Šetrná budova reálným snem i díky tepelným čerpadlům
Rostoucí ceny energií zvýšily poptávku u stavebníků zejména rodinných domů po tepelných čerpadlech v celé Evropě. Díky tomu jsou čerpadla synonymem zdroje tepla pro moderní rodinné domy budoucnosti. Například ve Švýcarsku se jimi vytápí už více než 60 % nových domů, ve Švédsku je jejich realizace ještě častější. U nás bylo před deseti lety v provozu na 10 000 tepelných čerpadel. Nyní už má takové čerpadlo mnoho energeticky úsporných nových budov.
Obliba tepelných čerpadel poroste i v příštích letech. Proč? Právě z ekonomických důvodů. Při porovnání s cenou plynového kotle nám může na první pohled připadat tepelné čerpadlo drahé. Připočteme-li k ceně plynového kotle další náklady, nutné k tomu, aby nám mohl kotel kvalitně a dlouhodobě sloužit (bojler, přípojka a rozvody plynu, komín nebo odkouření), cena za instalaci naroste a při porovnání skutečných nákladů vyjde rozdíl mezi pořízením tepelného čerpadla a plynového vytápění až na 250 tisíc korun. Peníze se však stavebníkům těchto zařízení brzy vrátí – uspoří mnohé náklady na provoz.
Kdo byl vynálezcem principu tepelného čerpadla
První tepelné čerpadlo vyrobil zcela náhodou americký vynálezce Robert C. Webber koncem 40. let 20. století. Při pokusech s hlubokým zamrazením se dotkl výstupního potrubí mrazícího přístroje a popálil si ruku. Funkce tepelného čerpadla byla na světě. Webber zkusil propojit výstup z mrazáku s bojlerem na teplou vodu. A protože měl stále přebytek tepla, napojil horkou vodu na potrubí a větrákem začal vhánět teplo do domu. Nakonec s úspěchem čerpal teplo ze země pomocí zemních kolektorů.
Odebírá teplo z okolí, aby jej pak budově vrátilo
Tepelné čerpadlo pracuje na podobném principu jako chladnička, ale obráceně. Lednička odebírá teplo potravinám, chladí a v zadní části topí. Tepelné čerpadlo pracuje opačně, ale s mnohem větším výkonem. Odebírá teplo vodě, vzduchu nebo zemi a pomocí radiátorů nebo podlahového vytápění vyrábí teplo v domě.
Existuje mnoho různých tepelných čerpadel, obecně se však rozlišují tyto tři základní systémy: – vzduch/voda, země/voda a voda/voda
První z dvojice označení typu čerpadla vyjadřuje medium, ze kterého se teplo odebírá (ze vzduchu, země nebo vody). Druhý název informuje, kam se získané teplo předává (vždy je to voda). Voda potom vyhřívá v budovách podlahy, radiátory, bazény a další zařízení, části domu a bytu.
Médiem prvního čerpadla je vzduch
Čerpadlo typ vzduch/voda má vnitřní a vnější jednotku. Vnitřní jednotka je instalována v budově. Vnější je mimo dům, kde nasává vzduch, ze kterého odebírá teplo, pošle do vnitřní jednotky a v ní se teplým vzduchem ohřeje voda pro domácnost. Pro úspěšné fungování systému je důležité, aby se ochlazený vzduch nevracel zpátky a nevytvářel uzavřenou smyčku. Ta totiž prudce snižuje efektivitu výkonu čerpadla. Proto umístíme vnější jednotku na jižní, slunečné straně rodinného domku. Výhodou uvedeného typu čerpadla je jeho všestranné použití a jednoduchá instalace. Nevýhodou je hlučnost venkovní jednotky a nižší účinnost za mrazu.
Dalším principem je cirkulace tepla z půdy
Základ tepelného čerpadla země/voda tvoří několik set metrů dlouhá plastová trubka, (zemní kolektor), ve které obíhá nemrznoucí směs. Při svém průchodu zemí se směs ohřeje o několik stupňů, protože od určité hloubky pod povrchem se teplota pohybuje kolem 4 °C. Ohřátá směs pak putuje do výměníku, tam se ochladí – odebere se jí tepelný přírůstek a ochlazená směs zamíří do kolektoru znovu k zahřátí. Cyklus se neustále opakuje. Teplo můžeme ze země odebírat buď horizontálním plošným kolektorem nebo z vertikálního vrtu. Výhodou je zde stabilní topný výkon, dlouhá životnost a také velmi tichý chod. Nevýhodou jsou vyšší pořizovací náklady na provedený vrt nebo na rozsáhlé pozemní práce (kolektor).
