Tepelná čerpadla

Princip tepleného čerpadla

Tepelná čerpadla využívají tepla okolního prostředí, které má však příliš nízkou teplotu na to, abychom ho mohli využít na vytápění přímo. Tepelné čerpadlo toto teplo převede na vyšší teplotní hladinu. Čerpadlo využívá tepla získaného z okolního prostředí k odpaření chladicí kapaliny ve výparníku. Tato pára je poté stlačena kompresorem. Díky dodané práci dochází k uvolnění tepla o vyšší teplotě, které je následně předáno topnému médiu. Je zřejmé, že tepelnému čerpadlu je také nutné nějakou energii dodávat. Účinnost tepelného čerpadla je dána jeho topným faktorem. Topný faktor a jeho specifika, jsou blíže popsány v sekci Účinnost tepelného čerpadla.

Tepelné čerpadlo se skládá z části vnitřní a vnější. Vnitřní část nemá zvláštní nároky na prostor ani umístění a zajišťuje předávání tepla do topného systému. Venkovní část zajišťuje odebírání tepla ze zdroje – země, vzduchu nebo vody.

Typy tepelných čerpadel

Rozlišujeme tepelná čerpadla vzduch/voda, vzduch/vzduch, voda/voda, země/voda, podle toho jakou látku ochlazují (před lomítkem) a jaké látce teplo předávají (za lomítkem). V článku Jaké zvolit tepelné čerpadlo je uveden přehled nejpoužívanějších typů čerpadel a jejich obvyklé klady a zápory.

Jaké zvolit tepelné čerpadlo?

Předně je nutné podotknout, že při žádání o dotaci programu Zelená úsporám je třeba využít výrobků od výrobců uvedených v seznamu na webu programu Zelená úsporám.

V jeho rámci je pak potřeba vybrat tepelné čerpadlo, které nejlépe vyhovuje Vašim požadavkům. V orientaci pomůže následující výčet používaných typů tepelných čerpadel:

TČ vzduch/voda

Tepelné čerpadlo vzduch/voda odebírá teplo venkovnímu vzduchu a použije ho na ohřev vody v topení nebo v zásobníku tepla. Jedná se o jednotku velkou asi jako malá lednička, obvykle se umisťuje bezprostředně k domu (na to je třeba pamatovat už při návrhu a najít pro ni vhodné místo – takové, aby jednotka nerušila hlukem a nepůsobila ani esteticky rušivě). Vnitřní modul již žádný hluk nevydává a může být umístěn prakticky kdekoli v domě. Výkon tohoto typu je menší při velmi nízkých teplotách, nehodí se proto do horských oblastí a oblastí s nízkými průměrnými teplotami.

Klady:

  • lze použít prakticky ve všech případech, bez omezení místními podmínkami
  • nejsou vyžadovány žádné zásahy do okolního prostředí (především drahé vrty a výkopové práce)

Zápory:

  • vyšší pořizovací náklady
  • výkon TČ výrazně klesá s venkovní teplotou
  • může způsobovat problém s hlukem
  • vzhledem k nižšímu výkonu nižší dotace programu Zelená úsporám

Bazénové tepelné čerpadlo vzduch/voda

Jednoduchá a rychlá instalace tepelného čerpadla vzduch-voda a jeho dobrá účinnost v letním období ho předurčuje k použití pro vyhřívání vnitřních bazénů v létě. Lze ho tedy užít, pokud z nějakých důvodů (pracnost, místní podmínky) nelze instalovat jiný typ čerpadla (zemní kolektor), které by se dalo použít efektivně i v průběhu celého roku. Lze s ním ale samozřejmě přihřívat i venkovní bazény.

TČ země/voda: Zemní plošný kolektor

V hloubce cca 1 m a se stejnou roztečí je v zemině položena plastová trubka, kterou proudí nemrznoucí kapalina.

Pro výkon 10kW je zapotřebí cca 250 – 300 m2 plochy pozemku. Výhodnější jsou půdy bohaté na vodu, díky které je směna tepla účinnější.

