Velký test tepelných čerpadel - závěrečná zpráva
V květnu 2011 byla zveřejněna závěrečná zpráva z projektu monitorujícího chování tepelných čerpadel v reálných podmínkách, který prováděla německá agentura Fraunhofer ISE. Prezentované výsledky přesvědčivě ukazují, jaké reálné úspory mohou uživatelé od jednotlivých systémů tepelných čerpadel očekávat. V tomto článku shrnujeme celkové výsledky a doporučení, která z projektu vyplynula.
Projekt nazvaný "Wärmepumpen Effizienz" byl zaměřený na nové (nízkoenergetické) rodinné domy vybavené převážně podlahovým vytápěním. Celkem bylo v průběhu let 2007 až 2010 sledováno skoro 200 instalací tepelných čerpadel v celém Německu. Projekt je podrobněji popsán v předcházejícím článku.
Druhá fáze projektu
V roce 2008 byla zahájena druhá fáze projektu, kdy k původním testovaným instalacím přibylo od každého zúčastněného výrobce dalších 5 instalací. Tyto instalace byly vylepšeny na základě poznatků z první fáze projektu a u některých z nich došlo k výměně za nejnovější modely tepelných čerpadel. Tepelná čerpadla zařazená do druhé fáze projektu, dosahovala v průměru o 6 až 7,5 % vyšší topné faktory, než tepelná čerpadla z první fáze projektu.
Naměřený sezonní topný faktor SPF
Průměrný sezonní topný faktor SPF (Seasonal performace faktor) naměřený za roky 2007 až 2010 se mírně odlišoval od výsledků prezentovaných dříve v průběhu projektu. Jednak se příznivě projevily výsledky druhé fáze projektu využívající efektivnější tepelná čerpadla a výrazně se projevil i faktor počasí, kdy v topných sezonách 2008/2009 a 2009/2010 byla mnohem studenější zima než v sezoně 2007/2008, ze které pocházely dříve prezentované výsledky.
| Sezonní topný faktor SPF | 2007/2008 | 2008/2009 | 2009/2010 | Průměrný SPF |
|---|---|---|---|---|
| Země/voda | 3,75 | 3,87 | 3,90 | 3,88 |
| Vzduch/voda | 3,03 | 2,93 | 2,87 | 2,89 |
Naměřené hodnoty SPF za jednotlivé topné sezony a průměrný SPF za celé měřené období.
Během studenějších zim podle očekávání klesal sezonní topný faktor SPF čerpadel vzduch/voda, ale překvapivě se zvyšoval sezonní topný faktor SPF čerpadel země/voda. Tento zdánlivý paradox je způsoben změnou poměru ohřevu teplé vody a vytápění. Spotřeba teplé vody zůstává stejná bez ohledu na charakter zimy, ale zvyšuje se množství tepla dodaného do topného systému, kam tepelné čerpadlo topí s vyšším topným faktorem. Tepelné čerpadlo země/voda tak ve studenějších zimách dodá větší podíl tepla vyráběného v úspornějším režimu a dosahuje tak vyššího sezonního topného faktoru SPF.
Z naměřených hodnot je mimo jiné dobře viditelný rozdíl ve spotřebě elektřiny mezi zemními a vzduchovými tepelnými čerpadly. Tepelná čerpadla vzduch/voda měla spotřebu elektřiny vyšší v průměru o 34 % oproti systémům země/voda. Tento rozdíl ale značně kolísal v závislosti na charakteru zimy. Zatímco v teplejší zimě 2007/2008 byl rozdíl ve spotřebě elektřiny jen 24 %, ve studené zimě 2009/2010 spotřebovala tepelná čerpadla vzduch/voda o 36 % více elektřiny než tepelná čerpadla země/voda.
Rozložení spotřeby elektřiny na jednotlivé komponenty
U tepelných čerpadel země/voda se spotřebovalo 92 % elektřiny na pohon kompresoru a řídicí elektroniky. Zbývajících 8 % spotřebovalo oběhové čerpadlo primárního okruhu a dotopový elektrokotel. U tepelných čerpadel vzduch/voda, byla spotřeba ventilátoru a elektrokotle o něco vyšší a dosáhla 11 %.
| Kompresor + regulace | Ventilátor / čerpadlo* | Elektrokotel | |
|---|---|---|---|
| Země/voda | 92 % | 6 % | 2 % |
| Vzduch/voda | 89 % | 7 % | 4 % |
Rozložení spotřeby elektřiny (*Spotřeba ventilátoru (vzduch/voda), nebo čerpadla primárního okruhu (země/voda) )
Teplota vody v topném systému
Kromě výběru typu tepelného čerpadla je zcela zásadním prvkem určujícím dosahovaný topný faktor potřebná teplota vody v topném systému. U tepelných čerpadel využívajících podlahové vytápění byla průměrná výstupní teplota topné vody v průběhu topné sezony 36 °C. U tepelných čerpadel využívajících radiátory se pohybovala teplota topné vody o 9 až 14 °C výš. Tento na první pohled nepříliš výrazný rozdíl představuje o 11 až 18 % nižší spotřebu elektřiny v případě využití podlahového topení místo radiátorů.
