Tepelná čerpadla v letech 1981 až 2021; druhy, vývoj, prodeje, výkony, tepelné faktory
V článku, který čerpá ze zpráv zpracovaných Oddělením analýz a datové podpory koncepcí MPO, jsou shrnuta základní data o vývoji uplatnění tepelných čepadel v České republice.
Aktualizace:
Článek vznikl na základě komplexní zprávy MPO zpracované v roce 2019 a končil údaji za rok 2018. Aktualizacemi je postupně doplňován o dostupné výsledky z následných statistických šetření MPO. To se promítá do rozšiřování údajů jak v tabulkách, tak i v obrazové části.
Ministerstvo průmyslu a obchodu (MPO) provádí každoročně pravidelné statistické šetření, na jehož základě upřesňuje data o struktuře dodávek tepelných čerpadel na český trh. Zpráva obsahuje zhodnocení statistických dat, nemůže však postihnout veškeré technickoekonomické problémy a souvislosti sektoru, jež jdou nad rámec statistického zjišťování. Pro potřebu TZB-info jsou vybrány jen některé informace.
Členění tepelných čerpadel
Vzduch/voda – využívá energetický potenciál venkovního vzduchu a dodávají se ve dvou základních variantách, a to monoblok a split. Monoblok má uzavřený chladivový okruh a instaluje se venku. Propojení mezi venkovní a vnitřní částí tepelného čerpadla zajišťuje potrubí s otopnou vodou. V případě provedení split je chladící okruh tepelného čerpadla z části venku a z části uvnitř, takže venkovní a vnitřní část tepelného čerpadla propojuje chladivové potrubí. Průměrný instalovaný výkon pro vytápění 12–20 kW.
Země/voda – využívá energetický potenciál půdy, a to prostřednictvím plošného zemního kolektoru v malé hloubce do cca 2 metrů, svislých vrtů s velkým průměrem a hloubkou do cca dvou desítek metrů, svislých vrtů s malým průměrem a hloubkou i přes 100 metrů. Průměrný instalovaný výkon pro vytápění 11–12 kW.
Voda/voda – využívá potenciál odebírající teplo ze spodní, geotermální nebo odpadní vody. Nejrozšířenější je přímý odběr studniční vody. Průměrný instalovaný výkon pro vytápění 12–20 kW.
Vzduch/voda odvětrávací (ventilační) – odebírá energii teplému vnitřnímu vzduchu odváděnému ventilačním = větracím systémem, a používá ji k vytápění, k ohřevu čerstvého přiváděného vzduchu a přípravě teplé vody. Průměrný instalovaný výkon do 3 kW
Tepelná čerpadla pro přípravu teplé vody (TV) – systémy vzduch/voda malých výkonů se zásobníkem, výhradně určené pro přípravu teplé vody a průměrným instalovaným výkonem 2 kW.
Jiné – kategorie používaná při statistickém šetření pro atypické instalace, např. průmyslové jednotky pro využívání odpadního tepla, pro kombinaci chlazení s rekuperací, odvlhčovací a větrací jednotky pro vnitřní bazény apod. Průměrný instalovaný výkon v desítkách kW.
Vzduch/vzduch – na jedné straně jde o malé reverzibilní klimatizační jednotky umožňující i režim přitápění, na straně druhé velké průmyslové instalace s hlavním režimem vytápění.
Plynová absorpční tepelná čerpadla – pro kompresi chladiva je využita tepelná energie vzniklá hořením zemního plynu. V rámci statistiky MPO jsou zatím vykazovány ve společné kategorii s čistě elektrickými jednotkami.
Hybridní tepelná čerpadla – např. kombinace tepelného čerpadla vzduch/voda a kondenzačního plynového kotle. V rámci statistiky MPO jsou vykazovány ve společné kategorii s čistě elektrickými jednotkami.
Bazénová tepelná čerpadla – systémy vzduch/voda malých výkonů určené pro ohřev rekreačních (domácích) bazénů. Nejsou předmětem statistického zjišťování.
