Proč tepelné čerpadlo?

Často slýcháváme otázku proč vybrat právě tepelné čerpadlo? Mnoho lidí stále spoléhá na fosilní paliva pro vytápění domovů, ať už spalováním plynu nebo tuhých paliv. Typický elektro ohřev má 100% účinnost – za každý watt, který do něj vložíme, dostaneme 1 joule tepla. Co kdybychom vám řekli, že můžete dostat 3 – 5x více tepla, než elektřiny, kterou dodáte?

Tepelné čerpadlo je úžasný kousek kontraintuitivní technologie, která může mít 300-500% účinnost. V minulosti zápasily v extrémních podmínkách, ale od té doby se věci posunuly o zdárný krok vpřed. Jak dobře ale tepelné čerpadlo vlastně funguje a je ho vhodné použít všude?

Obecně známé fakta

Systémy vytápění a chlazení jsou jedním z největších zdrojů spotřeby energie ve většině domácností po celém světě. V Evropě představují 50% celkové spotřeby energie, přičemž přibližně 80% je stále založeno na fosilních palivech.

V České republice je spotřeba elektřiny na vytápění a chlazení vyšší a celková spotřeba činí 56%. Ročně vyprodukujeme 87,98 milionů tun oxidu uhličitého jen z naších potřeb vytápění a chlazení. Co když ale existuje technologie, která nepotřebuje fosilní paliva a zdánlivě porušuje zákony fyziky tím, že produkuje více topné energie, než kolik je do ní vloženo elektřiny? Vítejte ve světě tepelných čerpadel.

Ve fyzice existuje zákon zachování energie. Stručně řečeno, energie v uzavřeném systému musí zůstat konstantní… energii nemůžete vytvořit ani zničit. Na povrchové úrovni se zdá, že tepelná čerpadla toto pravidlo popírají, protože z tepelného čerpadla můžete získat 3-5x více tepelné energie na každý kW elektřiny, kterou do něj vložíte. Tepelnou energii nevytváří, ale pouze přenáší. V podstatě spotřebováváte 1 Watt elektřiny k přesunu 3-5 joulů tepla.

Například tepelná čerpadla odebírají teplo z venkovního vzduchu nebo země pro vytápění vnitřku domu nebo kancelářské budovy. Mohou také fungovat obráceně, aby chladily váš dům, stejně jako klimatizace. Přesouvají teplo z vašeho domova zpět do země nebo venkovního vzduchu. Tepelné čerpadlo je zjednodušeně řada výměníků tepla, které během cyklů chlazení odvádějí horký vzduch z domu a během ohřívacích cyklů horký vzduch do domu.

Tepelné čerpadlo vzduch-vzduch

Nejběžnějším typem tepelného čerpadla používaného k tomuto účelu jsou tepelná čerpadla vzduch-vzduch. Tato čerpadla jsou velmi podobná klimatizačním systémům, ale pro zajištění vytápění i chlazení se používá čtyřcestný ventil. V režimu vytápění venkovní jednotka fouká vzduch přes chladivo proudící trubkami, které se vaří při velmi nízkých teplotách (běžně používané médium, R410a, má bod varu -48,5ºC).

Jak se chladivo zahřeje, začne se měnit na páru. Kompresor se používá ke zvýšení tlaku a teploty chladiva a páry. Jak se pára pohybuje do výparníku, uvolňuje teplo do místnosti, což přeměňuje páru zpět na kapalinu… a tento cyklus pokračuje.

V režimu chlazení jde o obrácení toku tohoto systému. Teplo se odebírá z vnitřku domu, přeměňuje chladivo na páru, která je stlačena a posílána ven, kde ventilátor fouká přes výparník a přenáší teplo do venkovního vzduchu. Vzduchová tepelná čerpadla dosahují skvělé úrovně účinnosti s koeficientem výkonu (COP) 3,0 – 4,0. To znamená, že na každý 1 Watt elektřiny připadá 3 až 4 jouly tepla.

Pro srovnání, vysoce účinný kotel na olej nebo plyn dosahuje asi 85% … COP pod 1. To je vlastně to, co má mnoho lidí doma: kotel na plyn, který má účinnost kolem 85 %.

Tepelná čerpadla jsou velmi flexibilní a mohou pracovat s nuceným prouděním vzduchu, podlahovým vytápěním nebo radiátory. A na rozdíl od kotlů na tuhá paliva, či plyn jsou tepelná čerpadla šetrná k životnímu prostředí, protože neuvolňují žádné škodlivé plyny.