V jednoduchosti je síla
Projekt nepotvrdil úvahu, že nejvyšší úspory lze dosáhnout pomocí sofistikovaných a komplikovaných technických řešení. Jednoduchá a robustní zařízení obvykle pracovala s vyšší účinností. V případě kombinací více zdrojů tepla je totiž nutné věnovat zvýšenou pozornost správné montáži a plynulé spolupráci všech komponent. Ani ty nejlepší komponenty nemohou pracovat úsporně, když není celý systém správně nastaven.
Nejvyšší dosažené úspory
Nejvyšší naměřený sezonní topný faktor SPF dosáhl překvapivě vysoké hodnoty 5,2. Tato instalace se ale od ostatních odlišovala mimořádně hlubokým zvodnělým vrtem 300 m a sondami plněnými vodou místo nemrznoucí směsí. U "standardních" instalací země/voda, se SPF nejlepších tepelných čerpadel pohybovalo okolo hodnoty 4,5. U tepelných čerpadel vzduch/voda byl nejlepší naměřený sezonní topný faktor SPF 3,4.
Sledování parametrů tepelných čerpadel on-line
Osm vybraných instalací je nyní možné sledovat on-line zde. Kromě aktuálních hodnot jsou k dispozici i naměřené výsledky za minulé topné sezóny, včetně průběhů teplot ve vrtech, plošných kolektorech a teplot venkovního vzduchu.
Doporučení
Doporučení pro dosažení vysokého sezonního topného faktoru SPF je poměrně jednoduché. Nejlepší výsledky se dají očekávat od jednoduchých instalací, které jsou kvalitně navržené pro daný objekt, kvalitně instalované a vhodně připojené k nízkoteplotnímu topnému systému.
Závěr
Prezentovaný projekt je svým rozsahem, délkou trvání a důkladně zpracovanými výsledky zcela ojedinělý. Závěry velmi dobře poslouží nejen dodavatelům tepelných čerpadel pro zkvalitnění jejich práce, ale i zájemcům o tepelné čerpadlo pro správné rozhodnutí jaký systém tepelného čerpadla a topného systému zvolit. Prezentované výsledky přesvědčivě ukazují, jaké reálné úspory mohou uživatelé od jednotlivých systémů tepelných čerpadel očekávat, bez ohledu na marketingová hesla z prospektů a nabídek dodavatelů tepelných čerpadel.
Projekt mimo jiné ukázal, že dosažení očekávaných úspor při pořízení tepelného čerpadla není zcela automatické. I při pořízení kvalitního tepelného čerpadla nemusí být dosaženo slibovaných úspor v případě, že je tepelné čerpadlo nevhodně dimenzováno, zapojeno nebo provozováno. Zájemcům o tepelné čerpadlo tak lze jen doporučit, aby se při jeho výběru orientovali spíše na zkušenosti dodavatele než na nejnižší cenu.
Zdroj:
[1] Miara, M.; Günther, D.; Kramer, T.; Oltersdorf, T; Wapler, J. 2011 "Wärmepumpen Effizienz, Messtechnische Untersuchung von Wärmepumpenanlagen zur Analyse und Bewertung der Effizienz im realen Betrieb", Kurzfassung, http://wp-effizienz.ise.fraunhofer.de
[2] Miara M. 2011 "Efficiency of heat pump systems under real operating conditions" rukopis
Recenze článku
Velký test tepelných čerpadel - závěrečná zpráva
Autor článku: Ing. Marek Bláha
Recenzent: prof. Ing. Radomír Adamovský, DrSc.
Autor navazuje na článek, který publikoval na portálu TZB-info 11. 10. 2010. Analyzuje zde druhou část dlouhodobého monitorování provozu různých typů tepelných čerpadel v rodinných domech, které uskutečnila německá agentura Fraunhofer ISE. Ze sledování vyplývají nové, zajímavé poznatky zejména o vlivu klimatických podmínek na topný faktor SPF tepelných čerpadel typu vzduch/voda a země/voda a o rozložení spotřeby elektrické energie na jednotlivé komponenty. V článku jsou srozumitelně prezentovány poznatky, které informují zájemce, projektanty i dodavatele o faktorech ovlivňujících skutečné úspory dosažené realizací tepelných čerpadel. Doporučuji publikaci článku v plném znění.
Article provides detailed information about long-term tests of heat pumps „HP efficiency“, made by the agency Frauhofer ISE. It monitored the effectiveness of the use of heat pump air-water and ground-water in the low-energy houses.