Vývoj ročních prodejů tepelných čerpadel
MPO přistoupilo v roce 2004 k pravidelnému šetření v oblasti dodávek tepelných čerpadel na tuzemský trh. Bilancovaných výrobních nebo dovozních firem v roce 2005 bylo 19 firem a v roce 2010 již 59. Za posledních 20 let je evidováno zhruba 150 výrobních nebo dovozních firem.
| Vzduch/voda | Země/voda | Voda/voda | Celkem | Vzduch/voda | Země/voda | Voda/voda | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Do roku 2004 | 2 204 | 2 984 | 163 | 5 351 | 41% | 56% | 3% |
| 2005 | 666 | 763 | 43 | 1 472 | 45% | 52% | 3% |
| 2006 | 916 | 1 183 | 72 | 2 171 | 42% | 54% | 3% |
| 2007 | 1 499 | 1 493 | 66 | 3 058 | 49% | 49% | 2% |
| 2008 | 1 703 | 1 491 | 51 | 3 245 | 52% | 46% | 2% |
| 2009 | 2 734 | 1 611 | 59 | 4 404 | 62% | 37% | 1% |
| 2010 | 4 199 | 1 707 | 53 | 5 959 | 70% | 29% | 1% |
| 2011 | 4 908 | 1 951 | 50 | 6 909 | 71% | 28% | 1% |
| 2012 | 5 323 | 1 808 | 44 | 7 175 | 74% | 25% | 1% |
| 2013 | 5 752 | 1 679 | 49 | 7 480 | 77% | 22% | 1% |
| 2014 | 6 267 | 1 512 | 46 | 7 825 | 80% | 19% | 1% |
| 2015 | 7 304 | 1 463 | 107 | 8 874 | 82% | 16% | 1% |
| 2016 | 10 827 | 1 437 | 84 | 12 348 | 88% | 12% | 1% |
| 2017 | 13 718 | 1 440 | 121 | 15 279 | 90% | 9% | 1% |
| 2018 | 16 977 | 1 566 | 81 | 18 624 | 91% | 8% | <1% |
| 2019 | 21 563 | 1 333 | 84 | 22 980 | 94% | 6% | <1% |
| 2020 | 22 615 | 1 371 | 69 | 24 124 | 94 % | 5,7 % | <1% |
| 2021 | 28 380 | 1 566 | 57 | 30 165 | 94 % | 5,2 % | <1% |
Tabulka 1 Dodávka tepelných čerpadel určených primárně k vytápění
Poznámka: Tepelná čerpadla vzduch-vzduch nejsou bilancována. V tabulce nejsou rovněž podchycena tepelná čerpadla vzduch-voda odvětrávací, jejichž prodeje byly odhadnuty poprvé v roce 2012, viz tabulka 3.
Obrázek 1 Počet prodaných tepelných čerpadel celkem a podle typu v letech 1991 až 2020
Obrázek 2 Vývoj podílů tepelných čerpadel od roku 2005
Zájem o tepelná čerpadla vzduch-voda se poměrně rovnoměrně dělí mezi monobloková a splitová (rok 2021).
| Země | Podíl vzduch/voda | Split | Monoblok |
|---|---|---|---|
| Česká republika (2021) | 94 % | 54 % | 46 % |
| Polsko (2017) | 68 % | 85 % | 15 % |
| Německo (2018) | 72 % | 45 % | 55 % |
| Rakousko (2018) | 75 % | – | – |
Tabulka 2 Podíl tepelných čerpadel vzduch-voda na celkovém prodeji a jejich poměr podle konstrukce
| Rok | Vzduch/voda odvětrávací | Pouze pro přípravu TV | Jiné (hybridní aj.) |
|---|---|---|---|
| 2012 | 21 | neuvedeno | neuvedeno |
| 2013 | 15 | neuvedeno | neuvedeno |
| 2014 | 35 | neuvedeno | neuvedeno |
| 2015 | 11 | 182 | 3 |
| 2016 | 35 | 189 | 11 |
| 2017 | 60 | 237 | 20 |
| 2018 | 65 | 203 | 7 |
| 2019 | 67 | neuvedeno | neuvedeno |
| 2020 | 69 | neuvedeno | neuvedeno |
Tabulka 3 Prodaná množství ostatních tepelných čerpadel
V roce 2010 činil podíl novostaveb vybavených tepelným čerpadlem na celkovém počtu dokončených bytů v RD a BD kolem 5 %. V roce 2017 11,8 % a v roce 2018 stoupl na 12 %. To je dáno i vzrůstajícím podílem elektrického vytápění v novostavbách. V roce 2010 činil podíl novostaveb s tepelným čerpadlem nebo elektrickým vytápěním 20 %, v roce 2017 již 36 %.
