Tepelná čerpadla, která získávají teplo z okolního vzduchu, jsou u nás již běžná. Proč ale v západní Evropě více využívají zemní tepelná čerpadla? Čtěte víc.
Navrhování tepelných čerpadel do novostaveb je již běžnou praxí, většinou se však jedná o čerpadla, která získávají teplo z okolního vzduchu. Tepelná čerpadla využívající geotermální energii jsou v České republice méně běžná, než je tomu v zemích západní Evropy. Důvodem je snaha kombinovat tepelné čerpadlo s dalšími bivalentními zdroji tepla. Výhodnější tedy je použít vzduchové tepelné čerpadlo vzhledem k nižším pořizovacím nákladům, a to i přesto, že topný faktor není tak stálý. Oproti tomu na západě je snaha směřovat provoz čerpadla k co největšímu využití v tzv. monovalentním provozu.
Dočtete se, jaké možnosti a ekonomický přínos nabízí technologie zemních tepelných čerpadel.
Kupecké počty
Při rozhodování je důležitá velikost úspor, které nám zemní tepelné čerpadlo přinese oproti jiným případným zdrojům tepla. Protože pořízení vrtu nebo plošného kolektoru je nákladnou investicí, je od počátku jisté, že provoz tepelného čerpadla musí generovat vysoké celkové úspory. U objektů, které mají malou tepelnou ztrátu (méně než cca 6 kW), se pořízení zemního tepelného čerpadla stává investicí, která bude mít neúměrně dlouhou návratnost. U objektů s vysokou tepelnou ztrátou je větší prostor pro dosažení objektivně vyšších úspor a projekt se tím spíše vyplatí uskutečnit.
Ekonomická a energetická bilance
Podkladem pro rozhodování by měla být i energetická a ekonomická bilance. Zde je příklad energetické bilance, který však vychází z průměrných hodnot a pro konkrétní instalaci se bude lišit klimatickými podmínkami, denní spotřebou vody, tepelnými ztrátami objektu, použitým tepelným čerpadlem a dalšími podmínkami:
| KLIMATICKÉ PODMÍNKY | |
| lokalita | Praha |
| výpočtová venkovní teplota | -12 °C |
| délka topného období | 225 dní |
| průměrná teplota v topném období | 4,3 °C |
| TEPELNÉ ČERPADLO | |
| zdroj tepelného čerpadla | země/voda (B/W) |
| typ tepelného čerpadla | EcoHeat 308 |
| OHŘEV UŽITKOVÉ VODY | |
| denní spotřeba TV | 200 l |
| denní potřeba tepla pro TV | 15,70 kWh |
| celková roční potřeba energie na TV | 4 940 kWh |
| průměrný topný faktor TČ při ohřevu TV | 3,1 |
| pokrytí tepelným čerpadlem | 4 590 kWh |
| spotřeba tepelného čerpadla | 1480 kWh |
| dodáno elektrickým dohřevem | 350 kWh |
| VYTÁPĚNÍ | |
| tepelné ztráty objektu | 8 kW |
| průměrná vnitřní teplota | 21 °C |
| tepelné ztráty při průměrné teplotě v TO | 4,05 kW |
| celková potřeba energie na vytápění | 18 530 kWh |
| průměrný topný faktor TČ pro vytápění | 4,5 |
| pokrytí tepelným čerpadlem | 16 680 kWh |
| spotřeba tepelného čerpadla | 3710 kWh |
| dodáno elektrickým dohřevem | 1850 kWh |
| CELKEM | |
| roční potřeba energie | 23 470 kWh |
| celková spotřeba energie | 7 390 kWh |
| roční úspora energie | 16 080 kWh |
MATICKÉ PODMÍNKY
Na základě těchto hodnot je možné vypočítat úsporu provozních nákladů na topení a ohřev teplé vody pomocí tepelného čerpadla oproti systému s použitím jiného zdroje. Po uvážení investičních a dalších souvisejících nákladů lze dospět k ekonomické bilanci a výpočtu návratnosti investice.
Od primárního okruhu k tepelnému čerpadlu
Teplo je možné ze země odebírat několika způsoby. Pro primární okruhy se nejčastěji využívají zemní hlubinné vrty a zemní plošné kolektory. Současný trh nabízí navíc řadu technologií, které jsou na pomezí obou skupin.
Vždy je však třeba investovat do kvalitních materiálů. Jakákoli závada či netěsnost na primárním okruhu má za následek jeho nefunkčnost a další investiční náklady.
Hlubinné vrty
Vertikální vrty – Sondu tvoří jednoduché smyčky zapuštěné vertikálně do vrtu o hloubce 50 – 150 m. Tyto sondy odebírají teplo ze země nejefektivněji, jejich investiční náročnost je ale nejvyšší.
Radiální vrty – Jsou dalším způsobem vedení kolektoru, kdy se geotermální koaxiální sondy radiálně sbíhají do jednoho místa. Využitá je tak nejen hloubka, ale i šířka pozemku. Délka vrtu je přibližně 40 m. Tento systém se používá spíše pro menší výkony.
Zemní plošný kolektor
Zemní plošný kolektor se nejčastěji pokládá do rýh hlubokých 1,2 – 1,5 m, širokých 0,8 m, nebo jako meandr položený do celoplošné skrývky na pozemku.
.JPG)
Další způsoby
Dále za zmínku stojí energetické piloty, které umožňují v letním období vyskladnit odpadní teplo budovy do energetických pilotů a znovu jej získat pomocí tepelného čerpadla v zimních měsících. Tento způsob je využíván především u velkých objektů, které jsou na pilotách založeny, jako administrativní budovy, obchodní centra atd.
