Vytápění plynovými tepelnými čerpadly – nová generace GAHP Plus
Firma ROBUR přišla v letošním roce s novou generací absorpčních tepelných čerpadel. Ta přichází v době, kdy firma ROBUR slaví 15 let od instalace prvních plynových tepelných čerpadel na českém trhu. Parametry nové generace spolu s mnohaletou zkušeností představují potenciál nejúčinnějšího způsobu využití plynu pro vytápění. Níže jsou popsány parametry nové řady plynových tepelných čerpadel včetně typických aplikací.
Plynová tepelná čerpadla se obvykle využívají pro zvýšení energetické účinnosti plynové kotelny a s tím souvisejícím snížením energetické náročnosti celé budovy. Zařízení využívá spalování plynu pro pohon termodynamického cyklu. Díky tomu je možné čerpat část energie z okolního prostředí. Ta je spolu s teplem vzniklým při spalování využita pro vytápění. Jednotky se obvykle používají na středních a velkých objektech s tepelnou ztrátou 30–500 kW, jako jsou veřejné budovy, průmyslové objekty, hotely, nemocnice, bytové domy, obchodní centra, ale i velké rodinné domy. Typické aplikace použití jsou popsány v tomto příspěvku.
Vytápění menších a středních objektů s plynovým tepelným čerpadlem vzduch/voda
| Energetická třída | A++ | – |
| Tepelný výkon (A7W35) | 18.9 | kW |
| Topný faktor (A7W35) | 169 | – |
| Spotřeba plynu | 1.2 | m3/h |
| Elektrický příkon | 280 | W |
| Maximální teplota při −20 °C | 65 | °C |
Pro tyto aplikace se obvykle využívá nejmenší plynové tepelné čerpadlo na evropském trhu jednotka K18 s maximálním výkonem cca 20 kW. Jde o kompaktní jednotku vzduch/voda určenou pro venkovní aplikaci. Díky rozsahu pracovní teploty 25–65 °C je vhodná pro středně teplotní aplikace s otopnými tělesy (radiátory), ale i pro nízkoteplotní aplikace s podlahovým vytápěním. Obvykle se instaluje v kombinaci s plynovým kotlem pro vytápění malých a středně velkých objektů s tepelnou ztrátou 20–50 kW.
Dvě tepelná čerpadla K18 byla použita pro vytápění polyfunkčního domu v Dlouhoňovicích. Objekt vznikl kompletní rekonstrukcí budovy zemědělského družstva, která se skládá ze dvou podlaží s celkovou zastavěnou plochou 556 m2. V prvním podlaží se nachází obecní úřad, hasičská zbrojnice a zázemí technických služeb. V druhém podlaží se nachází šest bytových jednotek. Výpočtová tepelná ztráta jednotlivých podlaží je cca 15 kW. Tepelná čerpadla jsou umístěna vně budovy a každé z nich vytápí jedno podlaží prostřednictvím podlahové vytápění. Uvnitř budovy je umístěn kondenzační kotel o výkonu 30 kW. Ten slouží jako záložní zdroj pro pokrytí výkonové špičky, nebo pro případ poruchy hlavního zdroje. Díky systému třícestných ventilů může kotel ohřívat pouze konkrétní podlaží, obě podlaží společně, anebo nezávisle ohřívat teplou vodu. Samotná instalace plynového čerpadla představuje snížení spotřeby plynu o cca 30 % oproti kondenzačnímu kotli a cca 40 % oproti původní atmosférické kotelně. Tepelná čerpadla zde úspěšně fungují od roku 2019.
Vytápění středních a velkých objektů plynovými tepelnými čerpadly vzduch/voda
| Energetická třída | A++ | – |
| Topný faktor (A7W35) | 172 | – |
| Tepelný výkon (A7W35) | 44.6 | kW |
| Spotřeba plynu | 2.79 | m3/h |
| Elektrický příkon | 770 | W |
| Maximální teplota při −20 °C | 65 | °C |
Aplikace na středních a velkých objektech jsou pro plynová tepelná čerpadla typické. Využívají se pro ně plynová tepelná čerpadla GAHP A (Air) s výkonem cca 40 kW. Jde o nejčastějšího zástupce plynových tepelných čerpadel na trhu. Jsou to kompaktní monoblok jednotky využívající vzduch jako obnovitelný zdroj a jsou určeny pro venkovní aplikaci. Díky využívání plynu jako hlavního zdroje energie a nízkému příkonu elektřiny představují řešení i tam, kde je vyžadován relativně velký výkon využívající obnovitelné zdroje, avšak kde není dostatečná kapacita elektrické sítě, nebo kde je elektřina velmi drahá.