Obrázek 3 Celkový počet nově dokončených bytů v RD a BD vytápěných tepelnými čerpadly bez ohledu na hlavní způsob vytápění a jejich podíl na celkovém počtu nově dokončených bytů v RD a BD, 2010–2019
Dodávka plynových absorpčních tepelných čerpadel je sledována až v posledních letech, prodeje s ohledem na ochranu důvěrných dat nelze v této zprávě specifikovat, nicméně je jich již instalováno řádově až několik set.
Do budoucna se podle analýz MPO předpokládá se zhruba trojnásobným navýšením výroby energie v tepelných čerpadlech. Bude pokračovat růst podílu elektrického vytápění v novostavbách včetně instalací tepelných čerpadel.
V rámci výměny zdrojů nelze budoucí vývoj predikovat, neboť je silně ovlivněn průběhem dotačních programů. Z hlediska objemu trhu s tepelnými čerpadly naroste v blízké budoucnosti podíl výměn nefunkčních, či zastaralých tepelných čerpadel za nové.
V případě statistiky tepelných čerpadel vzduch/vzduch (reverzibilních klimatizací) je realita České republiky taková, že se zařízení vzduch/vzduch využívají jako doplňkový i hlavní vytápěcí zdroj, a to jak ve starší zástavbě, tak i v novostavbách, kde ovšem jejich výskyt může být ovlivněn snahou o splnění legislativních podmínek pro energetickou náročnost PENB. Při ročních prodejích několika desítek tisíc kusů reverzibilních klimatizací ročně (více jak 20 000) to znamená, že snad až třetina (cca 7 500 kusů) musí sloužit pro účely vytápění (přitápění), a to alespoň formálně. Bohužel tento údaj je bez možnosti ověření.
Prodeje podle sektorů
Dodávka tepelných čerpadel podle sektorů je zjišťována také prostřednictvím šetření MPO.
| Domácnosti | Správa, služby, sport… | Podnikatelé, průmysl | |
|---|---|---|---|
| Do roku 2004 | 86% | 8% | 6% |
| 2005 | 90% | 5% | 5% |
| 2006 | 87% | 6% | 7% |
| 2007 | 90% | 4% | 6% |
| 2008 | 89% | 6% | 5% |
| 2009 | 86% | 5% | 8% |
| 2010 | 88% | 5% | 7% |
| 2011 | 87% | 5% | 8% |
| 2012 | 88% | 4% | 8% |
| 2013 | 89% | 4% | 7% |
| 2014 | 86% | 5% | 9% |
| 2015 | 87% | 5% | 7% |
| 2016 | 89% | 6% | 5% |
| 2017 | 88% | 6% | 6% |
| 2018 | 91% | 5% | 3% |
Tabulka 4 Podíl prodejů tepelných čerpadel do sektorů na celkovém prodaném množství. Tento odhad je orientační, neboť dovozci a výrobci tepelných čerpadel nemají úplné statistiky svých instalací. Nicméně jedná se o jediný zdroj dat vhodných pro tento účel.