Klady:

  • levnější než hlubinné vrty

Zápory:

  • potřeba velkého pozemku
  • plocha s kolektorem je nezastavitelná
  • v zimních měsících kolektor může promrzat, čímž je jeho výkon snížen
  • nutnost drahých skrývek zeminy

TČ země/voda: Hloubkové vrty

TČ využívá tepla z hloubkových vrtů. Do nich je vložena plastová trubka s nemrznoucí kapalinou. Pro 10 kW je třeba cca 120 – 180 m vrtů, jednotlivé vrty mohou být až 150 m hluboké. Vrty musí být umístěny nejméně 10 m od sebe, jejich průměr je pouhých 12 – 16 cm. Jejich provádění je ale poměrně drahé – cena vrtu se pohybuje kolem 1000 Kč / 1 m vrtu, je tedy ovlivněna kvalitou podloží. Paradoxně nejlepší pro vrt jsou soudržné zeminy a tvrdé podloží, neobtížněji se vrt provádí v oblastech, kde jsou pod povrchem štěrky a písky. Vrtání a instalace je záležitostí maximálně několika dní. Vrty nelze provádět kdekoli - vhodné je zajistit si hydrologický průzkum, aby nedošlo k narušení hydrologických poměrů.

Klady:

  • stabilní teplota zdroje tepla z vrtu – spotřeba elektřiny není ovlivněna venkovní teplotou

Zápory:

  • vysoká cena vrtů
  • promrzání (viz Zemní plošný kolektor)

TČ voda/voda: Voda ze studny / spodní voda / geotermální voda

Využití studniční vody vyžaduje zejména celoročně dostatečně vydatný zdroj, který je nutno ověřit dlouhodobou čerpací zkouškou. Povolení k odběru vody schvaluje odbor životního prostředí nebo příslušný vodoprávní úřad vašeho městského úřadu. Dále je důležité vhodné složení vody, které nebude způsobovat zanášení výměníku. Voda je čerpána ze studny většinou klasickým ponorným čerpadlem, v tepelném čerpadle je ochlazena a vrací se zpět do vsakovací studny. Kromě čerpací studny je tedy třeba zhotovit v dostatečné vzdálenosti ještě vsakovací studnu, ze které ochlazená voda nesmí prosakovat zpět do sací studny. Teplota vody ve studni musí být dostatečně vysoká, aby ji bylo možno ochlazovat bez nebezpečí zamrznutí (cca 6-7°C). Voda čerpaná ze studny je obvykle vracena zpět do země (proto se hovoří o využití spodní vody).

Tento systém lze použít s výhodou v oblastech s geotermální vodou, která je přirozeně teplá. Čerpadlo pak má velmi vysokou účinnost.

Klady:

  • nižší pořizovací náklady ve srovnání s vrty

Zápory:

  • požadavky na kvalitu, dostatečné množství vody a teplotu vody
  • venkovní část dále vyžaduje pravidelnou údržbu (čištění filtrů) a je náchylnější na poruchy (např. sacího čerpadla)
  • vzhledem nutnosti údržby se doporučuje spíše pro obecní a komerční objekty, obecně takové, kde lze údržbu dobře zajistit

TČ voda/voda: Povrchová voda (rybník, řeka)

Při využití vody z rybníka nebo řeky se většinou na dno pokládá kolektor vytvořený z plastových trubek, kterými proudí nemrznoucí teplonosná látka. V některých případech lze vodu přivádět přímo k tepelnému čerpadlu a ochlazenou ji vypouštět zpět do řeky (obdobně jako při využití studniční vody). Problémem je ale znečištění vody a nutnost platit za odběr vody.

Klady

  • nižší pořizovací náklady ve srovnání s vrty

Zápory

  • omezení na lokality s dostatkem povrchové vody

TČ vzduch/vzduch

Tento typ tepelného čerpadla odebírá teplo venkovnímu vzduchu. Vzduch je nasáván přímo do tepelného čerpadla a získané teplo je použito pro ohřev vnitřního vzduchu v budově. Skládá se jen z jediné vnitřní jednotky, je proto ideální pro vytápění málo členěných menších prostor – bytů nebo pro temperování chalup a chat v době nepřítomnosti.

Jak to funguje?

Uživatel na panelu nastaví trvalou temepraci objektu na například 10°C. Čerpadlo samo reguluje teplotu v interiéru tak, aby neklesla pod nastavených 10 °C. Při návratu pouze uvedeme čerpadlo do režimu plného výkonu a prostor je vytopen na požadovanou teplotu.

Klady:
  • rychlá a jednoduchá instalace (několik hodin), lze doplňkově použít i jednotku pro klimatizaci a čištění vzduchu
  • jedna vnitřní jednotka omezuje použití u větších bytů a domů s velkým počtem malých místností

Stavba tepelného čerpadla

Stavbu a instalaci tepelného čerpadla je nejlépe přenechat odborníkům. Dobrá firma zajišťuje nejen dodávku zařízení a příslušenství, ale i odbornou instalaci, férové jednání a dodržování termínů. Orientujte se podle referencí známých, úrovni mediální prezentace, dobrého jména obecně. Pořízení tepelného čerpadla je třeba řešit systémově, tedy využít uceleného a kompatibilního systému jediné renomované firmy.

