Tepelné čerpadlo aneb kouzlení s teplem
Dana Jakoubková | Úterý, 02. srpen 2022 |
Termodynamika je součástí našeho každodenního života. Ať už řídíte auto, užíváte si teplo domova nebo pijete sklenku vychlazeného vína, zažíváte výsledky termodynamiky v praxi. Na základě jejích principů funguje i tepelné čerpadlo. Jde o stejný proces, který umožňuje ledničce chladit vaše potraviny, jenom je to celé obráceně. Až potud nejspíš každý chápe. Mnoho dalšího kolem tepelných čerpadel se se ale může zdát neprůhledné. Přizvali jsme si proto i několik odborníků, kteří některé otázky projasnili.
Primárním benefitem využití tepelného čerpadla je to, že platíte pouze za energii použitou k jeho chodu. Teplo vygenerované z obnovitelného zdroje je bez dalších nákladů. Čerpadlo odebírá teplo ze země, vzduchu nebo vody s nižší teplotou a převádí jej na vyšší, užitečnější teplotu vody nebo vzduchu pro vytápění a ohřev užitkové vody v domácnosti. Se správně navrženým systémem může přinést více než 70 % úsporu „uhlíku" ve srovnání s tradičním vytápěním a snížit provozní náklady na vytápění domu, chlazení a ohřev užitkové vody až čtyřikrát.
Ačkoli existuje několik typů tepelných čerpadel, všechna pracují na stejném základním principu: odebírají nízkou kvalitu tepelné energie a využívají technologii chladiva ke zhodnocení tepla na použitelnou úroveň. Jde o jeden z nejúčinnějších zdrojů tepla. Aby však tepelné čerpadlo dostálo své pověsti, musí být splněny určité podmínky.
Rozumné pořizovací náklady, optimální dimenzování a ekonomický provoz čerpadla
Čerpadlo funguje nejúčinněji, pokud generuje teplotu co nejnižší možnou. Proto se vyplatí si předem důkladně ujasnit následující body: Jaký zdroj tepla je k dispozici, jaké teploty zdroj dodává a jaká teplota má být přiváděna do domovního systému. Čím větší je rozdíl teplot mezi zdrojem tepla a topným systémem, tím více dodané elektřiny čerpadlo spotřebuje k provozu.
Například pokud stavím dům v horách a teplota je často hluboko pod nulou, budu spíše, než o vzduchu uvažovat o stálejším zdroji jakým je země, kde izolační vrstva zeminy zajišťuje relativně konstantní teplotu po celý rok (obvykle kolem 12 °C). Nebo čím lépe je dům izolován a čím větší je plocha rozvodů, tím nižší je požadovaná výstupní teplota, a tedy výkon čerpadla.
Pokud je čerpadlo příliš velké, často zapíná a vypíná, což zbytečně spotřebovává elektřinu. Problematický je i poddimenzovaný generátor tepla. Systém pak často běží na kapacitním limitu a zejména v chladných dnech se může stát, že tepla pro komfortní bydlení bude málo. Pro efektivní provoz tepelného čerpadla je tedy důležité jej správně vybrat a dimenzovat všechny části systému.
TIP NA ČLÁNEK: I dřevostavba si zaslouží tepelné čerpadlo
Zdroj: autorka článku
Otázky pro odborníka
Mohu si jako laik ověřit, že jde o kvalitní výrobek?
Chcete-li mít jistotu, že se při výběru tepelného čerpadla „nespálíte", pak jsou dvě možnosti: vybrat si výrobek s přidělenou mezinárodní značkou kvality QL-EHPA nebo HP KEYMARK. V obou případech se kvalita výrobků s tímto označením ověřuje v nezávislých akreditovaných zkušebnách a na takové výrobky je spolehnutí. Tato tepelná čerpadla bývají cenově ve vyšší třídě, ale mívají zpravidla lepší a ověřené parametry výkonu, nízkou hlučnost a delší životnost, což jsou vlastnosti, pro které je rozumné si připlatit, zvlášť když jsou čerpadla státem dotována.
