Rubrika: Tepelná čerpadla

Vyšší počáteční investice do tepelného čerpadla s vrtem se v menším rodinném domě s tepelnou ztrátou cca 6 kW vyplatí zhruba za deset let provozu. Celkově za osm let provozu čerpadlo dodalo 7,3 MWh chladu a 97 MWh tepla.

Ročně se instaluje zhruba 1500 systémů tepelných čerpadel, která používají zemský masiv jako akumulátor nebo zásobárnu energe. Jedním ze zajímavých instalovaných projektů, ve kterém je dlouhodobě sledován provoz tepelného čerpadla, je běžný rodinný dům na severu Čech v Jablonci nad Nisou o celkové obytné ploše 119 m2 s klasickým uspořádáním přízemí a obytného patra se sedlovou střechou.

Zkušenosti s přímotopy vedly investora k čerpadlům

Investor zvolil teplovodní systém, u kterého lze měnit zdroj tepla (chladu) v průběhu let v závislosti na dostupných technologiích a případně i cen za energie. Vzhledem k trendu zajišťovat  vytápění objektů s co nejnižší možnou teplotou topné vody zvolil projektant systém podlahového vytápění ve všech prostorách. O řízení teploty se starají prostorové termostaty v každé místnosti spolu se servopohony na rozdělovačích podlahového vytápění. Dalším krokem byl výběr zdroje tepla a přípravy teplé vody. I přesto, že tepelná ztráta objektu byla vypočtena na 4,8 kW a dalo by se říci, že se tepelné čerpadlo země – voda nemůže vyplatit, investor po zvážení všech okolností a argumentů vybral tuto variantu. Později se ukázalo, že prozíravě. Tématem dalších úvah bylo chlazení objektu. Stavba se připravovala v roce 2006 a v té době nešlo o standardní požadavek. Extrémy tropických dnů zažíváme až posledních několik sezón.

Normová vnitřní teplota většinou nestačí

Vypočtená tepelná ztráta 4,8 kW se ukázala jako chybná, neboť reálná tepelná ztráta objektu je mnohem vyšší. Podle výpočtů dle spotřeb se pohybuje tepelná ztráta objektu s reálným provozem mezi 5,8 6,0 kW. Normovaných 20 °C v obytných prostorách je hodnota, která se totiž nesetkává s reálným životem rodiny investora. Jejich centrální prostorový termostat je nastavený celoročně na 24 °C a tedy přirozeně tato vyšší vnitřní, prostorová, reálná teplota z hýbala vypočtenou hodnotou tepelné ztráty objektu. Vyšší tepeln ztráta může být způsobena i nepřesností stavebních postupů při izolování a detailů tepelných mostů. Nic z toho nelze potvrdit a ani termosnímky vytopeného objektu neukázaly výrazně slabá místa.

V roce 2006 většina výrobců tepelných čerpadel země – voda nabízela nejnižší výkonovou řadu 6,0 kW. Pro vytápění a přípravu teplé vody RD byla zvolena právě tato nejnižší výkonová řada, což na konec byla vzhledem k reálné vyšší tepelné ztrátě objektu správná volba.

Teplá voda za půl hodiny

Výkon tepelného čerpadla 6,0 kW stíhá připravit novou zásobu teplé vody (180 l) během 30–35 minut. To je podle slov provozovatele výborné a potvrzuje, že se ještě nikdy nedostali při běžném využití do stavu, kdy bylo potřeba čekat na teplou vodu. Na trhu jsou v současnosti tepelná
čerpadla, která mají nižší výkony kompresorů (3,0–4,0 kW), ale je otázkou, zda je tento trend právě s ohledem na rychlost přípravy teplé vody přínosem.

