Tepelné čerpadlo pro váš dům
Zdroje nízkopotenciálního tepla
Tepelná čerpadla jsou jedním z alternativních zdrojů obnovitelné energie. Odnímají teplo z okolního prostředí vytápěného objektu (země, vzduchu, vody), převádějí ho na vyšší teplotní hladinu a uvolněné teplo využívají pro vytápění a ohřev teplé vody.
Vnitřní jednotku tepelného čerpadla na první pohled nerozeznáte od běžného plynového kotle nebo ohřívače vody. Nemá žádné zvláštní nároky na umístění ani velikost prostoru a zajišťuje předávání tepla do topného systému. Venkovní část zajišťuje odebírání tepla ze zvoleného zdroje (země, vzduchu, vody).
Základní způsoby odběru tepla
Velikost a podoba venkovní části tepelného čerpadla závisí na tom, z jakého zdroje se teplo získává. Volba způsobu odběru tepla závisí na místních podmínkách. V naší zeměpisné šířce jsou nejrozšířenější tepelná čerpadla země/voda.
Zemní plošný kolektor je nejméně náročný na realizaci a finance. Pro povolení stačí ohláška na stavební úřad. Podmínkou je dostatečně velký pozemek v okolí budovy, který nebude dále upravován (stavby, komunikace). Technologicky se pracuje s energií, která se v letním období ve formě tepla akumuluje do vrchních vrstev země. Při instalaci a plánování jsou rozhodující nejen termické vlastnosti půdy, ale i poloha místa a jeho okolí. Kolektory zemního tepla nesmějí být zakryty. Kolektor (polyetylenové potrubí) se klade do výkopů v nezámrzné hloubce (1,2–1,5 m). V případech, kde není dostatečný prostor nebo potřebný výkon TČ bude vyšší, je vhodnější realizovat vertikální sondy.
Vrty – geotermální vertikální sondy jsou v ČR nejrozšířenějším způsobem získávání nízkopotencionální energie pro TČ. I přes svoji vyšší pořizovací cenu většinu investorů přesvědčí fakt, že jde o zdroj absolutně nezávislý na vlivu počasí. Další nespornou výhodou vrtů je možnost využít jejich konstantní teploty (8–12 °C) pro chlazení objektů v letním období. Aby byl geotermální vrt zhotoven správně a z materiálů k tomu určených, celé dílo musí splňovat evropské normy a předpisy. Obvyklé hloubky vrtů se pohybují od 70–140 m, vzdálenost vrtů od sebe by neměla být menší než 10 m (pokud jsou pouze dva, dá se snížit vzdálenost až na 7 m). Na propojovacím potrubí sériově zapojených vrtů musí být odvzdušňovací ventily.
Energetické piloty – jde o možnost využití základů budov k získání nízkopotencionální energie (energetické piloty, energetické stěny, energetické základy). Tato technologie se omezuje pouze pro užití u novostaveb. Dodatečné instalování potrubních systémů do budovy je nemožné. Energie je z pilot odváděna pomocí potrubí (vysokohustotní polyetylen se zvýšenou odolností), které je navinuto na armatuře piloty. V potrubí koluje nemrznoucí kapalina, která předává tepelnou energii přímo tepelnému čerpadlu. Je nutné vědět, že použití energetických pilot pouze pro vytápění nebo pouze pro chlazení není možné. Vždy musíme pracovat v režimu vytápění/chlazení. V zimním období TČ chladí do systému pilot a tím získává potřebné teplo pro vytápění objektu. Naopak v letním období se uložený chlad využívá na chlazení. Základy budovy mají pouze omezenou tepelnou kapacitu, kterou můžeme třeba pouhým chlazením základů vyčerpat. V lokalitách, kde je kombinace silně zvodnělého a štěrkového podloží s pohybem vod, je možné energii čerpat bez omezení.
Spodní voda - odběr tepla ze spodní vody patří k nejkomplikovanějším systémům. Na jedné straně se nabízí zdroj tepla s relativně vysokou teplotou 7–12 °C, na straně druhé je toto řešení spojeno s určitými riziky. V první řadě musí být k dispozici dostatek spodní vody v množství přibližně 180 l/h na 1 kW výkonu tepelného čerpadla. Možnost čerpání je nutné ověřit zkouškou, při které se nepřetržitě po dobu min. 28 dní čerpá ze studny voda v požadovaném množství. Současně je nutné provést i zkoušku vsakovací do předem zhotovené vsakovací studny. Druhou podmínkou je čistota vody. Ve vodě nesmí být obsaženy mechanické nečistoty (písky, kaly), nevhodné mohou být i vody s vysokým obsahem minerálů nebo železa. Třetí podmínkou je hloubka, ze které se má spodní voda čerpat. Pro běžné RD se doporučuje max. hloubka do 25 m z kopané nebo vrtané studny. Voda se ochladí na výměníku TČ a vypouští do vsakovací studny (nikdy ne do kanalizace!). Vzdálenost obou studní má být min. 15 m. V každém případě je nutné získat stavební povolení, které má obvykle složitější průběh než u klasických vrtů osazených sondou.
