Instalace alternativních zdrojů tepla a chladu

Výstavba bivalentních tepelných zdrojů v kombinaci s tepelnými  čerpadly – cesta a zdroj levné energie pro vytápění a teplou vodu

Tronic Control® ve svých komplexních dodávkách vytápění, výroby teplé vody a chlazení velmi často využívá tepelná čerpadla jako zdroj levné energie. Tepelná čerpadla splňují firemní požadavek na úspornost, ekologii a efektivitu řešení.

Ceny energií neustále rostou. Je třeba počítat s meziročním růstem 5-7 % a potvrzení tohoto trendu je zřejmé ze statistiky za minulá léta. Zdražuje elektřina, plyn, ale zdražení se nevyhne ani uhlí, základní zdroj energie u většiny systémů centrálního zásobování teplem (dále jen CZT). Navíc lze očekávat sjednocení sazeb DPH, což nejvíce pocítí obyvatelé bytových domů napojených na systémy CZT. Investice do moderních úsporných technologií, jakými jsou právě tepelná čerpadla, je tedy určitě tím správným krokem. Platí totiž jednoznačně, že kdo nedrží krok s úspornými opatřeními, zaplatí nakonec podstatně více než ten, kdo začal šetřit dříve. Dodavatelé energií si určitě své zisky vzít nenechají a ztráta z menšího zisku se rozloží především mezi ty, co nešetří!

Jak tepelná čerpadla fungují?

Tepelné čerpadlo využívá teplo obsažené v okolním vzduchu (vzduch/voda), v zemi (země/voda) nebo vodě (voda/voda). Za pomoci elektrické energie tepelné čerpadlo přemění toto teplo na teplo využitelné pro vytápění či přípravu teplé vody. Celoroční topný faktor udává hodnotu, kolik kWh tepla se vyrobí z 1 kWh elektřiny. Tato hodnota se liší podle typu tepelného čerpadla a u nejrozšířenějších čerpadel vzduch/voda se pohybuje okolo čísla tři. V inverzním režimu může tepelné čerpadlo vyrábět místo tepla chlad, což je často používáno pro chlazení budov.

Využití tepelných čerpadel

Mnohá tepelná čerpadla jsou připravena i pro provoz do –20° C, ale největší účinnosti dosahují při venkovních teplotách nad bodem mrazu. Proto je nejvýhodnější je používat v kombinaci s jiným špičkovým zdrojem tepla, kterým může být elektrický ohřívač, elektrokotel, plynový kotel nebo systém CZT. Mluvíme pak o tzv. bivalenci a bodem bivalence se rozumí teplota, při které se začíná pro výrobu tepla používat další zdroj. Možnosti zapojení tepelných čerpadel jsou:

Monovalentní zdroj – používá se pouze tepelné čerpadlo. Toto řešení je vhodné pro pasivní a některé nízkoenergetické objekty (např. rodinné domy), kde bylo s tímto způsobem vytápění uvažováno od začátku a jsou pro něj konstrukčně přizpůsobeny.

Bivalentní zdroj s dálkovým teplem (CZT) – vhodný pro objekty napojené na CZT, kdy je doplněno tepelné čerpadlo tak, aby pokrývalo přípravu teplé vody mimo topné období a pomáhalo s vytápěním a přípravou teplé vody v topném období. Špičkové teplo je dodáváno z CZT. Tepelné čerpadlo pokrývá 50-80 % potřeby tepla objektu. Návratnost investice se podle velikosti objektu a navrženého čerpadla pohybuje od 6 do 10 let.

Bivalentní zdroj s elektřinou – nejčastěji u rodinných domů (nejlépe nízkoenergetických tj. velmi dobře zateplených), ale i u bytových domů. Bod bivalence se pohybuje okolo –5 °C, pak se zapojují elektrokotle nebo jiné elektrické ohřevy. V tom případě se ale např. u bytových domů výrazně prodlouží návratnost investice. Elektroohřev se sice využije několik dní v roce, ale celoroční platba za instalaci odpovídajícího jističe výrazně prodraží cenu za 1 GJ tepla.

Kalkulace úspor

Tabulka ukazuje tři příklady úspor dosažených instalací tepelného čerpadla na objektech napojených na systém CZT. První a druhý příklad počítá s bytovými domy se 48 a 96 bytovými jednotkami, kdy tepelné čerpadlo pokrývá výrobu teplé vody v letních měsících a částečně vytápí objekt v přechodných obdobích. Třetí příklad vypočítává úspory v hotelu o 100 pokojích, kdy v období květen až září systém funguje v režimu chlazení a ve zbytku roku vytápí a předehřívá teplou vodu.