Tepelná čerpadla bez tohoto označení nemusí být špatná, ale není jistota, jaká vlastně jsou. Internet nebo prospekt „snese všechno". Nejhorším kritériem pro výběr tepelného čerpadla je nejnižší cena, což se ve svém důsledku může hodně prodražit. S kvalitními tepelnými čerpadly nebývají žádné problémy. Znám výrobky, které jsou v provozu bez jakýchkoliv problémů i přes dvacet let, a tak by to mělo být.
Lze některý typ tepelného čerpadla označit jako nejméně efektivní, a který se naopak osvědčil nejlépe?
Každé špatně vyrobené nebo instalované tepelné čerpadlo může být neekonomické. Velmi spolehlivá a efektivní bývají tepelná čerpadla, která odebírají tepelnou energii ze země, ať již z vrtů, nebo plošně uložených kolektorů. Tato jejich přednost je však vykoupena poměrně drahými souvisejícími zemními pracemi, ať již hlubinnými vrty, nebo vytvořením rýh pro uložení plošných kolektorů, což významným způsobem ovlivňuje cenu celé instalace.
V našich klimatických podmínkách se velmi dobře osvědčila tepelná čerpadla systém vzduch-voda, ovšem ta kvalitní. Po stránce dosahovaných úspor, pro které si je pořizujeme, jsou, zvláště u menších objektů, se zemními srovnatelná. Čerpadla vzduch-vzduch jsou dnes rovněž řešením, ale s ohledem na jejich poměrně nízkou cenu a fakt, že to jsou v podstatě klimatizační jednotky, je i jejich efektivita poněkud nižší. Ale vývoj jde kupředu.
Má ekonomický smysl čerpadlo vzduch|vzduch, když jeho účinnost je v zimě kolísavá a v létě netopím?
V podstatě je to řešení, které nepotřebuje topný systém. Na tom se dá ušetřit. Je to o pobytovém komfortu, protože „náš" člověk je zvyklý na sálavé teplo, a to u tohoto systému chybí. Mimo topení se dá využít v horkých letních dnech k ochlazování místností. Pro některé objekty může být zajímavý i cenou. Ale v našich klimatických podmínkách potřebujeme spíše topit než chladit, takže... Podle statistiky Energetického regulačního úřadu mají domácnosti s tepelným čerpadlem o zhruba 40 procent vyšší spotřebu energie než s elektrickým vytápěním.
Nabízí se otázka, proč jsou tepelná čerpadla zákazníky tolik žádaná a podporovaná i vládními dotacemi... Neznám tuto statistiku, ale může to být tím, že dnes je u nás vytápění elektřinou nejdražší způsob, což si jeho uživatelé uvědomují a pak nutně omezují další spotřebu elektřiny, aby je to nezruinovalo. Jiné vysvětlení nemám, nedávám to za vinu tepelným čerpadlům, která jsou nejefektivnějším řešením energetické náročnosti všech druhů staveb. Obnovitelný aspekt zdroje dělá z tepelného čerpadla atraktivní možnost.
Jaké nevýhody by mohly zabránit tomu, aby se stalo budoucností systému vytápění domácností?
Jsem hluboce přesvědčen, že tepelná čerpadla mají u nás skvělou budoucnost. Když vyloučíme fosilní paliva, co nám zbývá? Biomasa, ale víme, že nám kůrovec nadělal obrovské škody a dřevní hmota není a dlouho pro spalování nebude. Ano, budou paliva a plyny z bio odpadů, ale obávám se, že na tom se vytápění stavět nedá. S elektřinou z obnovitelných zdrojů toho asi rovněž moc nevytopíme, protože vyrobit z jedné kWh elektrické energie jednu kWh tepla, nic moc, zvlášť když jí bude potřeba i pro jiné využití než vytápění, pokud se nepoužije pro pohon vysoce efektivních tepelných čerpadel. Když to shrnu, není lepší způsob vytápění než tepelnými čerpadly. Mnohým lidem to už dnes dochází, a to je dobře.
