Nejnavštěvovanější odborný portál pro stavebnictví a technická zařízení budov

Tepelná čerpadla v letech 1981–2018 - druhy, vývoj, prodeje, výkony, tepelné faktory

V článku, který čerpá ze zprávy zpracované Oddělením analýz a datové podpory koncepcí MPO, jsou shrnuta základní data o vývoji uplatnění tepelných čepadel v České republice až do současnosti.

Ministerstvo průmyslu a obchodu (MPO) provedlo v roce 2019 pravidelné statistické šetření, na jehož základě byla upřesněna data o struktuře dodávek tepelných čerpadel v roce 2018. Zpráva obsahuje zhodnocení statistických dat, nemůže postihnout veškeré technickoekonomické problémy a souvislosti sektoru, jež jdou nad rámec statistického zjišťování. Autory zprávy jsou Ing. Aleš Bufka, Ing. Miloslav Modlík a Ing. Jana Veverková Ph.D. Pro potřebu TZB-info byla zpráva redakčně zestručněna a vybrány jen některé informace.

Členění tepelných čerpadel pro základní orientaci

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. Pro vytápění s průměrným instalovaným výkonem 12–20 kWS průměrným instalovaným výkonem 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. Pro vytápění s průměrným instalovaným výkonem 11–12 kW.

Voda/voda – využívá potenciál odebírající teplo ze spodní, geotermální nebo odpadní vody. Nejrozšířenější je přímý odběr studniční vody. Pro vytápění s průměrným instalovaným výkonem 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.

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 1000 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.

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/vodaZemě/vodaVoda/vodaCelkemVzduch/vodaZemě/vodaVoda/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% 0%

Tabulka 1 Dodávka tepelných čerpadel určených primárně k vytápění

Obr. 1 Počet prodaných tepelných čerpadel celkem a podle typu v letech 1991 až 2018
Obrázek 1 Počet prodaných tepelných čerpadel celkem a podle typu v letech 1991 až 2018
Obrázek 2 Vývoj podílů tepelných čerpadel od roku 2005
Obrázek 2 Vývoj podílů tepelných čerpadel od roku 2005

Zájem o tepelná čerpadla vzduch-voda se poměrně rovnoměrně dělí mezi monobloková a splitová (rok 2018).

ZeměPodíl vzduch/vodaSplitMonoblok
Česká republika (2018)91 %48 %52 %
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

RokVzduch/voda odvětrávacíPouze pro přípravu TVJiné (hybridní aj.)
2015111823
20163518911
20176023720
2018652037

Tabulka 3 Prodaná množství ostatních tepelných čerpadel v letech 2015 až 2018

V roce 2010 činil podíl novostaveb vybavených tepelným čerpadlem na celkovém počtu dokončených bytů v RD a BD kolem 5 %. V roce 2017 již 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 %.

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, když po jejich skončení nelze masivní výměny předpokládat. 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 reversibilních 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.

Dodávka tepelných čerpadel podle sektorů je zjišťována také prostřednictvím šetření MPO. Je zajímavé, že podnikatelský sektor zatím věnuje tepelným čerpadlům mnohem menší pozornost než domácnosti.

DomácnostiSpráva, služby, sport…Podnikatelé, průmysl
Do roku 200486%8%6%
200590%5%5%
200687%6%7%
200790%4%6%
200889%6%5%
200986%5%8%
201088%5%7%
201187%5%8%
201288%4%8%
201389%4%7%
201486%5%9%
201587%5%7%
201689%6%5%
201788%6%6%
201891%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.

RokProdej do domácností [ks]Z toho novostavby [ks]Z toho rekonstrukce [ks]Z toho novostavby [%]Z toho rekonstrukce [%]
20105 3631 5403 82328,771,3
20116 2181 9704 24831,768,3
20126 4582 0534 40531,868,2
20136 7321 9504 78229,071,0
20147 0431 9405 10327,572,5
20157 9872 3805 60729,870,2
201611 1132 7438 37024,775,3
201713 7513 12910 62222,877,2

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.

RokVzduch/vodaZemě/vodaVoda/voda
Do roku 200415,611,018,5
200513,811,132,3
200619,413,836,3
200712,914,254,3
200813,413,621,6
200914,413,919,6
201012,412,630,7
201112,811,323,6
201213,413,316,7
201313,711,615,0
201412,311,021,2
201511,411,418,2
201611,411,012,2
201711,810,921,8
201812,312,316,4

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 3283 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/vodaVzduch/voda odvětrávacíTČ pro přípravu TVJiné
kW6–1631,7–2,415–54

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 současnosti) 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.

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 kumulacePrůměrná doba obměnyKohorta výměny k roku 2018
Vzduch/vzduch102008
Vzduch/voda152003
Země/voda201998
Voda/voda201998
Vzduch/voda odvětrávací152003
TČ pro přípravu TV152003

Tabulka 8 Odhad průměrné doby obměny tepelného čerpadla

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)

Pokračování bude v článku: Tepelná čerpadla v letech 1981–2018: podle sazeb elektřiny, v novostavbách, vliv dotací, podle PENB, mezinárodní srovnání.

Zprávu v plném znění lze nalézt na webu Ministerstva průmyslu a obchodu.