| Rok | Prodej do domácností [ks] | Z toho novostavby [ks] | Z toho rekonstrukce [ks] | Z toho novostavby [%] | Z toho rekonstrukce [%] |
|---|---|---|---|---|---|
| 2010 | 5 363 | 1 540 | 3 823 | 28,7 | 71,3 |
| 2011 | 6 218 | 1 970 | 4 248 | 31,7 | 68,3 |
| 2012 | 6 458 | 2 053 | 4 405 | 31,8 | 68,2 |
| 2013 | 6 732 | 1 950 | 4 782 | 29,0 | 71,0 |
| 2014 | 7 043 | 1 940 | 5 103 | 27,5 | 72,5 |
| 2015 | 7 987 | 2 380 | 5 607 | 29,8 | 70,2 |
| 2016 | 11 113 | 2 743 | 8 370 | 24,7 | 75,3 |
| 2017 | 13 751 | 3 129 | 10 622 | 22,8 | 77,2 |
Pozn.: Jedná se o hrubý ukazatel, protože údaje o novostavbách představují počet nově dokončených bytů, který nemusí přesně odpovídat počtu tepelných čerpadel.
Tabulka 5 Podíl novostaveb a rekonstrukcí budov s tepelnými čerpadly na celkové dodávce tepelných čerpadel do domácností, 2010–2017. Jedná se o hrubý ukazatel, protože údaje o novostavbách představují počet nově dokončených bytů,který nemusí přesně odpovídat počtu tepelných čerpadel
Instalovaný tepelný výkon
Průměrné hodnoty jmenovitého instalovaného výkonu dodaných tepelných čerpadel zjištěné ze šetření MPO jsou uvedeny v následující tabulce. Jmenovitý tepelný výkon se uvádí při podmínkách: Vzduch/vzduch 7 °C/20 °C; Vzduch/voda 7 °C/35 °C; Země/voda 0 °C/35 °C; Voda/voda 10 °C/35 °C.
| Rok | Vzduch/voda | Země/voda | Voda/voda |
|---|---|---|---|
| Do roku 2004 | 15,6 | 11,0 | 18,5 |
| 2005 | 13,8 | 11,1 | 32,3 |
| 2006 | 19,4 | 13,8 | 36,3 |
| 2007 | 12,9 | 14,2 | 54,3 |
| 2008 | 13,4 | 13,6 | 21,6 |
| 2009 | 14,4 | 13,9 | 19,6 |
| 2010 | 12,4 | 12,6 | 30,7 |
| 2011 | 12,8 | 11,3 | 23,6 |
| 2012 | 13,4 | 13,3 | 16,7 |
| 2013 | 13,7 | 11,6 | 15,0 |
| 2014 | 12,3 | 11,0 | 21,2 |
| 2015 | 11,4 | 11,4 | 18,2 |
| 2016 | 11,4 | 11,0 | 12,2 |
| 2017 | 11,8 | 10,9 | 21,8 |
| 2018 | 12,3 | 12,3 | 16,4 |
Tabulka 6 Průměrný instalovaný výkon tepelných čerpadel určených primárně k vytápění [kW]
Rozptyl tepelných výkonů je způsoben prodeji vyšších výkonových kategorií, což je především znát v případě tepelných čerpadel voda/voda. Průmyslové instalace mohou dosahovat až několika desítek, stovek i tisíců kW (Termo Děčín, 2 x 3 283 kW) instalovaného výkonu. Obdobné, resp. mírně nižší hodnoty než v tabulce, byly zjištěny i v Německu.