Ing. Josef Slováček
Asociace pro využití tepelných čerpadel
Účinnost tepelného čerpadla
Existuje řada faktorů, které rozhodují o tom, kolik tepla se vytvoří ve vztahu ke spotřebované elektrické energii, respektive jak úsporně dokáže čerpadlo dům vytápět. Účinnost závisí na faktorech zdroje tepla, teplotě v topném okruhu a dimenzování komponentů, přičemž ústředním bodem je teplotní rozdíl mezi vnitřním a venkovním prostorem. Stejně důležitá je i teplotní úroveň zdroje tepla.
Tento vztah mezi použitou energií a získanou tepelnou energií se označuje jako topný faktor (COP), který udává, kolik tepla dokáže čerpadlo vyrobit za 1 kW elektřiny odebrané ze sítě a je uvedený v technické specifikaci daného výrobku. Pokud z jedné kWh dodané energie ze sítě vyrobí čerpadlo 4 kWh tepelné energie, je topný faktor 4. Například čerpadlo vzduch-voda může dosáhnout úrovně 4,5 při venkovní teplotě plus 12 °C. Pokud venkovní teplota klesne na mínus 10 °C, je topný faktor pouze 3.
Pokud má topení vysokou výstupní teplotu, topný faktor bude dále klesat a spotřeba elektřiny stoupat. Méně kvalitní čerpadla se při nízkých venkovních teplotách blíží poměru 1:1, takže v zimě, kdy potřebujeme topit nejvíce, se z nich stává spíše drahý přímotop. Existuje ještě sezónní topný faktor (SCOP), který je zprůměrovaný (vyšší). V prodejní praxi dochází často k záměrné záměně těchto veličin. Ideální je porovnávat jak topný faktor COP při nízkých teplotách, tak i průměrný sezónní topný faktor SCOP.
obr.: Kvalitní čerpadlo by mělo při základní odborné údržbě pracovat bez větších potíží minimálně deset let. Dalších deset pak má stroj vydržet v provozu za podpory větší péče odborné servisní firmy. Poté by měl jeho majitel přistoupit k výměně za modernější produkt. Bonusem je příjemné a uživatelsky snadné ovládání, nejlépe s dálkovým přístupem přes internet. Na ceně čerpadla se podílí rozdílná technická provedení a velikost strojů, rozdílné výrobní náklady podle značky a také volba obchodní marže instalační firmy. V současné době jsou čerpadla nedostatková s dlouhou čekací lhůtou. Prodejní firmy se skladovou zásobou diktují trhu prodejní cenu, zákazník s urgentním zájmem má jen omezený výběr a je pod cenovým tlakem. Foto se souhlasem: CIUR a.s.
Otázky pro odborníka
Je čerpadlo vhodnou volbou pro každý dům, nebo se může stát i to, že ho projektant nedoporučí?
Čerpadlo je vynikající pro všechny domy s podlahovým vytápěním a nejlépe v kombinaci s ohřevem teplé vody. Je rovněž výbornou volbou pro majitele domů, kteří chtějí jak vytápění, tak chlazení. Velmi vhodné je uvedené řešení pro lokace s teplým podnebím. Naopak ve studených oblastech hor se musí návrhu věnovat zvýšená pozornost. Zejména pak při rekonstrukci starých topných systémů s původními radiátory, tam je nutný mimořádně pečlivý přístup k návrhu, v jehož závěru se může stát, že projektant doporučí jiný zdroj tepla.
Má ekonomický smysl nastavit výkon čerpadla na 100 % ztráty domu?
Tepelné ztráty domu jsou stanoveny pro extrémní zimní podmínky -12 °C nebo dokonce -15 °C. Návrhem tepelného čerpadla na 100 % ztrát domu dojde po velkou část roku k jeho předimenzování, což způsobuje u všech kompresorů provozní potíže v minimálních otáčkách. Taková situace generuje další požadavky na opatření proti častým startům (cyklování), jako je například včlenění velké akumulační nádoby. Celé řešení pak nedává ekonomický smysl.
