Drahý zdroj pro levné topení

Myšlenka tepelného čerpadla není nová: už v roce 1852 ji zformuloval anglický fyzik William Kelvin. Jde o chladicí zařízení, jehož prvotní funkcí je produkce tepla. Pro vytápění rodinných domů se v Evropě využívá už nejméně 50 let.

Proč se v České republice projevuje výrazný zájem o tepelná čerpadla až nyní? Před rokem 1989 se k nám informace o tepelných čerpadlech takřka nedostávaly. O ekologii a energetické krizi, která bude ceny paliv „šroubovat" nahoru, jsme toho také příliš nevěděli. A navíc bylo pořízení tepelného čerpadla velmi drahou záležitostí.

Přestože ani dnes není tepelné čerpadlo levné, boom tohoto způsobu vytápění už nastal i u nás. Na instalaci totiž můžete získat dotaci ze Státního fondu životního prostředí ČR nebo z České energetické agentury. Bez ohledu na vstupní investici je však tepelné čerpadlo v našich podmínkách patrně nejperspektivnějším zdrojem energie.

Princip

Tepelné čerpadlo pracuje na principu chladničky. Teplo, které chladnička odebírá potravinám, předává do vzduchu v bytě svojí zadní stranou (černou mřížkou). Trvale tak vytápí kuchyni. Pokud byste chladničku umístili do okenního otvoru otevřenými dvířky ven, bude celý den chladit venkovní vzduch a zadní stranou topit. Tímto způsobem získáte amatérské tepelné čerpadlo typu vzduch/vzduch. Skutečná tepelná čerpadla mohou ochlazovat různá prostředí: venkovní či vnitřní vzduch (z větracího systému), půdu v ploše okolo domu nebo hluboko pod zemí, ale také podzemní či povrchovou vodu.

Zákony termodynamiky říkají, že teplo z chladného tělesa nikdy samovolně nepřejde na těleso teplejší. Důležité je zde ovšem slovo „samovolně". Ani voda samovolně neteče vzhůru, a přesto ji můžeme čerpat. Rovněž v případě tepelného čerpadla dodáváme vnější energii (elektřinu pro pohon kompresoru), díky níž i z relativně chladného tělesa přečerpáme teplo a uvolníme je na jiném místě. Už teplota vnějšího prostředí těsně nad nulou umožní, abychom získali uvnitř teplotu kolem 40 °C, která bohatě stačí k podlahovému vytápění.

Efektivita

Tepelné čerpadlo je jediný stroj, jehož účinnost až několikanásobně přesahuje 100 %. Efektivitu tepelného čerpadla udává topný faktor (COP - z anglického Coefficient of Performance), což je poměr získaného tepla a vstupní energie (elektřiny pro pohon kompresoru). Topný faktor tepelného čerpadla se pohybuje od 2 do 5 (účinnost 200-500 %). Nejde o zázrak: faktor COP totiž nezapočítává teplo získané z okolí, které je zdarma.

Odběr tepla pomocí hlubinného zemního vrtu

Odběr tepla ze spodní vody (systém dvou studní)

NÁVRATNOST INVESTICE

Tepelné čerpadlo vyžaduje vstupní investici 200 000 až
400 000 Kč (kompletní realizace tepelného zdroje).

Efektivní provoz je podmíněn kombinací s nízkoteplotním vytápěcím systémem (podlahové topení či velkoplošné radiátory).

Investice se vrátí za 7 až 10 let, pak už jen spoříte. Životnost zařízení je takřka neomezená, jen kompresor podléhá „zubu času" (životnost asi 18 let). Jeho výměna v běžném rodinném domě přijde na 12 000-20 000 Kč. Vzhledem k překotnému vývoji je ovšem možné, že za 18 let pro vás bude výhodnější pořídit si čerpadlo zbrusu nové (předpokládané náklady méně než 200 000 Kč).

Dotaci na instalaci tepelného čerpadla lze získat ze Státního fondu životního prostředí ČR (www.sfzp.cz) nebo z České energetické agentury (www.ceacr.cz - jen právnické osoby), případně též z prostředků EU (podnikatelé, komunální sféra). U státní dotace je podpora vyplácena vždy zpětně (na zkolaudované zařízení v trvalém provozu) a není nároková (pokud vám není přiznána, nemůžete se jí domáhat).

Podle konkrétních podmínek topný faktor během roku kolísá. Pro objektivní porovnání účinnosti několika tepelných čerpadel je proto nutné počítat vždy se stejnou teplotou vstupního média (teplo z okolí) a výstupního média (získané teplo). V ideálním případě jsou parametry uváděny podle požadavků normy ČSN EN 255 (vstupní médium 0 °C, výstupní médium 35 °C - značí se 0/35).

V praxi tepelné čerpadlo potřebuje elektřinu nejen na pohon kompresoru, ale i pro oběhová čerpadla, případně pro ventilátory. Skutečný topný faktor bude tudíž o něco nižší než vypočtený.

