Velký test tepelných čerpadel
Dlouhodobý a detailní test tepelných čerpadel prokázal, že kvalitní zařízení, která odebírají teplo ze země, dokážou v nových domech v průměru ušetřit 74 % energie na vytápění a ohřev vody. Naměřený průměrný roční topný faktor (SPF) se pohyboval v závislosti na zvoleném systému tepelného čerpadla a typu topného systému od 2,6 do 3,8.
O tepelných čerpadlech se diskutuje mnohem více než o konvenčních zdrojích tepla. Posuzuje se, kolik primární energie spotřebují, jaký vliv mají jejich emise i používaná chladiva na klima apod. Snaha o objektivní posouzení tepelných čerpadel jako trvalé alternativy fosilních paliv vedla v roce 2006 k zahájení dvou rozsáhlých testovacích projektů, které zkoumají nově instalovaná tepelná čerpadla v reálných provozních podmínkách. Testy probíhaly v Německu pod dohledem agentury Fraunhofer ISE, což je největší evropská organizace pro aplikovaný výzkum.
První testovací projekt zjišťuje účinnost tepelných čerpadel v nízkoenergetických domech s roční spotřebou tepla na vytápění 20 až 50 kWh/m2, druhý zkoumá účinnost tepelných čerpadel ve stávajících budovách, do nichž bylo zařízení instalováno coby náhrada za kotle na fosilní paliva. U některých tepelných čerpadel se dlouhodobě sleduje i případná ztráta chladiva.
V projektech se využívají data získaná z více než 170 instalací tepelných čerpadel s výkonem 5 až 10 kW, systémů vzduch/voda, země/voda a voda/voda, dodaných společnostmi: Alpha-InnoTec, IVT/Bosch, Hautec, Nibe, Stiebel Eltron, Vaillant a Viessmann.
Projekt je financován z prostředků Německého spolkového ministerstva hospodářství, výrobců tepelných čerpadel a dodavatelů energii - společnostmi EnBW a E.ON.
Charakteristika projektů
Test v nízkoenergetických budovách se týká 68 tepelných čerpadel odebírajících teplo ze země, z nichž dvě třetiny využívají vrty, zbytek plošné kolektory. Odběr tepla ze vzduchu je zastoupen ve 26 případech, zbývajících sedm zařízení odebírá teplo ze spodní vody. Domy byly z 93 % vybaveny podlahovým topením a pouze 7 % používalo buď pouze radiátory, nebo radiátory v kombinaci s podlahovým vytápěním.
Testovací projekt zaměřený na stávající budovy je složen z 38 tepelných čerpadel s odběrem tepla ze země, 35 vzduchových čerpadel a dvou systémů se spodní vodou. Skoro všechny domy měly radiátory a pracovaly tak s vyšší teplotou topné vody než v případě prvního projektu, kde převažovalo podlahové vytápění.
Základním sledovaným parametrem byl sezónní topný faktor SPF popisující účinnost systému tepelného čerpadla v reálných podmínkách během jednoho roku. V takovém případě se SPF stanoví jako poměr tepelné energie vyrobené tepelným čerpadlem a elektrokotlem na jedné straně a odpovídající spotřeby elektrické energie na straně druhé. Spotřeba elektřiny zahrnuje u čerpadel vzduch/voda chod ventilátoru; u systému země/voda činnost čerpadla primárního okruhu; u systémů voda/voda chod čerpadla ve studni.
Naměřené výsledky za rok 2008
Průměrný sezónní topný faktor SPF pro vytápění a přípravu teplé vody, činil u tepelných čerpadel země/voda 3,8. Vytápění spotřebovalo 78 % z celkově vyrobeného tepla, zbývajících 22 % bylo využito pro ohřívání užitkové vody na 52°C. Pokud z měřených hodnot vyčleníme pouze vytápění, průměrná hodnota SPF vzroste u nových budov na 4,1. Z celkové spotřeby elektrické energie spotřebovaly kompresory tepelných čerpadel 92 %, oběhová čerpadla 6 % a dotopové elektrokotle 2 %. Většina instalací elektrokotel při provozu nepotřebovala. Ve druhém projektu zaměřeném na stávající budovy s radiátory byl naměřený SPF 3,3. Tepelná čerpadla vzduch/voda, dosáhla v nízkoenergetických domech průměrného sezónního topného faktoru 3,0 a u stávajících budov s radiátory 2,6. Tepelná čerpadla voda/voda dosáhla průměrného SPF 3,5.