V případě odvětrávacích tepelných čerpadel a čerpadel pro přípravu teplé vody je zjištěný jmenovitý instalovaný výkon 3 kW, resp. 2 kW. V kategorii tepelných čerpadel vzduch/vzduch je průměrná hodnota ovlivněna na jedné straně průmyslovými instalacemi vyšších výkonů a na druhé straně v posledních letech převládající dodávkou reverzibilních klimatizací (vratných tepelných čerpadel vzduch/vzduch).
| Vzduch/voda | Vzduch/voda odvětrávací | TČ pro přípravu TV | Jiné | |
|---|---|---|---|---|
| kW | 6–16 | 3 | 1,7–2,4 | 15–54 |
Tabulka 7 Průměrný instalovaný výkon ostatních typů tepelných čerpadel
Celkový stav provozovaných tepelných čerpadel
Odhad celkového počtu tepelných čerpadel, které jsou v daném roce v provozu, je přímo závislý na odhadu jejich životního cyklu. V praxi byl využit zjednodušený model, kdy se např. v Rakousku z kumulativního součtů prodejů odpočítává 20 let stará kohorta prodejů (tedy průměrná dvacetiletá výměna).
V Německu se předpokládá, že konec životního cyklu tepelných čerpadel začíná v 17 letech a končí v 31 letech, kdy jsou všechna tepelná čerpadla dané kohorty vyměněna. Současně bylo v Německu také zjištěno, že 9 % instalací mělo již po dokončení problémy a musely být částečně, nebo zcela vyměněny. Při delším sledovaném provozu muselo být takto přepracováno 21 % instalací ještě před výměnou z důvodu konce technické životnosti. (Pozn. redakce: Tento poznatek se váže k roku 2018)
V České republice neexistuje dlouhodobý monitoring. Proto byly pro účely této studie odhadnuty doby průměrné výměny, které by měly respektovat životnost, zastaralost i technické problémy. Je zřejmé, že se tak výměna týká v současné době tepelných čerpadel instalovaných na počátku skutečného rozvoje nasazení této technologie v České republice. Tepelná čerpadla renomovaných výrobců dodávaná dnes na trh budou mít životnost nepochybně vyšší. Otázku spíše vyvolává jejich osazování na technicky hůře připravené otopné soustavy při současné výměně za uhelné kotle. Průměrná doba obměny bude do budoucna upravována (prodlužována).
| Počet kumulace | Průměrná doba obměny | Kohorta výměny k roku 2018 |
|---|---|---|
| Vzduch/vzduch | 10 | 2008 |
| Vzduch/voda | 15 | 2003 |
| Země/voda | 20 | 1998 |
| Voda/voda | 20 | 1998 |
| Vzduch/voda odvětrávací | 15 | 2003 |
| TČ pro přípravu TV | 15 | 2003 |
Tabulka 8 Odhad průměrné doby obměny tepelného čerpadla
Na základě výše uvedených předpokladů, předpokládaných životností a kumulovaných prodejů lze odhadovat počty tepelných čerpadel v provozu v daném roce a jejich instalovaný výkon. V roce 2018 tak bylo provozováno 108 541 tepelných čerpadel (z toho 97 687 kusů v sektoru domácnosti), s podíly 77 % vzduch/voda, 22 % země/voda a 1 % voda/voda. Tím došlo k nárůstu oproti roku 2017 s celkovým počem 90 572 kusů o 20 %.
Odhad využité tepelné energie prostředí a topné faktory
Pro odhad využité tepelné energie prostředí je zjednodušeně třeba tří základních parametrů, a to celkový instalovaný výkon jednotlivých kategorií tepelných čerpadel v daném roce, sezonní průměrný topný faktor a počet ekvivalentních hodin plného zatížení v provozu.
V návaznosti na směrnici 2009/28/ES vydala Evropská komise v březnu 2013 rozhodnutí 2013/114/EU, které stanovuje metodiku výpočtu energie z obnovitelných zdrojů z tepelných čerpadel. Zásadou metodiky je i určitá konzervativnost, aby nedošlo k nadhodnocení. Pro podmínky České republiky, která je zařazena do oblasti chladnější klimatu, platí podle směrnice 2013/114/EU podmínky v následující tabulce.
