Velký test tepelných čerpadel

O tepelných čerpadlech se diskutuje mnohem více než o konvenčních zdrojích tepla. Posuzuje se, kolik primární energie spotřebují, jaký vliv mají jejich emise i používaná chladiva na klima apod. Snaha o objektivní posouzení tepelných čerpadel jako trvalé alternativy fosilních paliv vedla v roce 2006 k zahájení dvou rozsáhlých testovacích projektů, které zkoumají nově instalovaná tepelná čerpadla v reálných provozních podmínkách. Testy probíhaly v Německu pod dohledem agentury Fraunhofer ISE, což je největší evropská organizace pro aplikovaný výzkum.

První testovací projekt zjišťuje účinnost tepelných čerpadel v nízkoenergetických domech s roční spotřebou tepla na vytápění 20 až 50 kWh/m², druhý zkoumá účinnost tepelných čerpadel ve stávajících budovách, do nichž bylo zařízení instalováno coby náhrada za kotle na fosilní paliva. U některých tepelných čerpadel se dlouhodobě sleduje i případná ztráta chladiva.

V projektech se využívají data získaná z více než 170 instalací tepelných čerpadel s výkonem 5 až 10 kW, systémů vzduch/voda, země/voda a voda/voda, dodaných společnostmi: Alpha-InnoTec, IVT/Bosch, Hautec, Nibe, Stiebel Eltron, Vaillant a Viessmann.

Projekt je financován z prostředků Německého spolkového ministerstva hospodářství, výrobců tepelných čerpadel a dodavatelů energii - společnostmi EnBW a E.ON.

 

Charakteristika projektů

Test v nízkoenergetických budovách se týká 68 tepelných čerpadel odebírajících teplo ze země, z nichž dvě třetiny využívají vrty, zbytek plošné kolektory. Odběr tepla ze vzduchu je zastoupen ve 26 případech, zbývajících sedm zařízení odebírá teplo ze spodní vody. Domy byly z 93 % vybaveny podlahovým topením a pouze 7 % používalo buď pouze radiátory, nebo radiátory v kombinaci s podlahovým vytápěním.

Testovací projekt zaměřený na stávající budovy je složen z 38 tepelných čerpadel s odběrem tepla ze země, 35 vzduchových čerpadel a dvou systémů se spodní vodou. Skoro všechny domy měly radiátory a pracovaly tak s vyšší teplotou topné vody než v případě prvního projektu, kde převažovalo podlahové vytápění.

Základním sledovaným parametrem byl sezónní topný faktor SPF popisující účinnost systému tepelného čerpadla v reálných podmínkách během jednoho roku. V takovém případě se SPF stanoví jako poměr tepelné energie vyrobené tepelným čerpadlem a elektrokotlem na jedné straně a odpovídající spotřeby elektrické energie na straně druhé. Spotřeba elektřiny zahrnuje u čerpadel vzduch/voda chod ventilátoru; u systému země/voda činnost čerpadla primárního okruhu; u systémů voda/voda chod čerpadla ve studni.

 

Naměřené výsledky za rok 2008

Průměrný sezónní topný faktor SPF pro vytápění a přípravu teplé vody, činil u tepelných čerpadel země/voda 3,8. Vytápění spotřebovalo 78 % z celkově vyrobeného tepla, zbývajících 22 % bylo využito pro ohřívání užitkové vody na 52°C. Pokud z měřených hodnot vyčleníme pouze vytápění, průměrná hodnota SPF vzroste u nových budov na 4,1. Z celkové spotřeby elektrické energie spotřebovaly kompresory tepelných čerpadel 92 %, oběhová čerpadla 6 % a dotopové elektrokotle 2 %. Většina instalací elektrokotel při provozu nepotřebovala. Ve druhém projektu zaměřeném na stávající budovy s radiátory byl naměřený SPF 3,3. Tepelná čerpadla vzduch/voda, dosáhla v nízkoenergetických domech průměrného sezónního topného faktoru 3,0 a u stávajících budov s radiátory 2,6. Tepelná čerpadla voda/voda dosáhla průměrného SPF 3,5.

	Nízkoenergetické budovy		Stávající budovy
Průměrný roční topný faktor SPF	Země/voda	Vzduch/voda	Země/voda	Vzduch/voda
	3,8	3,0	3,3	2,6

Vysoká účinnost při správném návrhu

Předběžné výsledky testů ukazují, že tepelná čerpadla země/voda jsou v reálných podmínkách vysoce účinná. Poradí si bez elektrokotle i v mimořádně chladných dnech, kdy musí mít topná voda více než 55°C.

Rovněž tepelná čerpadla vzduch/voda jsou schopná dosáhnout dobrého sezonního topného faktoru - předpokladem je, že budou správně navržena a topný systém bude pracovat s teplotami vody pod 50°C. V porovnání se systémy odebírajícími teplo ze zemních kolektorů nebo vrtů mají vzduchová čerpadla v průměru o 27 % vyšší spotřebu elektrické energie.

Relativně nízkého SPF 3,5 dosahovaly systémy využívající spodní vodu, u kterých byl očekáván výrazně vyšší topný faktor. U těchto tepelných čerpadel se negativně projevila spotřeba elektřiny pro pohon čerpadel ve studni a zřejmě i malý počet testovaných instalací.

Topné faktory a aktuální ceny energie v ČR

Dosadíme-li do naměřených hodnot aktuální ceny elektrické energie v ČR, lze rozdíly v provozních nákladech jednotlivých systémů velmi přesně vyčíslit. Graf ukazuje, že například v domě vybaveném radiátory a tepelných čerpadlem vzduch/voda, budou platby za elektřinu vyšší o 50 % (přibližně o 6 800 Kč ročně), než u domu s podlahovým topením a tepelným čerpadlem země/voda. Při očekávaném výrazném zdražení elektřiny od ledna 2011, se tento rozdíl zvětší na více než 8 000 Kč ročně.

V příkladu je počítáno se spotřebou tepla na vytápění a ohřev teplé vody 20 000 kWh/rok
(dům s 10 kW tepelné ztráty). Cena elektřiny 2,30 Kč/kWh. U čerpadel vzduch/voda 
je připočten poplatek za potřebný větší jistič 100 Kč/měsíc.

 

Závěr

Prezentovaný test tepelných čerpadel mimo jiné ukazuje, že sama instalace tohoto zařízení neznamená automaticky dosažení maximální možné úspory energie, a že rozdíly v provozních nákladech různých typů tepelných čerpadel s různými topnými systémy jsou výrazné. U každé instalace je tedy nutné posoudit, který typ tepelného čerpadla a topného systému bude pro uživatele nejvhodnější a to jak po stránce investičních nákladů, tak i nákladů provozních.

---

Recenze článku

Velký test tepelných čerpadel
Autor článku: Ing. Marek Bláha, Tepelná čerpadla IVT s.r.o.
Recenzent: prof. Ing. Radomír Adamovský, DrSc., Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta

Článek podrobně informuje o dlouhodobých testech tepelných čerpadel uskutečněných agenturou Frauhofer ISE v Německé spolkové republice. Je sledována efektivnost využití tepelných čerpadel ve 170 instalacích v nízkoenergetických domech a ve stávajících budovách, do kterých byla tepelná čerpadla instalována jako náhrada za kotle pro spalování fosilních paliv. Sledovány byly systémy vzduch-voda, země-voda a voda-voda. Výsledky sledování jsou diskutovány na odpovídající odborné úrovni a se znalostí problematiky. Článek přináší důležité informace a poznatky využitelné v projekční praxi i při realizaci energetických systémů s tepelnými čerpadly.