| Nízkoenergetické budovy | Stávající budovy | |||
|---|---|---|---|---|
| Průměrný roční topný faktor SPF | Země/voda | Vzduch/voda | Země/voda | Vzduch/voda |
| 3,8 | 3,0 | 3,3 | 2,6 | |
Vysoká účinnost při správném návrhu
Předběžné výsledky testů ukazují, že tepelná čerpadla země/voda jsou v reálných podmínkách vysoce účinná. Poradí si bez elektrokotle i v mimořádně chladných dnech, kdy musí mít topná voda více než 55°C.
Rovněž tepelná čerpadla vzduch/voda jsou schopná dosáhnout dobrého sezonního topného faktoru - předpokladem je, že budou správně navržena a topný systém bude pracovat s teplotami vody pod 50°C. V porovnání se systémy odebírajícími teplo ze zemních kolektorů nebo vrtů mají vzduchová čerpadla v průměru o 27 % vyšší spotřebu elektrické energie.
Relativně nízkého SPF 3,5 dosahovaly systémy využívající spodní vodu, u kterých byl očekáván výrazně vyšší topný faktor. U těchto tepelných čerpadel se negativně projevila spotřeba elektřiny pro pohon čerpadel ve studni a zřejmě i malý počet testovaných instalací.
Topné faktory a aktuální ceny energie v ČR
Dosadíme-li do naměřených hodnot aktuální ceny elektrické energie v ČR, lze rozdíly v provozních nákladech jednotlivých systémů velmi přesně vyčíslit. Graf ukazuje, že například v domě vybaveném radiátory a tepelných čerpadlem vzduch/voda, budou platby za elektřinu vyšší o 50 % (přibližně o 6 800 Kč ročně), než u domu s podlahovým topením a tepelným čerpadlem země/voda. Při očekávaném výrazném zdražení elektřiny od ledna 2011, se tento rozdíl zvětší na více než 8 000 Kč ročně.
V příkladu je počítáno se spotřebou tepla na vytápění a ohřev teplé vody 20 000 kWh/rok
(dům s 10 kW tepelné ztráty). Cena elektřiny 2,30 Kč/kWh. U čerpadel vzduch/voda
je připočten poplatek za potřebný větší jistič 100 Kč/měsíc.
Závěr
Prezentovaný test tepelných čerpadel mimo jiné ukazuje, že sama instalace tohoto zařízení neznamená automaticky dosažení maximální možné úspory energie, a že rozdíly v provozních nákladech různých typů tepelných čerpadel s různými topnými systémy jsou výrazné. U každé instalace je tedy nutné posoudit, který typ tepelného čerpadla a topného systému bude pro uživatele nejvhodnější a to jak po stránce investičních nákladů, tak i nákladů provozních.
Zdroj:
Miara, M.: "Heat Pumps in Action", Renewable Energy World International Magazine, 2009, č.5
IEA HPC: "Heat Pump News", IEA Heat Pump Centre Newsletter, 2009, č.1
Recenze článku
Velký test tepelných čerpadel
Autor článku: Ing. Marek Bláha, Tepelná čerpadla IVT s.r.o.
Recenzent: prof. Ing. Radomír Adamovský, DrSc., Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta
Článek podrobně informuje o dlouhodobých testech tepelných čerpadel uskutečněných agenturou Frauhofer ISE v Německé spolkové republice. Je sledována efektivnost využití tepelných čerpadel ve 170 instalacích v nízkoenergetických domech a ve stávajících budovách, do kterých byla tepelná čerpadla instalována jako náhrada za kotle pro spalování fosilních paliv. Sledovány byly systémy vzduch-voda, země-voda a voda-voda. Výsledky sledování jsou diskutovány na odpovídající odborné úrovni a se znalostí problematiky. Článek přináší důležité informace a poznatky využitelné v projekční praxi i při realizaci energetických systémů s tepelnými čerpadly.
Article provides detailed information about long-term tests of heat pumps, made by the agency Frauhofer ISE. It monitored the effectiveness of the use of heat pump air-water, ground-water and water-water in the 170 low-energy houses and in existing buildings. Author used the measured values of seasonal performace factors and the current energy prices in the Czech Republic to present the differences between different types of heat pumps and heating systems.