Pokud chci vyhřívat i bazén, je vhodné napojit ho na čerpadlo, které se stará o topení a ohřev vody, nebo je pro bazén lepší samostatné?
Domovní tepelné čerpadlo je vhodné k bazénům tehdy, pokud jsou splněny dvě hlavní podmínky takového využití. První se týká vzdálenosti – bazén nesmí být moc daleko od tepelného čerpadla (ne více jak cca 20 m). Druhá podmínka se týká fyzického oddělení bazénové vody od vody topné, a to dodatečným odolným výměníkem.
Ing. Roman Čížek
CIUR a.s.
Volba topného systému
Efektivita výroby tepla závisí do značné míry na použitém topném systému. Tepelné čerpadlo těží z nízkých výstupních teplot. Průměrná hodnota teploty vody, kterou dokáže čerpadlo připravit pouze kompresorem, se pohybuje mezi 60 a 75 °C. V soustavách s klasickými otopnými tělesy (radiátory / konvektory) je však výstupní teplota poměrně vysoká (ve starých domech byla až 90 °C). S kondenzačním systémem lze výstupní teplotu snížit až na 45 stupňů. U podlahového vytápění ovšem může být výstupní teplota mezi 30 a 40 °C.
To znamená, že čerpadlo pracuje v kombinaci s podlahovým vytápěním mnohem efektivněji než s otopnými tělesy. Kromě výstupní teploty hraje roli v účinnosti čerpadla i teplota vody v topném okruhu, která se již ochlazená vrací ke zdroji. Ta je vždy nižší než výstupní teplota, protože teplo předala interiéru. Při výrobě tepla je výhodné, je-li rozdíl mezi teplotou přívodu a výše zmíněné „zpátečky" co nejmenší. Systém pak funguje neustále a efektivně. I zde se podlahové vytápění ukazuje jako dobrý partner. Rozdíl mezi výstupní a vratnou teplotou je obvykle kolem 10 °C. U radiátorů je rozdíl 15 stupňů a více.
Otázky pro odborníka
Pozná laik, že čerpadlo není jen převlečená klimatizace?
Někteří výrobci používají jako základ venkovní jednotky tepelného čerpadla klimatizaci, která jim umožní snížit náklady, a tedy i prodejní cenu. To s sebou ale nese mnohá úskalí. Takové čerpadlo zpravidla nedosahuje patřičné kvality a bývá také podstatně hlučnější. Během nízkých teplot přístroj rapidně ztrácí účinnost, což pro majitele znamená vyšší účet za elektřinu.
Lze ho poznat již podle vzhledu – pokud venkovní jednotka vypadá a hlučí jako klimatizace, pak to také nejspíše klimatizace byla. Indikátorem mohou být také použité komponenty, především chladivo. U čerpadel se za nejvyspělejší typ považuje propan R290. Klimatizace využívají nejčastěji chladivo R32. Pokud tedy narazíte na čerpadlo s tímto typem chladiva, je možné, že se jedná o přestavěnou klimatizaci.
Jaká rizika přináší, pokud je výrobce / prodejce čerpadla odlišný od instalační firmy?
Na českém trhu jde o poměrně běžnou praxí, že prodávající nakoupí čerpadlo u výrobce a pak ho zákazníkovi pouze přeprodá. V mnoha případech prodejce nezajistí odbornou montáž ani případný servis. Kupující je tak nucen sehnat si topenáře, kteří mu čerpadlo zapojí. Je ovšem častou komplikací, že tito pracovníci, kteří nejsou přímo od výrobce, neumí čerpadlo správně seřídit. Bez správného nastavení je to jen poloviční práce, zařízení pak nedokáže pracovat opravdu úsporně.
