Tepelná čerpadla

V 19. století to muselo znít přinejmenším podivně: chladicí zařízení, jehož prvotní funkcí je produkce tepla. Pravda ovšem je, že anglický fyzik William Kelvin už tehdy popsal princip tepelného čerpadla, který je dnes nápadně podobný schématu „obrácené chladničky“.

Tepelné čerpadlo dokáže dokonale zužitkovat teplo venkovního prostředí nebo teplo odpadní (z vody, vzduchu či země): své okolí ochlazuje, získanou energii převádí na vyšší teplotu a předává ji do topného systému. Ke svému provozu ovšem potřebuje elektřinu. Jde tedy o zvláštní druh elektrického vytápění, které čerpá obnovitelný zdroj tepla a pracuje vysoce efektivně: dodaného tepla je zhruba čtyřikrát více než spotřebované elektřiny.

Kompaktní jednotka AEG THZ 303 zvládne topit, ohřívat vodu i větrat (247 800 Kč bez DPH, ATEG plus)

Ekologický komfort

Instalace tepelného čerpadla vyžaduje poměrně značné investiční náklady, jež mnohé zájemce hned na začátku odradí. Přesto je investicí velmi perspektivní, která vám v budoucnu zajistí výrazné úspory, a navíc – jako bonbonek – nabídne komfort podlahového topení.

Kombinace s podlahovým topením je skoro nutností. Čím menší rozdíl v hladině teplot totiž 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.

Pro celkovou spotřebu energie je významná také tepelná hladina zdroje tepla. Tepelné čerpadlo, které ochlazuje venkovní vzduch, si poradí i s teplotami –10 až –20 °C, ale jeho efektivita při těchto teplotách klesá. Jiné systémy využívají hlubinné podzemní vrty a vodu v nich ochlazují až na 0 °C. Energeticky nejvýhodnější však bývá využití odpadního tepla (vzduch z klimatizace, odpadní voda z výrobních procesů).

Dimplex LA 18 PS vzduch/voda dovede ohřát topnou vodu až na 65 stupňů C (výkon 18 kW, 265 000 Kč bez DPH, Termo Komfort)

Vyplatí se to?

Finanční stránku si ukažme na příkladu nového rodinného domu s vytápěnou plochou 200 m². Při jeho stavbě můžete počítat s následujícími náklady: kvalitní kotel, bojler a jejich montáž (50 000–110 000 Kč); komín a plynovod (50 000–80 000 Kč podle kalkulace v rozpočtu stavebních prací); příplatek za připojení plynu na pozemek (zvýší jeho cenu při koupi o 60 000–90 000 Kč). Pokud všechny náklady sečtete, dostanete se na rozpětí 160 000–280 000 Kč. Ve srovnání s cenou za pořízení topného systému s tepelným čerpadlem (300 000–400 000 Kč) stále uspoříte v průměru 130 000 Kč. Jenže tím výpočet nekončí.

Podívejme se na otištěnou tabulku „Spotřeby a ceny energií na vytápění“. Je zpracována pro rodinný dům s celkovou tepelnou ztrátou 10 kW, což u kvalitně zateplené novostavby představuje realistické číslo. Z uvedených ročních nákladů je zřejmé, že nejúsporněji vychází kusové dřevo, které ovšem neposkytuje příliš vysoký komfort obsluhy. Hned na druhém místě je tepelné čerpadlo, zatímco na opačném pólu bezpečně „trůní“ propan.

V dnešním světě je máloco tak jisté jako tvrzení, že ceny energií porostou i v budoucnu. Je také jasné, že se při tomto růstu budou rozevírat cenové nůžky mezi jednotlivými druhy paliva. Buďme však optimisty a počítejme s cenami roku 2004, jež uvádí tabulka.

Za 15 let topení budou provozní náklady tepelného čerpadla činit 125 715 Kč, zatímco u propanu to bude 548 295 Kč. Jen o málo lépe na tom bude topný olej (404 700 Kč) a přímotopné elektrické vytápění (382 335 Kč). Relativně slušně vychází akumulační elektrické vytápění (285 825 Kč) a zemní plyn (269 175 Kč), ale i tady ztrácíte ve srovnání s tepelným čerpadlem více než výše zmíněných 130 000 Kč, což je průměrný rozdíl v investičních nákladech.