Čerpadlo, kde médiem je voda
U čerpadla typu voda/voda je tepelným zdrojem povrchová, podzemní nebo spodní voda. Je to nejúčinnější typ tepelných čerpadel – podzemní voda má stálou průměrnou teplotu okolo 10 °C, tedy nezávislou na povrchových teplotních výkyvech.
Ze zásobníku (většinou studna) čerpáme vodu, která prochází výměníkem. Tady z ní získáme teplo. Voda se vrací do země druhou (vsakovací) studnou. Vzdálenost mezi vrty ale musí být alespoň 10 m. Důležitou podmínkou pro instalaci tohoto typu čerpadla je také vhodný terén k vybudování soustavy studen. Většina zájemců dává přednost právě takovémuto řešení. Instalace přitom není vůbec finančně náročná. Postačí nám k tomu stávající studna. Výhodou jsou nižší pořizovací náklady a rychlá návratnost a vysoká účinnost. Určitou nevýhodou je malý počet lokalit vhodných pro takovou instalaci.
Investice do obnovitelných zdrojů se vyplatí
Generální ředitelství Evropské komise pro energii zveřejnilo dvoudílnou studii o výhodách investic do odvětví obnovitelných zdrojů do roku 2030, zejména v oblasti vytápění a chlazení. Materiál představuje pro členské země důležitý vstup při vypracování národních energetických a klimatických plánů (NECP). Přitom jen pouhých šestnáct z nich zahrnulo do svých návrhů NECP cíle vytápění a chlazení z obnovitelných zdrojů. V únoru 2016 představila Evropská komise balíček o udržitelné bezpečnosti dodávek energie. Jeho součástí je strategie pro optimalizaci vytápění a chlazení budov a průmyslová odvětví, neboť vytápění a chlazení představuje 50 % roční spotřeby energie v Evropské unii. ČR se zavázala uspořit 50 PJ na koncové spotřebě do roku 2020, což není málo. Je to zhruba roční spotřeba elektřiny všech domácností v ČR nebo 2 letá spotřeba Prahy. Důležitou roli zde budou hrát tepelná čerpadla (OZE, tepelná čerpadla).
Průkopníci, kteří zprovoznili již víc než 3 000 čerpadel
K průkopníkům od roku 1991 patří i naši přední čeští dodavatelé v oblastech stlačený vzduch, průmyslové chlazení a tepelná čerpadla je společnost. Od první instalace čerpadla IVT v České republice uplynulo 30 let. Jejich celkový roční výkon je srovnatelný s výkonem jednoho bloku jaderné elektrárny Temelín za 85 dní. S rozdílem, že všechna tepelná čerpadla spotřebují elektřinu z jeho 34 denní produkce. Jsou tedy 2,5 krát efektivnější. Čerpadla zajistila úsporné teplo teplo v desítkách tisíců budov. Profesionálové v tomto o boru budoucnosti využívají všech nabytých znalostí, získaných praktických zkušeností i technologických možností vedoucích k optimálnímu využívání energie, a tak zásadně snižují energetickou náročnost budovy nebo průmyslového provozu. V rámci své aktivity ve výzkumné oblasti dnes pomáhají studentům a spolupracují na vědeckých úkolech s vysokými školami (ČVUT, ČZU, VŠB ).
Nejnovějším trendem je šetrný provoz budov, který je nejen ekonomický, ale také ekologický k našemu životnímu prostředí a k obnovitelným zdrojům. Z tohoto hlediska při porovnávání zdrojů tepla je třeba brát v úvahu jak jejich pořizovací cenu, tak i samotné provozní náklady. Když pak sečteme cenu tepelného čerpadla a náklady na sedm let jeho provozu, zjistíme, že využívání tepelného čerpadla přijde levněji než kterýkoli jiný bezobslužný zdroj tepla i chladu. Provoz tepelného čerpadla je také ohleduplnější k životnímu prostředí, protože ho nezatěžuje škodlivými emisemi. Navíc jsou tepelná čerpadla nejspolehlivější při získávání energie z obnovitelných zdrojů – fungují, i když slunce nesvítí, topí, i když nemáme čas přikládat biomasou. A to je dostatek argumentů pro to, abychom s nimi do budoucna počítali jako s důležitým vybavením moderních šetrných budov.
Text Bohuslav Hatina, foto: Shutterstock.com