Nebo využití geotermálního energetického koše, který se používá, pokud není prostor pro povrchový plošný kolektor a není možné z nějakého důvodu provést vrt.
Regenerace primárního okruhu
Návrh primárního okruhu vychází z celkové spotřeby energie v objektu, tedy spotřeby energie na vytápění, na ohřev teplé vody, případně ohřev bazénu. Odborný návrh vrtu nebo plošného kolektoru je jednou z nejdůležitějších věcí při instalaci zemního tepelného čerpadla a je třeba ho svěřit odborníkům. U správně navrženého vrtu nedochází k problémům a jeho životnost je v podstatě neomezená.
Pokud není vrt dostatečně dimenzován pro tyto spotřeby, může při jeho provozování docházet k úbytku energetického potenciálu zeminy, tedy k jeho vymražení. To má za následek snížení topného faktoru tepelného čerpadla a jeho neefektivní provoz.
Aby nedocházelo k vychládání podloží, je ideální kombinovat tepelná čerpadla se solárním systémem, který zajišťuje tepelnou regeneraci vrtu a zvýšení topného faktoru tepelného čerpadla.
Regenerace u zemních plošných kolektorů probíhá během letního období slunečním zářením a absorpcí dešťových srážek.
Zdroje tepla využívající zemní kolektory nebo vrty
Společnost Regulus přišla v roce 2012 s novou řadou tepelných čerpadel EcoPart a EcoHeat. Výkonová řada jednotek je 6, 8, 10, 12, 14 a 17 kW. Z technických parametrů vyniká především vysoký topný faktor dosahující v nízkoteplotních systémech hodnoty 5,5. Ostatní v praxi používané údaje o topném faktoru, příkonu a výkonu jsou v tabulce:
EcoHeat je kompaktní jednotka, která kromě tepelného čerpadla obsahuje i tepelnou centrálu a inteligentní regulátor vybavený přehledným barevným dotykovým displejem s českým ovládáním.
Tepelná centrála po připojení k topnému systému a přívodu vody zajišťuje kompletní tepelné potřeby rodinného domu – topení, akumulaci topné vody, přípravu teplé vody pomocí tepelného čerpadla a vestavěného 9kW elektrického topného tělesa.
Samozřejmostí je možnost připojit sluneční kolektory a umožnit tak vrtu či plošnému kolektoru dostatečnou letní teplotní regeneraci.
Kombinace zemního čerpadla s dalšími zdroji tepla
Tepelné čerpadlo EcoHeat v kombinaci se solárním systémem
Je velmi efektivní kombinací využití obnovitelných zdrojů, navíc se tyto dva systémy vhodně doplňují. Během topné sezóny objekt vytápí tepelné čerpadlo, které zároveň ohřívá vodu za přispění solárního systému, mimo topnou sezónu pak ohřívá vodu většinou solární systém. Výsledkem není pouze úspora elektrické energie, ale především snížení provozních hodin tepelného čerpadla během roku, čímž se významně prodlužuje životnost tepelného čerpadla.
Tepelné čerpadlo EcoPart v kombinaci s krbem a solárním systémem
Tuhá paliva ve většině novostavbách nejsou hlavním zdrojem tepla z důvodu náročné obsluhy a nutnosti skladování paliva. Doplňkovým zdrojem tepla je většinou dřevo spalované v krbech či kamnech. Ty mohou být buď klasické, předávající teplo pouze do okolí, nebo moderní teplovodní, které umožňují rozvod tepla po celém domě. Při použití akumulační nádrže vytápí objekt i po delší dobu, než po kterou probíhá spalování. Tepelné čerpadlo EcoPart lze kombinovat s krbovou vložkou obsahující teplovodní výměník, s akumulační nádrží a i se solárním systémem. Ten stejně jako u předchozího příkladu pomáhá mimo topnou sezónu s přípravou teplé užitkové vody.
Servis a obsluha
U správně navrženého systému je optimální chod zaručen regulací, která je mozkem celého systému. Inteligentní regulátor řídí chod systému na základě informací získaných z venkovních a vnitřních teplotních čidel. Celý systém je bezobslužný, ale je možné do něj manuálně zasahovat, např. nastavovat vyšší teplotu při požadavku na vyšší tepelnou pohodu. Většinu regulátorů lze dnes ovládat na dálku nebo přes vestavěný webserver pomocí tabletu, telefonu nebo jakéhokoliv zařízení vybaveného alespoň základním prohlížečem webových stránek.
Pravidelné servisní prohlídky tepelného čerpadla jsou nedílnou součástí provozu každého systému s tepelným čerpadlem. Jedině tak je možné zaručit výrobcem stanovenou dobu životnosti celého systému. Ta bývá z pravidla 20 – 25 let. Během této lhůty se předpokládá výměna kompresoru, který je nejvíce namáhanou součástí tepelných čerpadel. Životnost kompresorů se pohybovala okolo 12 let, u nových typů kompresorů se předpokládá životnost až 30 let.
Návrh technického řešení
Tepelná čerpadla a výše zmiňované kombinace se solárními systémy i teplovodními krby nabízí firma Regulus již řadu let. Na webových stránkách www.regulus.cz naleznete detailnější informace o všech nabízených typech slunečních kolektorů, tepelných čerpadel, teplovodních krbů a o potřebném příslušenství. Naším cílem není prodávat unifikované sestavy, ale navrhnout zájemcům o modernizaci systémů topení nebo ohřevu vody kompletní technické řešení tak, aby byly splněny požadavky zákazníků na minimalizaci nákladů a maximalizaci úspor. Neváhejte nás proto kontaktovat.
Zájemce o tepelné čerpadlo může využít tento nezávazný dotazník sloužící jako prvotní zdroj informací pro návrh systému s maximálním využitím alternativních zdrojů energie.
