Teplo z přírody

V oblastech s vulkanickou aktivitou se dá toto přírodní teplo poměrně jednoduše využít. Ve střední Evropě a většině jiných částí světa jsou k tomu ale zpravidla zapotřebí vrty až do hloubky několika kilometrů.

Energie z přírody se hodí zejména pro zásobování teplem

Teplo z přírody, které lze v Německu zpřístupnit za optimální náklady, se proto dosud téměř výhradně získávalo z nejvrchnější vrstvy země a ze vzduchu, kde výrazně převažuje energie přiváděná ze slunce. Používá se převážně pro dodávky tepla do budov a k přípravě teplé vody. V případě zásobování elektrickou energií není zatím teplo z přírody důležité, ale v budoucnu by měl jeho význam narůstat s výstavbou geotermálních elektráren. Nelze ho však vůbec využít v dopravě.

Sektor tepla má v Německu se 40 procenty největší podíl na celkové spotřebě energie, v České republice je situace obdobná. Tepelná čerpadla, která teplo z přírody využívají pro vytápění budov a na přípravu teplé vody, proto významně přispívají k ochraně fosilních zdrojů a ke snížení emisí CO₂. Jeho podíl na regenerativních energiích, které se využívají na trhu zaměřeném na výrobu tepla, je v současné době asi 4,5 % - přibližně tolik jako solárních termických systémů, zatímco převažuje biomasa (více než 90 %).

Tepelná čerpadla se používají nejčastěji k vytápění, odebírají teplo z příslušného zdroje (země, voda, vzduch). To pak pomocí kompresoru zvyšují na teplotní úroveň, kterou lze využít pro topný systém. V efektivním tepelném čerpadle může z jedné kilowatthodiny elektrické energie, které je potřebná pro pohon kompresoru, vzniknout spolu s bezplatným teplem z okolního prostředí až šest kilowatthodin tepla pro vytápění. Pochází-li elektrická energie z regenerativních zdrojů, provozovatel zařízení vytápí CO₂ neutrálně.

Moderní tepelná čerpadla pro novostavbu a modernizaci

Moderní tepelná čerpadla mají vyzrálou techniku. Dodávají požadované teplo po celou dobu své životnosti spolehlivě a efektivně. Přístroje jsou k dispozici pro takřka všechny případy použití, na které si jen vzpomenete - pro novostavby, ale i výměnu systému vytápění, pro rodinné domy i budovy s vyšší potřebou tepla, jako jsou vícegenerační domy, hotely, administrativní budovy nebo obchodní stavby. Jaké zdroje tepla - země, spodní voda nebo venkovní vzduch - se využívají, závisí na místních podmínkách a potřebě tepla v dané budově.

Navíc mají některá tepelná čerpadla příjemný dodatečný užitek. Když se obrátí způsob jejich provozu, mohou budovu i chladit. Potom odebírají za horkých letních dnů teplo z místností a odvádějí ho do země (výhodou je zpětná regenerace), spodní vody a venkovního vzduchu.

Rovnoměrné teploty v zemi

Země je dobrým akumulátorem tepla, ve kterém panují po celý rok poměrně vyrovnané teploty už několik metrů pod povrchem, a to okolo 7 až 13 °C. Přes horizontálně položené zemní kolektory nebo přes geotermální sondy vedené vertikálně do země se přijímá teplo akumulované v zemi a dopravuje k tepelnému čerpadlu země/voda.

Pomocí jedné kilowatthodiny elektrické energie vyrobí moderní tepelné čerpadlo voda/voda až šest kilowatthodin tepla pro vytápění.

Na položení zemního kolektoru u novostavby průměrného rodinného domu se musí na pozemku uvolnit plocha o rozloze mezi 200 až 600 m². Protože tato plocha není často k dispozici, používají se většinou geotermální sondy, které potřebují mnohem méně místa. Geotermální sondy přivádějí teplo z hloubky až 100 metrů, někdy se používají i delší.

Pokud je k dispozici dostatečný počet takových sond, dají se teplem ze země bez problémů zásobovat i velké budovy.

Kolik tepla lze zemi odebrat, závisí na různých faktorech. U zařízení s geotermálními sondami má rozhodující význam správné uspořádání a hloubka vrtu. Firmy specializované na provádění vrtů mají potřebné odborné znalosti týkající se této problematiky.

Spodní voda poskytuje konstantní teploty

Voda je rovněž dobrým zásobníkem pro teplo z přírody. Dokonce za chladných zimních dnů udržuje spodní voda konstantní teplotu okolo 7 až 12 °C. Spodní voda se odebírá prostřednictvím čerpací studny a dopravuje se k tepelnému čerpadlu voda/voda. Vychlazená voda se potom zase přes druhou, tzv. vsakovací studnu přivádí do spodní vody.

