokové jednotky s ohledem na hranice pozemku, místní situaci (např. stávající nebo plánované budovy, převládající směr větru, oslunění) a úřední předpisy
Jednoduchá instalace
Výměna stávajícího topného systému za moderní monoblokové tepelné čerpadlo WOLF CHA vzduch/voda je díky vysokému stupni průmyslové prefabrikace velmi jednoduchá a rychlá. To platí zejména pro hydraulické propojení venkovní monoblokové jednotky a vnitřního topného systému přívodním a zpětným potrubím. Vzhledem k tomu, že uzavřený okruh chladiva je u monoblokového provedení tepelného čerpadla umístěn kompletně ve venkovní jednotce a není tedy nutný žádný zásah do okruhu chladiva, tedy nejsou vyžadovány ani žádné speciální odborné znalosti a certifikace v oboru chlazení, tak práce může provádět klasický instalatér/topenář. Monobloková tepelná čerpadla vzduch/ voda pro venkovní instalaci jsou také výhodná zejména v případě, že je ve stávající kotelně nebo technické místnosti k dispozici pouze omezený prostor. Vzhledem k tomu, že venkovní jednotka WOLF CHA pracuje díky speciálním ventilátorům velmi tiše, je možná bezproblémová instalace v hustě zastavěných oblastech. V nočním režimu je hladina akustického tlaku pouze 34 dB(A) (platí pro přístroj CHA-10 ve vzdálenosti 3 m, pokud je volně v prostoru; hladina akustického výkonu při denním režimu je 60 dB(A) a při nočním režimu 51 dB(A) – poznámka redakce).
Tepelné čerpadlo a fotovoltaika
Majitelé domů, kteří kombinují fotovoltaický systém s tepelným čerpadlem v rámci uceleného energetického konceptu, se stávají méně závislými na dodavatelích energie a rostoucích cenách elektřiny z veřejné sítě. Pomocí přesně navrženého fotovoltaického systému s bateriovým úložištěm je možné dosáhnout až 60–70 % soběstačnosti. V současné době existují v Německu zajímavé dotační programy, které mají zajistit, aby se co nejvíce domů přeměnilo na ‚nové zdroje energie‘. Obzvláště se vyplatí vyměnit stávající plynový nebo olejový topný systém za tepelné čerpadlo. Tepelné čerpadlo je jedním z nejmodernějších typů vytápění. S ním jste de facto nezávislí na fosilních surovinách a vytápíte efektivně a ekologicky. Tepelná čerpadla už dávno nejsou pouhým drahým řešením jenom pro některé výjimečné stavby, ale postupem času se stala běžným a optimálním řešením pro téměř všechny možné aplikace – pro novostavby i stávající objekty, běžné i památkově chráněné.
Společnost WOLF Česká republika s.r.o působí na českém trhu více než 25 let a má za sebou množství referencí. Její dlouholeté působení je zárukou odbornosti. Své partnery (MF, PR) podporuje při projektování, optimalizaci návrhu, při realizaci, uvedení do ...