Časově je instalace vnitřních systémů tepelného čerpadla záležitostí cca jednoho pracovního dne, zejména v případě typů vzduch/voda a vzduch/vzduch.

Při instalaci čerpadel využívajících vrtů nebo zemních kolektorů je samozřejmě nutno počítat s instalací v horizontu více dní, eventuelně týdnů, záleží samozřejmě na technických možnostech dodavatele, ekonomických možnostech objednatele a případných nepředvídatelných okolnostech.

Při výběru zhotovitele tepelného čerpadla si ověřte, zda je v ceně i zásobník teplé vody a jeho instalace, zda jsou v ceně případné ceny stavebních prací (skrývka zeminy, vrty.. ) nebo montáž vnitřního zařízení kotelny, elektroinstalace a uvedení do provozu.

Účinnost tepelného čerpadla

Tepelné čerpadlo samozřejmě potřebuje elektrickou energii pro pohon kompresoru, čerpadel a případně ventilátoru. Poměr mezi spotřebovanou elektrickou a dodanou tepelnou energií je vyjádřen topným faktorem tepelného čerpadla ε.

ε = Q/E
Q = teplo dodané pro vytápění [kWh]

E = energie pro pohon TČ [kWh]

Topný faktor se obvykle pohybuje v rozmezí od 2 do 5, tepelné čerpadlo tedy může dodat běžně 2× až 5× více tepla, než spotřebuje elektřiny. Je nutno v údajích výrobce sledovat, jak je topný faktor čerpadla popsán. Nejčastěji je udáván topný faktor při různých teplotách vstupního a výstupního média. Někdy ale výrobce (prodejce) nezapočítává spotřebu oběhových čerpadel (ventilátorů). Okamžitý topný faktor v průběhu roku kolísá v závislosti na vstupní a výstupní teplotě. Průměrným topným faktorem potom rozumíme poměr mezi celoroční spotřebou energie a celoroční výrobou tepla.

Cena a návratnost tepelného čerpadla

Cena typického kvalitního čerpadla země-voda se může pohybovat kolem 200 000 Kč, na dalších cca 70 000 Kč může přijít instalace vnitřní kotelny a elektroinstalací. Nezanedbatelnou položkou jsou zemní práce, za které můžete zaplatit kolem 50 000 Kč.

Tyto částky nejsou nízké, ale mohou být sníženy využitím dotací, které jsou podrobně popsány v článku Dotace na tepelná čerpadla.

Jak je to s návratností?

Za pořízení tepelného čerpadla zaplatíme o 200 000 více než za nákup a montáž tradičního systému vytápění (plynový kotel). Pokud ale při provozu ušetříme 30 000 kč ročně, vychází návratnost systému tepelného čerpadla něco přes 6 let. Při využití dotace se návratnost může zkrátit až o polovinu. Nezapomínejme, že cena zemního plynu trvale stoupá a nárůst cen nezelených energií se obecně do budoucna předpokládá.

Dotace na tepelná čerpadla

Od roku 2009 jsou dotace na tepelná čerpadla nárokové. To znamená, že každý, kdo splní dané podmínky, dotaci na tepelné čerpadlo získá. Výše dotací na tepelné čerpadlo jsou následující:

  • tepelná čerpadla země/voda: 75 000 Kč
  • tepelná čerpadla vzduch/voda: 50 000 Kč
  • tepelná čerpadla voda/voda: 75 000 Kč

Z uvedeného seznamu je jasné, že dotace na tepelné čerpadlo vzduch/vzduch jsou nižší. Tyto typy čerpadel mají horší topný faktor a vyšší provozní náklady, a jsou tedy méně ekologické.

Podmínky pro získání dotací

Dotace pro tepelná čerpadla při výměně zdroje tepla ve stávajících domech

Dům musí být prokazatelně vytápěn uhlím, olejem nebo elektřinou. Po instalaci musí být původní zdroj zlikvidován. Technologie a její dodavatel musí být zapsáni v rejstříku schválených výrobků a dodavatelů, který spravuje Státní fond životního prostředí.

Dotace pro tepelná čerpadla určená pro novostavby

Nárok na dotaci má každá novostavba dokončená do konce roku 2010.

Od 1.1.2011 musí dům splňovat podmínku měrné spotřeby tepla maximálně 55 kWh/m2.

Technologie a její dodavatel musí být zapsáni v rejstříku schválených výrobků a dodavatelů, který spravuje Státní fond životního prostředí.

Dotace na tepelná čerpadla lze navíc kombinovat s dotacemi na zateplení a na další využití obnovitelných zdrojů energie – solární kolektory a podobně.