Nejen komfortní bonbonek, ale především nutnost efektivního provozu představuje kombinace s podlahovým topením. Totiž: čím menší rozdíl v hladině teplot musí tepelné čerpadlo překonávat, tím méně elektřiny spotřebuje. A podlahové topení je nízkoteplotní vytápěcí systém. Zatímco běžné otopné soustavy s radiátory ohřívají vodu až na 90 °C, u podlahového topení je maximální teplota vody 45 °C. Díky tomu snížíte spotřebu energie na pohon tepelného čerpadla až o 25 %.

Zdroje tepla

Primární zdroje tepla, z nichž dokáže tepelné čerpadlo získávat energii, jsou:

a) Půdní podloží
S rostoucí hloubkou pod povrchem Země roste i teplota hornin. V hloubce 100 m je stabilní teplota okolo 10 °C. Teplo odtud lze odebírat pomocí hlubinného vrtu o průměru 13-22 cm, do něhož se zasune polyetylenová hadice s nemrznoucí směsí. Tepelné čerpadlo o výkonu 10 kW vyžaduje vrt hloubky 140 m (horší variantu tvoří dva vrty hloubky 70 m). Tento způsob dosahuje stálého topného faktoru 4-5. Vrt instalaci systému značně prodraží, ale dá se využít i v létě jako levný zdroj chladu pro klimatizaci.

b) Podzemní voda
Spodní voda se dá odčerpávat ze zdrojové studny a po ochlazení vracet do země prostřednictvím vsakovací studny. Takto lze dosáhnout vysokého faktoru COP při nízkých nákladech. Spodní voda má totiž během roku stálou teplotu (v hloubce nad 10 m dosahuje 8-10 °C). Podmínkou fungování systému je celoročně vydatný zdroj spodní vody a trvalá schopnost podloží přijímat ochlazenou vodu zpět. Tepelné čerpadlo je třeba chránit proti výpadku dodávky zdrojové vody.

c) Povrchová voda
Tato možnost je spíše teoretická: voda má nízkou teplotu, leckdy zamrzá a bývá znečištěná. Jako vodní zdroj tu poslouží rybník, vodoteč nebo vodní nádrž. Na dno uložíte „hadovitě" polyetylenové potrubí, které vodě odebírá teplo prostřednictvím nemrznoucí směsi, případně vodu odčerpává, přivádí přímo k tepelnému čerpadlu a ochlazenou vrací zpět.

d) Půdní vrstva
Plošný zemní kolektor je technickou obdobou kolektoru pro povrchové vody (hadovitá soustava polyetylenových trubek s nemrznoucí směsí, uložených v rozestupech 1 m do hloubky 1,5-2 m pod zemí). Pro vytápěnou plochu 200 m² je zapotřebí 250-400 m² trubek. Země ohřeje médium v trubkách o několik stupňů a čerpadlo energii předá do systému podlahového topení. V létě může tepelné čerpadlo dům naopak chladit - odpadní teplo pak lze vracet do kolektoru jako rezervu na zimu, kdy teplota půdy klesá.

e) Venkovní vzduch
Čerpadlo může stát venku, ale i v garáži nebo technické místnosti (vzduch se pak nasává i vypouští přes otvory ve stěně opatřené žaluziemi). Instalace bez zemních prací šetří náklady. Tam, kde jsou tuhé mrazy, však výkon tepelného čerpadla v zimě klesá. V klimaticky mírnějším pásmu jsou naopak celkové energetické úspory srovnatelné s tepelným čerpadlem zemním. U některých typů může být obtěžující hluk ventilátoru: přes den nesmí přesahovat 50 dB, v noci 40 dB (zhruba hluk auta běžícího na volnoběh). Uvnitř domu lze tepelné čerpadlo snáze hlukově odizolovat.

f) Vnitřní vzduch
U moderních domů s řízeným větráním se dá teplo odebírat pomocí rekuperačních výměníků nebo speciálním tepelným čerpadlem přímo ze vzduchotechnického potrubí. Teplo z odpadního vzduchu je však nutné kombinovat s teplem získaným z vrtu či plošného kolektoru (větracího vzduchu je omezené množství). Když nepotřebujete ohřívat vodu, nadbytečné teplo z větracího vzduchu se ukládá do podzemní smyčky. Teplota zemního kolektoru tak zůstává stále vysoká a čerpadlo dosahuje po celý rok vysokého topného faktoru.

Zpracováno s využitím knihy Tepelná čerpadla (Karel Srdečný - Jan Truxa, ERA 2005)

ARGUMENTY PRO POŘÍZENÍ TEPELNÉHO ČERPADLA

Je a vždy bude nejlevnějším topením na elektřinu - z každé kilowatthodiny, kterou zaplatíte za provoz, získáte zdarma 2-5 kWh tepelné energie k vytápění

K provozu mu stačí minimum elektřiny a není závislé na jiných zdrojích energie

Dá se instalovat prakticky kdekoli, teplo může odebírat ze země, vody či vzduchu

Vnitřní instalace pro rodinný dům zabere méně než 1 m² plochy

Jde o vytápění ekologické, moderní a komfortní (bez údržby, s podlahovým topením)

Ze stejného zdroje ohříváte i užitkovou vodu a bazén