Chlazení podkroví

Výstavba v roce 2006 nepočítala až na výjimky s chlazením jako standardem. Proto také vidíme většinu rodinných domů ověšených venkovními jednotkami klimatizací, které se instalují dodatečně ve fázi, kdy uživatelé zjistí nemožnost obývat podkrovní místnosti. Prozíravost investora a projektanta vedla k zamyšlení, jak chladit minimálně podkroví a případně celý objekt. Tepelné čerpadlo země – voda vyžaduje vybudování primárního zdroje. Tím může být zemní plošný kolektor, hlubinný vrt, vodní plocha. Vzhledem k požadavku na chlazení byl vybrán hlubinný vrt, který poskytuje dostatek energie pro vytápění a přípravu teplé vody a také dostatečné množství chladu v letních měsících. Hloubka vrtu byla navržena na 112,0 m a jako výstroj byla zvolena švýcarská technologie GEROtherm od výrobce HAKA.GEORDUR, která je považována za špičku v těchto technologiích. Výplň vrtu tvoří termosměs s tepelnou vodivostí 2,0 W/mK. Nic lepšího se v době výstavby nedalo pořídit. Vzhledem k faktu, že vrt se realizuje pouze jednou a bude v provozu více než sto let, je kvalita to jediné, k čemu by se mělo při výběru přihlížet. Chlazení z vrtu probíhá v režimu free cooling, tedy v ČR nazývané volené chlazení, kdy se přes výměník v tepelném čerpadle odebírá chlad vrtu a ten se distribuuje do chladicí soustavy (stropní chlazení, fancoily). V tomto režimu kompresor tepelného čerpadla stojí a jediným spotřebičem elektrické energie je dvojice oběhových čerpadel s nízkou spotřebou (20 + 80 = 100 W). Za 100 W elektrické energie se ze 112 m vrtu získává zhruba 3,5 kW chladu.

Varianta přímotopný systém + boiler + klimatizace (split)

Varianta tepelné čerpadlo země–voda s podlahovým vytápěním
a pasivním chlazením (free cooling)

Potřeba chlazení u obyčejného patrového domku se sedlovou střechou a obytným podkrovím se ukázala jako nezbytná. I přes poměrně robustní izolace (30 cm izolační vaty) se podkroví v parných dnech nedařilo teplotně držet pod 27 °C. Potřebu chlazení potvrdil i údaj o celkové dodané energii pro chlazení. Celkově za osm let provozu bylo dodáno do rodinného domku 7300 kWh chladu. Pro získání chladu bylo potřeba dodat 208 kWh. Zhodnocení elektrické energie nemá v jiných systémech konkurenci.

Určitě neméně zajímavý je i systém předávání chladu v objektu. Původně navržená koncepce přímotopů byla nahrazena podlahovým vytápěním ve všech obytných místnostech. Stejný systém podlahového vytápění slouží v létě pro chlazení. Praxe ukázala že teplota směšované vody se pohybuje mezi 19–22 °C a nejedná se tedy o ledovou podlahu. To potvrzuje i provozovatel, který však na letní měsíce zavírá smyčku podlahového vytápění v koupelně a na WC, kde prý chladit není potřeba. Kromě dlažby v hale je všude použito marmoleum jako nášlapná vrstva. Ložnice, pracovna a dětské pokoje v horních patrech jsou díky chlazení velmi příjemným prostorem i letních parných měsících.

Shrnutí investice do systému tepelného čerpadla v Kč

Proti tomu

Ekonomika provozu

Vraťme se opět k systému vytápění a ekonomice provozu. Tepelné čerpadlo s vrtem vykazuje velmi zajímavé zhodnocení elektrické energie. V nejchladnějších měsících se pohybuje teplota vody pro vytápění mezi 35–37 °C. To je v případě mrazů -20 °C. Teplota nemrznoucí kapaliny Stabilfrost ve vrtu v zimě neklesá pod 4 °C, kterou tepelné čerpadlo ochladí na 1°C. V letních měsících se teplota vrtu stabilizuje na 9,5 °C. Teplota teplé užitkové vody v zásobníku je snížena na 47 °C tak, aby nebylo nutné při sprchování vodu mixovat se studenou. Celkově tato čísla zabezpečují výrazně lepší ekonomiku provozu než papírově deklarované hodnoty instalované technologie. Celkový průměrný topný faktor v režimu vytápění a přípravy teplé vody se po prvních letech ustálil na hodnotě 4,5 (SPF).

Srovnání provozních nákladů

Systém je i po osmi letech bez další investice. Technologie pracuje, jak má, a vzhledem k provozním hodinám, při kterých tepelné čerpadlo pracuje v ideálních provozních podmínkách, se dá očekávat dalších 15–20 let provozu. Vrt a všechny ostatní trubní systémy jsou pevně zabudované bez mechanických částí. Jejich životnost je více než sto let. Návratnost vyšší investice o 266 000 Kč je při dnešních cenách cca 10 let.

Zdroj:
Milan Trs
GEROtop spol. s r.o.