Hlavními výzvami pro to, aby se tepelná čerpadla stala hlavní volbou, jsou však počáteční náklady a snížená účinnost ve vysokých nadmořských výškách (v závislosti na technologii).

Zabudované tepelné čerpadlo v zásobníku vody (hybrid)

Hybridní ohřívače vody s tepelným čerpadlem jsou účinnou alternativou, která může poskytnout značné úspory elektrické energie. Jedná se o nádobu se zabudovaným tepelným čerpadlem i elektrickým ohřevem.

Zatímco průtokové ohřívače vody jsou velice oblíbené, mají dlouhou návratnost investice 15 až 18 let, zatímco hybridní ohřívače vody mají návratnost investice 4 až 7 let s životností asi 15 let. Navíc obsahují záložní, již zmíněný bivalentní ohřev pro případ, že okolní vzduch není dostatečně teplý, aby ohříval vodu na požadovanou teplotu.

Místo instalace je důležité. Ideálně se instalace provádí v místnosti, kde je od 4,4 °C do 32,2 °C. Pro provoz potřebujeme alespoň 28,3 kubických metrů vzduchového prostoru kolem ohřívače vody.

Fungují skvěle pro instalaci v garáži či jiné, větší místnosti, ale ne pro instalaci do menší technické místnosti. V místě instalace je třeba počítat s chladnějším vzduchem, protože extrahujeme teplo z okolního vzduchu. To může a nemusí být výhodou.

Kolik ušetří tepelné čerpadlo vzduch-voda?

Když vezmeme rodinný dům se čtyřmi členy o tepelné ztrátě 12 kW a spotřebou 4 000 kWh elektrické energie za rok, ušetříte přibližně 25 000,- korun ročně vůči plynovému vytápění a 28 000,- korun ročně vůči elektrickému vytápění. Celkem tedy můžete za celou životnost tepelného čerpadla ušetřit přes 625 000,- korun. Navíc lze využít dotace.

Ačkoli jsou tepelná čerpadla obvykle účinnější alternativou k tradičním topným systémům, nedosahují tak vysokých COP všude. Pokud okolní teplota klesne pod -15°C, musí tepelné čerpadlo navýšit svůj výkon, aby dosáhlo optimálních výsledků. Navíc se při velmi nízkých teplotách může na venkovním výměníku hromadit námraza, což může snížit účinnost.

Proto doporučujeme nainstalovat do systému pomocný bivalentní zdroj, který by doplnil provoz tepelných čerpadel v některých lokalitách pro nejchladnější dny roku. V těchto případech systémy tepelných čerpadel stále dosahují vysoké účinnosti v průběhu roku. Konečným výsledkem je, že úspory závisí na místě a klimatu instalace.

Abychom zajistili nejlepší možnou návratnost vaší investice, je nutné provést úvodní konzultaci, ve které se stanoví parametry objektu, kolik lidí tento objekt využívá a jakou mají spotřebu. Typická návratnost investice z hlediska tepelného čerpadla se pohybuje okolo 10 let, s dotací 5 let. Více k dotacím naleznete zde.

Nechte si udělat nezávaznou nabídku zde.

Závěr

Očekává se, že celosvětový trh s tepelnými čerpadly poroste v letech 2022 až 2030 s CAGR o 8,1 % s tržní hodnotou 1,62 miliard CZK v roce 2021. Ale s novými vládními pobídkami, jako jsou daňové úlevy a slevy, může tento trh růst ještě rychleji.

Washington například aktualizoval svůj energetický zákon a stal se prvním státem v USA, který vyžaduje energeticky účinná elektrická tepelná čerpadla oproti tradičním pecím a ohřívačům vody. Pravidla se vztahují na nové čtyřpodlažní komerční a obytné budovy pro více rodin a začínají v červenci 2022. Ve většině případů nová pravidla účinně zakazují některé standardní systémy, jako je zemní plyn, a také méně účinné systémy vytápění, které využívají elektrický odpor.

Podle analýzy Rocky Mountain Institute by nový požadovaný přechod k tepelným čerpadlům mohl do roku 2050 ušetřit odhadem 8,1 milionu tun uhlíkových emisí. To je ekvivalent ročního vyřazení téměř 1,6 milionu aut ze silnic. Proto můžeme očekávat, že se tento trend bude pomalu dostávat i k nám do České republiky.