Centrální ventilační jednotka LWA 303 od Stiebel Eltron pracuje na bázi tepelného čerpadla vzduch/voda. Přívod vzduchu zajišťují stěnové ventily (viz zelené šipky), centrální odsávání je z kuchyně, koupelny a WC (žluté šipky směrem k trubkám). Přístroj topí, ohřívá vodu a větrá (114 800 Kč bez DPH)

Švédsko a Temelín

Ve Švédsku je nejméně 90 % nových rodinných domů vybaveno tepelnými čerpadly, která za rok uspoří více elektrické energie,
než by dokázal za stejnou dobu vyrobit Temelín při plném výkonu. Tepelná čerpadla se osvědčila i v severských oblastech
Švédska, kde teploty v zimě klesají až na –35 °C. Proto není náhodou, že největším výrobcem tepelných čerpadel v Evropě je švédská firma IVT. Její zařízení se od roku 1991 prodávají také u nás.

Tepelné čerpadlo WPF země/voda od Stiebel Eltron (výkon 5,8 - 13,4 kW, cena podle výkonu 143 170 - 167 890 Kč bez DPH) Centrální ventilační jednotka LWA 303 od Stiebel Eltron pracuje na bázi tepelného čerpadla vzduch/voda. Přívod vzduchu zajišťují stěnové ventily (viz zelené šipky), centrální odsávání je z kuchyně, koupelny a WC (žluté šipky směrem k trubkám). Přístroj topí, ohřívá vodu a větrá (114 800 Kč bez DPH)

Obecně lze říci, že vysoká vstupní investice se vrátí již za 7 až 10 let. Po zbytek provozu tepelného čerpadla už jen spoříte. Životnost zařízení je přitom takřka neomezená: jediné, co podléhá „zubu času“, je totiž kompresor (udává se průměrná životnost 18 let), jehož výměna v běžném rodinném domě přijde na 12 000–20 000 Kč.

U dobře izolovaných nových domů jsou navíc potíže s kvalitním větráním. K většině zdrojů tepla tudíž musíte připočíst i cenu centrálního výměníku vzduch/ vzduch pro předehřev čerstvého větracího vzduchu a rozvody vzduchu. Pak vám náhle vychází velmi výhodně zdroj, který s větráním počítá už předem: centrální ventilační jednotky s rekuperací tepla. Tyto zdokonalené typy tepelných čerpadel se vedle vytápění a ohřevu užitkové vody postarají rovněž o větrání a zpětné získávání tepla z odpadního vzduchu. V létě pak systém slouží jako příjemná a spolehlivá klimatizace.

Jak to může fungovat?

Tepelná čerpadla využívají v podstatě sluneční energii, která se nashromáždila v okolním prostředí. Teplo ze země, vody a venkovního či odpadního vzduchu je zdarma, takže po zapojení tepelného čerpadla budete platit pouze elektřinu, která celý systém pohání. Proberme si stručně základní typy tepelných čerpadel.

Systém WPL vzduch/voda nabízí venkovní i vnitřní instalaci (8 - 20,1 kW, cena podle výkonu 219 421 - 285 949 Kč bez DPH, Stiebel Eltron)

Teplo z povrchu země

Nejlevnější z používaných způsobů představuje odebírání tepla ze země prostřednictvím plošného kolektoru z plastových trubek, které se ukládají v okolí domu do hloubky 1 až 1,2 metru pod zemí. Pro standardně velký rodinný dům (vytápěná plocha zhruba 200 m2) je zapotřebí 250 až 400 m² trubek. Země ohřívá médium v trubkách o několik stupňů a čerpadlo tuto energii předá do systému podlahového topení (případně do radiátorů). Odborně provedený zemní kolektor nemá vliv na vegetaci v zahradě. Instalace však vyžaduje poměrně velký pozemek, protože trubky se ukládají ve vzdálenosti jednoho metru od sebe.

Teplo z hloubky země

Tento způsob odběru tepla je pro změnu nejčastější. Teplo se získává vrtem o průměru 14 cm, který směřuje do hloubky 70 až 120 metrů. Systém využívá toho, že už několik metrů pod zemí je po celý rok konstantní teplota. Do vrtu se vloží sonda, kterou protéká nemrznoucí směs, a poté se vrt zasype. Výhodou je, že vrt lze provádět v jakémkoli podloží a že se dá v létě využít jako velmi levný zdroj chladu pro klimatizaci. Vaše nadšení možná trochu zchladí zjištění, že vrt samotný instalaci systému prodraží.