Povrchová voda - z povrchových toků není možné, až na výjimky, přímo čerpat vodu pro potřeby TČ. Důvodem jsou nízké teploty vody v zimním období, kdy by voda při ochlazení v TČ zamrzala. Proto se teplo odebírá pomocí kolektorů z PE hadic ponořených na dně toku. Jednoduchý způsob odběru tepla z řeky lze realizovat u objektů, které mají náhon (zaručená stabilní výška vody a malá rychlost vody). Do náhonu je pak možné jednoduše ukotvit na dno nebo na stěny výměník z trubek. Hadice se pokládají na dno s roztečí 0,5 až 1 m a zatěžují se závažím. Možnost odběru tepla z vodních toků je nutné konzultovat s příslušným povodím.
Venkovní vzduch je dalším nízkopotenciálním zdrojem tepla. Jeho použití se dost rozšiřuje díky zkvalitnění provozních parametrů vzduchových TČ (jsou schopna pracovat efektivně do teplot –20 °C, některá až do –25 °C). Jejich průměrný roční topný faktor se přibližuje TČ odebírajícím teplo ze země. Zařízení může být umístěno na zahradě, terase nebo střeše objektu. Skutečnost, že vzduchová TČ mají horší parametry při velmi nízkých venkovních teplotách ve srovnání se zemními, je kompenzována dlouhým obdobím podzimu a jara, kdy je nutno domy vytápět, přičemž teplota vzduchu se pohybuje od +12 do 0 °C, což je pro TČ vzduch/voda značnou výhodou. Proto jsou tato TČ v našich klimatických podmínkách vhodným řešením (mimořádně vhodná pro vytápění venkovních bazénů). Nevýhodou odběru tepla ze vzduchu může být v některých případech hlučnost (40-50 dB). Může se stát, že i jednotka, která vyhovuje předpisům, bude např. vadit sousedům. Možností jak eliminovat hladinu hluku je použití vzduchového TČ v provedení pro umístění uvnitř objektu (nasává okolní vzduch pomocí otvorů v obvodovém zdivu), s úspěchem lze využít i tlumičů, které tento problém elegantně vyřeší.
Odpadní a větrací vzduch - u nově stavěných perfektně izolovaných domů tvoří energie pro ohřev vzduchu na větrání až 40 % celkové spotřeby energie na vytápění a je zajímavé využít teplo z odváděného vzduchu na vytápění a ohřev teplé vody. Pro tento účel se používá speciální TČ s výkonem 1,5 až 2 kW, které odebírá teplo pouze z odpadního vzduchu, nebo výkonnější TČ, která odebírají teplo navíc z vrtu nebo plošného kolektoru. Když není třeba vytápět nebo ohřívat teplou vodu, je teplo z odpadního vzduchu ukládáno do země. Obdobně jsou využívaná TČ zabudovaná jako součást bojleru na teplou vodu, kdy se opět využívá tepelné energie obsažené v odvětrávaném znehodnoceném vzduchu, přičemž je zajištěno dostatečné množství teplé vody při současném řízeném větrání domu.
Sluneční kolektory lze použít jako doplňkový zdroj tepla pro TČ, z energetického hlediska je toto propojení velmi účinné. Kolektory pracují s teplotami 5–30 °C, kdy mají vysokou účinnost i při nízkých teplotách vzduchu. Tepelné čerpadlo pracující s teplotou na vstupu v rozmezí 10–15 °C má vysoký topný faktor blížící se hodnotě 6. Bohužel investiční náklady na tato zařízení jsou poměrně vysoké a návratnost slunečních kolektorů je na hranici jejich životnosti.
Ukázka z knihy „Tepelné čerpadlo pro váš dům“ vydané nakladatelstvím Grada Publishing, a.s., edice Profi&Hobby v r. 2009.
Autor: Robert Karlík
Redakčně upraveno.
Foto: Tepelná čerpadla IVT, Buderus, Stiebel, RD Allstav
(keš)