Typická instalace plynových tepelných čerpadel je na základní škole v Poděbradech. Dvě tepelná čerpadla starší generace GAHP A byla instalována na střeše budovy. V rámci rekonstrukce zaměřené na snížení energetické náročnosti budovy došlo k zateplení její obálky, k výměně oken a k instalaci zmíněných tepelných čerpadel (80 kW) a kondenzačního kotle (50 kW). Těmi byla nahrazena původní plynová kotelna. Zdroje slouží pouze pro vytápění a jsou napojeny přes akumulační nádrž na původní systém. Díky zlepšení tepelně izolačních vlastností budovy, zde mohou zdroje pracovat ve středně teplotním režimu. To zajistí plynulý a efektivní chod. Instalací plynových tepelných čerpadel vzduch voda spolu se zateplením budovy bylo dosaženo snížení spotřeby plynu o 60–70 %. Zařízení zde fungují od roku 2015.
Vytápění středních a velkých objektů plynovými tepelnými čerpadly země/voda
| Energetická třída | A++ | – |
| Topný faktor (B0W35) | 165 | – |
| Tepelný výkon (B0/35) | 43 kW | |
| Spotřeba plynu | 2.79 | m3/h |
| Elektrický příkon | 410 | W |
| Maximální teplota při −20 °C | 65 | °C |
Plynová čerpadla existují i v aplikaci země/voda eventuelně voda/voda. Opět jsou vyráběny ve výkonových řadách 40 kW a jsou určeny do venkovního i vnitřního prostředí. Typická je pro ně instalace vnitřní. Tyto jednotky se obvykle instalují tam, kde není možné umístit tepelná čerpadla vzduch/voda (prostor, architektura, hluk). Jde například o historické budovy či památkově chráněná centra měst. Jednotky GAHP GS mají své opodstatnění také tam, kde je omezený prostor pro zemní kolektor či vrt. Absorpční tepelná čerpadla země/voda potřebují pro svůj provoz výrazně menší zemní výměník, a to až o 50 %. Lze je navíc velmi dobře kombinovat se solárními panely. Díky využívání geotermální energie jako obnovitelného zdroje dosahují vysoké a stabilní účinnosti po celý rok.
Dvě jednotky země voda byli spolu s plynovým kondenzačním kotlem a solárními panely instalovány na domě s pečovatelskou službou v Kutné Hoře. Cílem instalace bylo snížení energetické náročnosti budovy. Plynová tepelná čerpadla země/voda byla spolu s kondenzačním kotlem umístěna uvnitř budovy v místě původní kotelny. V druhé místnosti pak byly umístěny zásobníky pro solární panely. Tepelná čerpadla zde díky stabilnímu výkonu, jež plyne z využití geotermální energie, efektivně pokryjí potřeby tepla pro vytápění. Ohřev teplé vody pak zajistí po většinu roku solární panely. Přebytky ze solárního ohřevu mohou být použity i pro vytápění, či ukládány do vrtu. Kondenzační kotel zde plní funkci záložního zdroje pro vytápění i ohřev teplé vody. Toto zapojení kombinuje dva velice účinné systémy, které se navzájem doplňují. Jde o jeden z nejefektivnějších způsobů využití plynu pro vytápění. Instalací tohoto systému spolu s teplenou izolací budovy a výměnou oken se dosahuje úspory plynu až 80 %. Jednotky v Kutné Hoře pracují od roku 2014.
Vytápění středních a velkých objektů sestavou kombinovaných zdrojů
| Výkon sestavy | 80–360 | kW |
| Tepelná čerpadla | 40 | kW |
| Kondenzační kotle | 35/50/100 | kW |
Pro vytápění středních a velkých objektů se vytváří kaskádové soustavy zdrojů instalované na prefabrikovaném rámu. Je možné kombinovat jednotky výkonové řady 40 kW, ale i kondenzační kotle. Tím lze nejen významně zvýšit výkon při nižších investičních nákladech, ale také mít k dispozici zdroj pro aplikaci tam, kde by plynové tepelné čerpadlo nepracovalo efektivně. Sestavu tak lze konfigurovat i ve více trubkovém provedení. V praxi se nejčastěji používá dvoutrubkové provedení pro vytápění, nebo čtyřtrubkové provedení pro vytápění a ohřev teplé vody.