Teplo ze spodní vody - Tepelná čerpadla voda/voda potřebují čerpací a vsakovací studnu, aby mohla využívat teplo spodní vody.

Teplo ze země (sonda) - Přes vertikální geotermální sondy odebírají tepelná čerpadla země/voda teplo ze země z hloubky až 100 metrů.

I povrchová voda z jezer a řek se dá použít jako zdroj tepla. Dokonce za tuhé zimy, když je povrch vodních toků zamrzlý, má voda pod ledem ještě teplotu okolo 4 °C. Zejména větší jezera jsou tak dobrým akumulátorem tepla. Tuto energii mohou k efektivní výrobě vytápěcího tepla velmi dobře využít správně navržená tepelná čerpadla.

Spodní a povrchová voda se hodí jako zdroj tepla jak pro rodinné domy, tak pro velké budovy. V České republice se dbá na ochranu vodstev, a proto se potenciál, který tyto zdroje tepla poskytují, využívá jen částečně.

Nejjednodušší využití venkovního vzduchu

Teplota venkovního vzduchu sice velmi kolísá podle ročního období a počasí, ale moderní tepelná čerpadla vzduch/voda jsou i při minus 20 °C schopna připravit teplo na vytápění. Venkovní vzduch je navíc zdrojem tepla, který lze využít nejsnadněji a nejlevněji, stačí kanál pro přívod vzduchu (u vnitřního provedení), přes který nasává tepelné čerpadlo venkovní vzduch, a kanál pro odvod vzduchu, kterým se zase dostává vychlazený vzduch ven. U tepelných čerpadel, která lze postavit na volném prostranství, už nejsou tyto kanály důležité. V novostavbách a sanovaných stávajících budovách, jejichž tepelná izolace odpovídá standardu nízkoenergetického domu a jejichž topná zařízení potřebují pouze nízké teploty systému, mohou tepelná čerpadla vzduch/voda v monovalentním provozu pokrýt celou spotřebu tepla.

Teplo ze země (kolektor) - Zemní kolektory shromažďují teplo asi jeden a půl metru pod povrchem země a přivádějí ho potom k tepelnému čerpadlu země/voda.

Teplo ze vzduchu - Tepelná čerpadla vzduch/voda instalovaná v budově nasávají venkovní vzduch přes kanál pro přívodní vzduch.

Tepelná čerpadla vzduch/voda pro bivalentní zařízení

I v budovách bez energetické sanace se tato tepelná čerpadla stále více používají pro modernizaci topení. Potom se kombinují se stávajícím kotlem, který se dále provozuje jako kotel pro pokrytí špičkového zatížení. V takových bivalentních zařízeních pokrývá tepelné čerpadlo až 90 % roční spotřeby tepla. Pouze za velmi chladných dnů, kterých je málo, přebírá kotel vytápění.

Odpadní teplo - alternativa k teplu z přírody

Kromě tepla z přírody představuje v mnoha případech zajímavý zdroj tepla teplo odpadní. Odpadní voda a jiné odpadní teplo, např. z akvaparků, bazénů a průmyslových procesů obsahují hodně energie, která se využívá jen zřídka. Se správně dimenzovaným tepelným čerpadlem se dá toto odpadní teplo znovu zužitkovat, například na zásobování kancelářských a obchodních budov teplem nebo na výrobně-technické procesy. Druh odpadního tepla (teplý vzduch, odpadní plyny, chladicí voda atd.) potom určuje provedení tepelného čerpadla (např. tepelné čerpadlo voda/voda). Zařízení se kvůli velmi rozdílným podmínkám navrhují individuálně.

Inovační centrála se zpětným získáváním tepla v sídle Viessmann

Také u koncepce "Efektivita Plus", zaměřené na zvyšování efektivity zdrojů, hraje důležitou roli využívání odpadního tepla. V centrále se zpětným získáváním tepla se shromažďuje odpadní teplo ze zkušeben, výroby stlačeného vzduchu a výpočetního střediska. Předtím, než se napájí do topného systému, tepelné čerpadlo připraví odpadní teplo na vyšší úroveň teploty. Tím se sníží roční spotřeba zemního plynu a elektrické energie o téměř 10 gigawatthodin. Emise CO₂ klesají o 3 000 tun za rok. Za tuto inovační centrálu se zpětným získáváním tepla byla firma Viessmann vyznamenána prestižní cenou "Energy Efficiency Award 2010".