Doporučuji pořizovat si čerpadlo jako komplexní službu od takového výrobce, který dokáže zaručit jak profesionální zapojení a servis, a navíc posoudí i vhodnost vybraného zařízení. Firma, která si stojí za kvalitou svých čerpadel, nemá ani problém prodloužit záruku bez dalších podmínek či výdajů třeba na výjezd technika a jeho práce. Profesionální výrobci, kteří kladou důraz na dlouhou životnost svých čerpadel, zajišťují svým klientům nepřetržitý monitoring chodu zařízení včetně možnosti vzdáleného servisu, a to již v ceně přístroje.
Jakub Tykal
ACOND a.s.
Eko s otazníkem
Využití tepelného čerpadla pro vytápění, ohřev vody a chlazení budov je při správném výběru typu a dimenzování systému z hlediska provozních nákladů a úspor uhlíku nesporný. V ekologické čistotě hraje roli kromě zdroje elektrické energie ještě jeden prvek – chladivo, které významně ovlivňuje efektivitu čerpadla hlavně při nízkých venkovních teplotách. Nejběžnějšími kapalinami používanými v tepelných čerpadlech jsou HFC (hydrofluorokarbonové) například R404A, R410A, R407C, R32 a jejich směsi, které byly vyvinuty jako náhrada za chladiva poškozující ozónovou vrstvu (CFC, HCFC).
Stále ovšem mají vysoký potenciál (v řádu stovek a tisíců jednotek) vlivu na globální oteplování (GWP). Alternativně se používají chladiva přírodní například R290, která mají GWP mnohonásobně nižší (v řádu jednotek). Pokud stavíte na ekologickém přístupu mimo chladiva a ostatních důležitých parametrů čerpadla najdete v technickém listu ekvivalent CO2, podle nějž lze zjistit, zda zařízení bude podléhat povinným pravidelným revizím.
Za třicet, nebo za tři sta?
Pořizovací náklady tepelného čerpadla se liší v závislosti na technologii a výkonu. Vstupní investici de facto určují výše uvedené proměnné plus kvalita a životnost výrobku, například plášť lakovaný plech / nerez. Komponenty – výparník, ventilátor, kompresor rotační / scrollový, elektronika, způsob, délka a počet odmrazovacích cyklů, způsob ohřevu „vany" venkovní jednotky, umístění elektroniky venku / uvnitř domu, dostupnost náhradních dílů, historie firmy a její servisní zázemí...
Obecně nejlevnějším typem bývá čerpadlo se zdrojem vzduch. Čerpadla typu země a voda bývají nejdražší. Kromě čistých pořizovacích nákladů jsou zde i náklady na instalaci. U vzduchových tepelných čerpadel je to zhruba polovina nákladů než u zemních kolektorů a nejvyšší náklady jsou vynaloženy na vrtání geotermální sondy nebo využití podzemních vod. Dá se říci, že u provozních nákladů je to zhruba obráceně. Ovšem technická úroveň tepelných čerpadel roste rok od roku a v mnoha případech už se například ekonomické rozdíly mezi systémy země-voda a vzduch-voda z pohledu návratnosti a životnosti zařízení už dávno setřely.
Portál refsite.info slouží ke sdílení uživatelských recenzí tepelných čerpadel i firemních referencí.
obr.: Základním parametrem pro stanovení hlučnosti čerpadla je normou stanovený akustický výkon, který se měří v laboratoři. Lze se setkat ještě s tak zvaným akustickým tlakem, který vypočítává hlučnost čerpadla v určité vzdálenosti. Čím delší tato vzdálenost je, tím tišší čerpadlo na papíře vypadá. Většina lidí ale rozdíl mezi těmito dvěma veličinami nezná. Toho někteří výrobci na trhu zneužívají a u svých zařízení uvádí často jen akustický tlak. Majitel domu pak bývá nemile překvapen hlučností čerpadla. Foto se souhlasem: ACOND a.s.
Otázky pro odborníka
Je využití tepelného čerpadla pro chlazení domu vhodnější – ekonomičtější variantou než klimatizace nebo řízené větrání?