Kombinovaná sestava zdrojů byla použita například ve Výzkumném Ústavu Experimentální botaniky v Praze. Zde byl požadavek, aby původní plynová kotelna, jež byla na konci své životnosti, byla nahrazena moderním systémem vytápění využívajícím obnovitelné zdroje, při zachování komfortu v budově. Byla zde navržena kaskáda tří tepelných čerpadel vzduch/voda a dvou kondenzačních kotlů o celkovém výkonu cca 200 kW. Tepelná čerpadla slouží pro vytápění, kondenzační kotle pak připravují teplou vodu a slouží jako výkonová rezerva. Teplota teplé vody je zde 70 °C. Je tedy mimo technické možnosti efektivního využití tepelných čerpadel. Zapojení je čtyřtrubkové, kdy tepelná čerpadla pracují optimálně pro vytápění ve středně teplotní hladině a kondenzační kotle pokryjí vysokoteplotní požadavky budovy. Instalace je v provozu od roku 2021.
Vytápění velkých objektů kaskádou plynových tepelných čerpadel
| Výkon sestav | 350–1 000 | kW |
| Tepelná čerpadla | 40 | kW |
| Kondenzační kotle | 35/50/100 | kW |
U velkých objektů je možné kombinovat i několik sestav. Prefabrikovaná sestava má tu výhodu, že snižuje objem odborných prací přímo na stavbě. Zdroje jsou již z výroby osazené na rámu a mají zapojenou hydrauliku, plyn i elektřinu. Zdroje jsou osazeny systémovými komíny a mají svedený odvod kondenzátu do společného potrubí. Toto řešení zároveň snižuje náklady na technické a bezpečnostní vybavení kotelny díky přesunutí části technologie na střechu budovy. Výkon jedné sestavy lze konfigurovat od 80 do 380 kW. Sestavy pak lze skládat opět do kaskády. V praxi se můžeme setkat i s kaskádou 2–3 sestav. V takovém případě lze pokrýt tepelnou ztrátu až 1 MW.
Toto řešení bylo použito na výstavbě nového areálového komplexu Flexi park Černý Most. Objekt, který může sloužit jako skladová hala, výrobní hala, kanceláře nebo showroom má celkovou zastavěnou plochu 4 700 m2 a skládá se ze dvou podlaží. Celková výška budovy je 14 metrů. První podlaží je rozděleno do 10 samostatných nájemních jednotek, druhé nadzemní podlaží tvoří jeden ucelený skladový prostor. S ohledem na skutečnost, že v době návrhu zdroje nebylo známo budoucí využití, byla pro vytápění navržena sestava 6 jednotek s dvěma rezervními pozicemi. Výkon sestavy je tedy cca 250 kW. Rezervní pozice pak umožňuje další navýšení výkonu o 80 kW v případě doplnění tepelných čerpadel, nebo až o 200 kW v případě doplnění kondenzačních kotlů. Samotné vytápění je provedeno páteřním rozvodem, na který jsou připojeny samostatné nájemní jednotky. Jako předávací tělesa byla použita otopná tělesa pro kanceláře a sociální zázemí a teplovzdušné jednotky s vodním výměníkem pro skladové prostory. Tělesa byla navržena tak, aby bylo možné aplikovat středně teplotní ekvitermní křivku. Jednotky jsou zde v provozu od roku 2022.
Závěr
Plynová tepelná čerpadla vychází z více než 70 let tradice firmy Robur v oboru plynového vytápění a jde o jedno z nejsofistikovanějších zařízení využívající zemní plyn. Firma Robur má jako doposud jediná na trhu čtyři jednotky ve výkonové řadě A++ tedy v nejvyšší kategorii, jaké bylo s plynovým zdrojem určeným k vytápění zatím dosaženo. Samozřejmostí je už dnes i certifikace na využití 20 % vodíku (20% Hydrogen Ready) a použití přírodního chladiva R717 s GWP = 0.
Více o nových jednotkách zde.
Firma Robur s.r.o. byla založena v roce 1993 jako výhradní obchodní partner italské značky Robur v České republice a na Slovensku. Zajišťuje dodávky, prodej a servis plynových vytápěcích jednotek, plynových absorpčních tepelných čerpadel a ostatních ...