| elektrický pohon | termální pohon | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Zdroj energie tepelného čerpadla: | Typ tepelného čerpadla | HHP | SPF | HHP | SPF |
| Aerotermální energie | 1 723 | 2,5 | |||
| Vzduch – vzduch | 1 970 | 2,5 | 1 970 | 1,15 | |
| Vzduch – voda | 1 710 | 2,5 | 1 710 | 1,15 | |
| Vzduch – vzduch (vratné) | 1 970 | 2,5 | 1 970 | 1,15 | |
| Vzduch – voda (vratné) | 1 710 | 3 | 1 710 | 1,15 | |
| Odpadní vzduch – vzduch | 600 | 3 | 600 | 1,15 | |
| Odpadní vzduch – voda | 600 | 3 | 600 | 1,15 | |
| Geotermální energie | 2 470 | 3,5 | |||
| Země – vzduch | 2 470 | 3,2 | 2 470 | 1,4 | |
| Země – voda | 2 470 | 3,5 | 2 470 | 1,6 | |
| Hydrotermální teplo | 2 470 | 3,5 | |||
| Voda – vzduch | 2 470 | 3,2 | 2 470 | 1,4 | |
| Voda – voda | 2 470 | 3,5 | 2 470 | 1,6 | |
HHP = počet ekvivalentních hodin plného zatížení v provozu; SPF = faktor sezónní účinnosti
Tabulka 9 Standardní hodnoty HHP a SPF (SCOPnet, SPERnet) pro tepelná čerpadla s elektrickým a termálním pohonem instalovaných v oblastech chladnějšího klimatu (platné pro Českou republiku; upraveno)
Historický vývoj
Počátky tepelných čerpadel jsou částečně spjaty i s územím České republiky, a to s osobností Petera Rittingera (nar. 1811). V roce 1855 navrhl zařízení k účinnějšímu odpařování solí nasycené důlní vody. Na Rittingerův vynález navázali další průkopníci a v roce 1877 na solných dolech ve švýcarském Bexu bylo zdokonalené zařízení uvedeno do trvalého provozu. Po vynálezci je pojmenovaná Mezinárodní cena Petera von Rittingera, která je od roku 2005 každé tři roky udělována mezinárodní asociací IEA nejlepším výrobkům z oblasti tepelných čerpadel a klimatizační techniky.
V bývalém Československu byla první tepelná čerpadla osazena v 50. letech 20. století. Například na vodní elektrárně Trenčín byl v roce 1956 instalován systém využívající tepelný potenciál odpadní vody z chlazení generátorů. Šest tepelných čerpadel o jednotkovém výkonu 39 kW dodala Frigera Kolín a systém se udržel v provozu až do roku 1978. Slibně se rozvíjející zájem o uplatnění tepelných čerpadel utlumila levná výroba tepla z uhlí a nekoncepčnost řízení rozvoje jejich výroby.
Změna nastala v polovině 70. let v souvislosti s celosvětovou ropnou krizí. Předpokládalo se, že do roku 2000 bude osazeno 500 tis. kusů tepelných čerpadel. Plány narazily na realitu socialistického hospodářství, takže skutečnost byla velmi skromná. Do roku 1990 bylo dovezeno nebo vyrobeno asi 100 ks tepelných čerpadel, jejich skutečné využití bylo značně problematické.
Po roce 1990 se zavedením soukromého podnikání se objevila první tepelná čerpadla z dovozu od IVT, Stiebel Eltron, Dimplex, Markus, Carrier a k nim rychle přibývali další. Vedle dovozních firem se v těchto letech prosadil i první tuzemský výrobce PZP Komplet s.r.o.
Do roku 2000 bylo instalováno okolo 1 000 kusů tepelných čerpadel. Po zavedení speciálních sazeb elektřiny D 55d a C 55d a rozsáhlejších dotací začal zájem růst. Počet odběratelů elektřiny v sazbě pro tepelná čerpadla v domácnosti ukazoval v roce 2002 na počet 2 541 domácností, v roce 2004 již 5 312 a v roce 2006 celkem 9 095.
Tepelná čerpadla v letech 1981–2018: podle sazeb elektřiny, v novostavbách, vliv dotací, podle PENB, mezinárodní srovnání.