Klienti obvykle vyžadují vedle bezhlučného systému vytápění také absolutně bezhlučný systém chlazení. Velmi často se využívají stávající otopné soustavy, které namísto vytápění chladí. V tomto případě ale obvykle nejsme schopni plnohodnotně chladit, pouze přichlazovat. Systém lze ale doplnit o vnitřní jednotky, které vypadají jako vnitřní klimatizace, připojené k tepelnému čerpadlu.
Díky nim jsme schopni přesně garantovat požadovanou vnitřní teplotu. Tato kombinace je pro zákazníka velmi komfortní a velmi často bývá i nejekonomičtější variantou. Chlazení pomocí řízeného větrání při obvyklých průtocích bez vnitřní recirkulace příliš nefunguje. Při recirkulaci zase dochází velmi často k až nepříjemným průvanům. Obecně nejčastěji realizujeme přichlazení pomocí stávající otopné soustavy, případně v kombinaci s řízeným větráním bez recirkulace.
Pokud chci čerpadlo instalovat dodatečně do již postaveného domu, jak složitá je realizace, s čím třeba počítat, v čem mě to omezí?
Náhrada stávajícího zdroje je vždy složitější než instalace do novostavby a řeší hned několik aspektů. Tepelné čerpadlo obvykle dosahuje výstupní teploty pro vytápění okolo 60 °C. V první řadě se tedy musí ověřit, zda je stávající otopná soustava schopna dodat při této teplotě dostatečné množství tepla pro plnohodnotné vytopení domu. Když se například přemýšlí o výměně za elektrokotel, který ohříval radiátory třeba na 75 °C, bude se při instalaci tepelného čerpadla zcela jistě muset upravovat i otopná soustava.
Tato úprava s sebou nese obvykle výměnu stávajících radiátorů za větší, které jsou schopny i při nižší teplotě do místnosti dodat dostatečné množství tepla. Novodobá oběhová čerpadla již jsou plně elektronická, a proto vyžadují rozumnou kvalitu oběhové vody v otopném systému. Instalace nového zdroje tepla se tedy obvykle spojuje s kompletním vyčištěním stávající otopné soustavy a s instalací speciálních magnetických filtrů před tepelné čerpadlo. Při náhradě plynových kotlů se velmi často řeší způsob přivedení elektrického vedení k tepelnému čerpadlu.
Obvykle v technické místnosti není dostatečná elektrická přípojka pro „jednoduché" připojení tepelného čerpadla. Většinou se musí realizovat nové kabelové vedení od hlavního rozvaděče až do místa instalace tepelného čerpadla. Uložení tohoto nového elektrického vedení obvykle klienti nechtějí realizovat za pomoci lišt a jakékoliv zasekávání do již hotových stěn nebývá jednoduché. Tento problém většinou nenastává při náhradě elektrokotle. V tomto případě se využívá stávající elektrické vedení.
Jsou obavy stavebníků z hlučnosti venkovní jednotky oprávněné a související s konkrétním typem čerpadla, nebo je to jen špatnou montáží nebo nekvalitním výrobkem?
Při použití našeho tepelného čerpadla je obava zbytečná. Naši odborní montážníci jsou průběžně školeni, a proto přesně vědí, čeho se vyvarovat pro dokonalý výsledek. Bohužel ale existují i výrobci a montážní firmy, které na kvalitu provedení akustických opatření příliš nedbají, a když se tyto stavy spojí dohromady, může vzniknout problematická situace. U renomovaných výrobců bych se problémů s hlučností nebál. Vždy bych ale doporučoval tepelné čerpadlo renomovaného výrobce instalovat jeho odborným partnerem.
Ing. David Šafránek
STIEBEL ELTRON spol. s.r.o.
Publicistka s náklonností ke smysluplným činům a věcem. Obdivuje brilantně provázané duchovní gangsterky, ale neodvrhne ani lyrické, tajemné, lakonické a současně vtipné příběhy s tématem originální syntézy křehkosti úmrtnosti.
Vytvořeno v xart.cz