Je dobré vědět, že...

- teplo lze čerpadlem odebírat z hlubokého vrtu, ale třeba i z plochy zahrady, ze studny, z rybníka nebo ze vzduchu

- instalace kvalitního tepelného čerpadla, které je zdrojem tepla a teplé vody pro celý rodinný dům, zabere méně než 1 m² plochy

- ke každé kilowatthodině, kterou zaplatíte za provoz tepelného čerpadla, dostanete z vrtu zdarma 3–5 kWh tepelné energie k vytápění

- při použití podlahového topení místo radiátorů se spotřeba energie na pohon čerpadla může snížit až o 25 %

- tepelná čerpadla již nejsou v České republice raritou: aktuální průzkumy zjistily, že je jimi vybaveno 10 % tuzemských novostaveb

Tepelné čerpadlo GREENLINE E Plus země/voda od firmy IVT se uplatní i v domě s tepelnou ztrátou přes 30 kW. Jeho cena bez DPH se pohybuje (podle požadovaného výkonu) od 177 000 do 249 000 Kč. Kčerpadlu lze přidat větrací jednotku s rekuperací tepla, případně systém zapojit v režimu pro letní klimatizaci

Teplo z venkovního vzduchu

Tam, kde nelze z prostorových důvodů umístit plošný kolektor ani vrt, se dá odebírat teplo z venkovního vzduchu. Čerpadlo můžete umístit na zahradu, na terasu nebo i na střechu. Předností je snadná instalace bez zemních prací. Systém má ovšem jednu „vadu na kráse“: v období, kdy se snižuje venkovní teplota, klesá také výkon tepelného čerpadla, a navíc se zvyšuje spotřeba elektřiny.

Teplo z vody

Jako zdroj termální energie může posloužit rovněž studna s dostatkem spodní vody. Právě spodní voda se totiž dá ze studny odčerpávat, v čerpadle se z ní odebere teplo a studená voda se poté vrátí zpátky do země prostřednictvím druhé – vsakovací – studny. Co je výhodou tohoto zdánlivě krkolomného systému? Čerpadlo zde dosahuje nejvyššího možného topného faktoru – jde tedy o systém nejvýkonnější (zvláště v kombinaci s podlahovým topením). Pro středně velký rodinný dům ovšem potřebujete studnu s ověřenou vydatností 1 800 litrů za hodinu.

Nabízí se však ještě druhá možnost: využití tepla z povrchové vody. Tady jako vodní zdroj poslouží zpravidla rybník, na jehož dno položíte plastové hadice. Jejich pomocí opět odčerpáváte vodu, kterou pak ochlazenou vracíte zpět.

Veškerou instalaci čerpadla a tepelných rozvodů lze skrýt do technické místnosti ve sklepě (IVT)

Veškerou instalaci čerpadla a tepelných rozvodů lze skrýt do technické místnosti ve sklepě (IVT)

Spodní voda má celoročně konstantní teplotu, což znamená pro tepelné čerpadlo výhodu: i za chladných dní dosahuje při tomto zapojení stálých vysokých výkonů (Vitocal 300, Viessmann)

Teplo z větracího vzduchu

Nově postavené domy mají dnes dokonalou tepelnou izolaci. Aby získané teplo nepouštěly marnotratně ven, používají k výměně vzduchu nucené větrání, které se podílí na celkové spotřebě energie pro vytápění až 40 procenty. Takto vydanou energii lze částečně získat zpět. Jak? Pomocí rekuperačních výměníků nebo speciálním tepelným čerpadlem se teplo odebírá přímo ze vzduchotechnického potrubí. Výhodou je, že teplo z odpadního vzduchu se dá kombinovat s teplem získaným z vrtu či plošného zemního kolektoru. Když nepotřebujete ohřívat vodu, nadbytečné teplo z větracího vzduchu se ukládá do podzemní smyčky. Teplota zemního kolektoru tak zůstává stále vysoká a čerpadlo pracuje po celý rok velmi výkonně (s vysokým topným faktorem).