Příklady úspor dosažených instalací tepelného čerpadla v bivalenci s CZT
Bytový dům 48bj.	Bytový dům 96bj.	Hotel 110 pokojů
Spotřeba tepla celkem	1.470 GJ/rok	1.986 GJ/rok	3.060 GJ/rok
Množství tepla vyrobené v TČ	1.170 GJ/rok	1.680 GJ/rok	2.010 GJ/rok
Cena 1GJ tepla z CZT (1)	543,-Kč/GJ	535,-Kč/GJ	460,-Kč
Průměrný roční topný faktor (2)	3,0	3,0	2,5
Výše investice do TČ (1)	1,87 mil. Kč	2.50 mil Kč	2,20 mil Kč
Návratnost investice (3)	6,8 roku	6,7 roku	6,3 roku
(1) ceny pro bytové domy včetně DPH, pro hotel bez DPH
(2) pro bytové domy je počítáno s celoročním využitím, v hotelu říjen až duben
(3) při výpočtu návratnosti je počítáno s odpisy na 20 let a ročním růstem cen energií 5 %

Instalace v bytových domech

Tepelné čerpadlo je výhodné dimenzovat tak, aby pokrylo výrobu teplé vody v letních měsících. Především z tohoto důvodu se vybírají čerpadla, která i při venkovní teplotě +2 °C umožňují vyrábět výstupní vodu o teplotě 56 °C, což postačuje k výrobě teplé vody.

Menší tepelná čerpadla se mohou u bytových domů instalovat v přízemních technických místnostech se zajištěním nucené cirkulace venkovního vzduchu.

Větší čerpadla se instalují na střechu objektu. Teplo vyrobené tepelným čerpadlem je přes výměníky předáváno do teplé a topné vody.

Teplotní stabilita je zajištěna kvalitním systémem měření a regulace a správně nadimenzovanou akumulací.

Instalace v administrativních budovách a hotelech

V komerčních budovách může tepelné čerpadlo sloužit k výrobě teplé vody a k vytápění obdobně jako v bytových domech. Investičně zajímavější se ale jeví řešení, kdy v létě (květen-září) tepelné čerpadlo pracuje v inverzním režimu a vyrábí chladnou vodu pro systém centrálního chlazení. Např. chlazení hotelů je dnes hosty vyžadováno i v našich klimatických podmínkách a výroba tepla a teplé vody v mimochladicí sezónu je významným bonusem k investici do chlazení.

Z našich referencí

Hotel AVANTI Brno – vytápění a chlazení pokojů, restaurací a sálů pomocí tepelného čerpadla, výroba elektřiny pro tepelné čerpadlo z fotovoltaického pole na střeše hotelu, komplexní rekonstrukce výměníkové stanice a zavedení systému dispečerského řízení vytápění a chlazení. Využití dvou nezávislých zdrojů tepla: teplý vzduch (tepelné čerpadlo/pokojový fan-coil) a sálavé teplo z radiátorů (výměníková stanice CZT). V létě pracuje tepelné čerpadlo v režimu chlazení, v zimě pak v režimu topení. Pokoje jsou prioritně vytápěny teplým vzduchem z fan-coilů. Pokud jejich výkon nepostačuje, otvírají se hlavice na radiátorech.

Hotel POHODA Pozlovice – vytápění a chlazení pokojů tepelným čerpadlem, systém dispečerského řízení vytápění a chlazení. Využití dvou nezávislých zdrojů tepla: teplý vzduch (tepelné čerpadlo/pokojový fan-coil) a sálavé teplo z radiátorů (plynová kotelna). Režim práce identický jako na hotelu Avanti.

Matematicko - fyzikální fakulta Univerzity Karlovy v Praze – vytápění a chlazení budovy MFF UK na Karlově v Praze 2. Špičkovým zdrojem tepla je plynová kotelna. Levnější teplo dodává kaskáda tepelných čerpadel země-voda připojených na soustavu 27 zemních vrtů v zahradě fakulty (každý 135 m hluboký). Zároveň je vyráběna chladicí voda pro centrální chlazení laboratoří a přístrojů. Odpadní teplo vzniklé při chlazení je používáno pro vytápění budovy v topném období nebo pro regeneraci zemních vrtů v létě.