Tepelná čerpadla mohou být vhodná i pro starší budovy

Obr. Tepelné čerpadlo vzduch-voda s výstupní teplotou až 75 °C a přírodním chladivem R290. Při modernizacích ho lze kombinovat i se stávajícím zásobníkem pro přípravu teplé vody. (Zdroj: Vaillant, aroTHERM plus)

Zákonodárce hovoří jasně: tepelná čerpadla jsou důležitou součástí změn v energetice. Jejich volba, zejména při náhradě za ekologicky nevyhovující spalovací zdroje ve starších budovách, je podporována. Jejich prosazení u starší zástavby však často omezují požadavky na vyšší teplotu otopné vody, což vyplývá z návrhu otopných soustav pro spalovací zdroje tepla. Na trhu jsou však i tepelná čerpadla, schopná za určitých podmínek garantovat výstupní teplotu až 75 °C.

Počet nově instalovaných tepelných čerpadel vzduch-voda každoročně roste. V České republice v roce 2020 přesáhl hranici 22 000 kusů. Jen u některých však v technických podkladech nacházíme výstupní teplotu otopné vody 75 °C a teplotu připravené teplé vody až 70 °C. A navíc ve spojení s chladivem, které má zásadně nižší skleníkový efekt. Na otázku: „Proč to výrobce nenabízel již dávno?“ je snadná odpověď. Není to totiž jednoduché, nelze jen nahradit staré chladivo novým. Uvedených teplot bylo možné dosáhnout i dříve, ale jednalo se obvykle o dvoustupňové systémy, tedy se dvěma vzájemně propojenými chladicí okruhy. A to znamená práci dvou výkonově řízených kompresorů, odpovídající tepelné ztráty a celkově menší účinnost.

R290: přírodní chladivo s nízkým faktorem skleníkového efektu

Před nasazením nového chladiva je třeba vzít v úvahu mnoho okolností. Například jak jsou dostupné potřebné konstrukční prvky? Jak tato chladiva s jejich odlišnými technickými vlastnostmi uplatnit při výrobě tepla? Například s chladivem CO₂ mohou tepelná čerpadla poskytovat velmi vysokou teplotu otopné vody. K tomu je ale potřebný velký teplotní rozdíl, který u běžně navržených vytápěcích soustav nebývá k dispozici a vyšší tlaky. Každé chladivo má méně či více odlišné vlastnosti. Díky jim může být z hlediska účinnosti a šetrnosti k životnímu prostředí vhodné například pro klimatizační techniku typu split, ale v tepelné technice, respektive v monoblokovém uspořádání tepelného čerpadla optimální výsledky poskytovat nemusí.

Podle nařízení mají z trhu postupně zmizet chladiva, která přispívají ke skleníkovému jevu, k ohřívání povrchu Země. Dnes běžné chladivo R410A vykazuje hodnotu GWP (potenciál globálního oteplování) = 2088. To znamená, že 1 kg chladiva R410A má stejný skleníkový účinek jako 2088 kg CO₂. Novější chladivo, například R32 má GWP = 675. Chladivo R290 má GWP rovný přibližně 3.

Hermeticky uzavřený chladicí okruh

Příkladem chladiva zásadně zvyšujícího požadavky na konstrukci je CO₂, které lze používat výhradně za velmi vysokého provozního tlaku. Druhým problémem je, že na trhu se vyskytuje jen málo konstrukčních prvků vhodných pro použití tohoto chladiva CO₂. Opačným příkladem může být tepelné čerpadlo Vaillant aroTHERM plus v monobloku. Nabízí výstupní teplotu otopné vody až 75 °C, pracuje s přírodním chladivem R290. Chladivo R290 je sice hořlavé, ale je v hermeticky uzavřeném chladicím okruhu. Toto chladivo má výtečné termodynamické vlastnosti. Pro topenářské firmy je zásadní výhodou monoblokového provedení. Protože nezasahují do okruhu s chladivem, nepotřebují k instalaci takového tepelného čerpadla a k jeho uvedení do provozu osvědčení o způsobilosti k manipulaci s chladivy. Ta je nutná až v případě servisu.

Obr. Graf závislosti průměrného ročního topného faktoru JAZ (SCOP) na výstupní teplotě z tepelného čerpadla na příkladu z tepelného čerpadla aroTHERM plus. JAZ je stanoven jednotně pro teplotu venkovního vzduchu −10 °C a různé výstupní teploty otopné vody. Úspora je vztažena k extralehkému topnému oleji v německých cenových podmínkách. Přechod z červené do zelené oblasti je bodem změny výhodnosti. (Zdroj: Vaillant, podklady k tepelnému čerpadlu aroTHERM plus)

Skutečně dosažené úspory závisí na více faktorech, které se mohou v různých instalacích vzájemně lišit. Porovnání vychází z ceny energie v extralehkém topném oleji 6,2 ct/kWh a ceny elektřiny 24,9 ct/kWh.

Zajímavý je poměrně malý sklon křivky dokumentující relativně malý pokles JAZ při zvýšení výstupní teploty. Zvýšení JAZ z hodnoty cca 4,0 při uvažované návrhové teplotě otopné vody 65 °C na 4,4 v důsledku snížení návrhové teploty na 55 °C, tedy v procentním vyjádření zvýšení JAZ o 10 %, odpovídá menší snížení spotřeby elektrické energie na pohon TČ, a to jen o cca 2,2 %. Důležité je, aby k dosažení výstupní teploty 65 °C nebylo nutné provozovat jiný, doplňkový = bivalentní zdroj tepla.

Tepelné čerpadlo pro novostavby i starší budovy

Tepelné čerpadlo a s ním stále častěji i fotovoltaický systém je posilující trend současnosti, který bude navíc i podporován v rámci nového programu NZÚ. Vhodnost tepelných čerpadel pro modernizace je silně závislá na přesném ověření skutečných provozních podmínek. Je zřejmé, že s tepelnými čerpadly s vyššími výstupními teplotami se rozsah možných nasazení zvětšuje. A to bez nutnosti použití doplňkového zdroje tepla, zpravidla přímotopného elektrického, který navyšuje výstupní teplotu, nebo s významným omezením nutnosti jeho provozu. Efektivní provoz tepelných čerpadel je obvykle spojován jen s instalací velkoplošného, nejčastěji podlahového vytápění jako podmínky pro vysoký topný faktor. Takto se to nyní běžně řeší v novostavbách s nízkou potřebou tepla na vytápění. Zmíněných 65 °C však může být v některých budovách při vhodném řešení napojených otopných soustav zcela postačujících i pro vytápění otopnými tělesy. To může být investičně (v závislosti na konkrétní volbě otopných těles) oproti podlahovému levnější, rychleji reaguje na měnící se požadavky na dodávku tepla a mnoho lidí považuje tento způsob vytápění i za příjemnější.

Závěrem

Nová tepelná čerpadla, která poskytují i vyšší výstupní teploty otopné vody, jsou jednou z možných alternativ i pro část starší zástavby, kde ještě nedošlo k modernizaci stavební konstrukce, otopné soustavy. U každé budovy je však v takovém případě před nasazením tepelného čerpadla nutné nejprve přezkoumat místní specifické podmínky a také, zda tepelné čerpadlo při uvažované návrhové teplotě má dostatečný výkon bez provozu bivalentního, typicky přímotopného elektrického zdroje. Rozsah oblastí použitelných pro nasazení tepelných čerpadel vzduch-voda se ovšem díky novým technologiím dále rozšiřuje.

Literatura

1. Firemní podklady Vaillant
2. Články na TZB-info