Tepelná čerpadla a jejich správný návrh na rodinný dům

Tepelná čerpadla jsou s námi mnoho desetiletí a představují dnes již zcela standardní volbu pro vytápění rodinných domů i velkých objektů. Stalo se tak oprávněně, díky jejich spolehlivosti, bezobslužnosti i díky velmi nízkým provozním nákladům. K jejich masovému rozšíření přispěly nejen jejich objektivní provozní výhody nebo technická zdatnost, ale také nejrůznější dotační programy. Ať už s dotacemi politicky souhlasíme nebo ne, je jasné, že přispěly k rozšíření této užitečné technologie ve dvou rovinách: Jednou z nich je finanční podpora jako taková a druhou rovinou je mediální propagace tepelných čerpadel. Nezajímavá není ani nižší sazba d57D elektrického proudu pro celý dům.

Proč se někdo rozhodne tepelné čerpadlo pořídit?

Uvedu tři základní modelové situace:

1. Jako topný zdroj pro novostavbu

Zde je to velmi jednoduché: Náklady na plynovou přípojku a plynový kotel s přípravou TV jsou u běžného rodinného domu s tepelnou ztrátou 8–10 kW v porovnání s tepelným čerpadlem přibližně pouze o 100 tisíc nižší. Úspora tepelného čerpadla na vytápění je proti plynovému kotli v součtu s úsporou na elektřině (díky nižší sazbě pro tepelné čerpadlo) obvykle u zmíněného domu přibližně 20 tisíc korun za rok. Návratnost víceinvestice do tepelného čerpadla vychází tedy 5 let. Záruka na kvalitní tepelná čerpadla je obvykle delší než pět let, tedy zde není moc o čem přemýšlet.

2. Jako nový zdroj pro dům s kotlem na tuhá paliva

Topení v kotlích na tuhá paliva není příliš pohodlné, komfortní, ani úsporné. Velká část kotlů bude navíc v roce 2022 zakázána. Otopné soustavy s velkým objemem vody, silnými trubními rozvody po domě nebo litinovými radiátory jsou obvykle perfektně vhodné pro instalaci tepelného čerpadla. Ať už s dotací nebo bez dotace, i zde je logické pořídit si tepelné čerpadlo, namísto jiného kotle na tuhá paliva nebo stále se zdražující pelety.

3. Jako nový zdroj pro dům s dosluhujícím topným zdrojem

V minulosti jsme byli „tlačeni“ do různých zdrojů vytápění. Lehký topný olej, akumulační elektrické vytápění, přímotopné vytápění, dřevoplyn, LPG, zemní plyn atd. Téměř všechny způsoby vytápění se staly neúnosně drahými záhy po jejich instalaci. Tepelná čerpadla na tom jsou jinak. Jsou dlouhodobě velmi levným zdrojem tepla. To proto, že více než 2/3 energie čerpají zdarma z venkovního vzduchu. Proč tedy v případě, že stávající kotel dosluhuje investovat opět chybně do nového plynového nebo olejového kotle, když můžu celou soustavu inovovat a pořídit zdroj tepla, který je citelně úspornější? Volba je obvykle jasná.

Zajisté se najde část laické i odborné veřejnosti, která bude výše uvedené odstavce zpochybňovat. Faktem v každém případě zůstává, že trh s tepelnými čerpadly roste každoročně o mnoho desítek procent a představuje nejrychleji rostoucí zdroj vytápění na trhu.

Na co se zaměřit?

U každé rychle se rozvíjející branže se najde kromě skutečných odborníků i celá řada instalačních firem, kteří nově „naskočili do vlaku“, a tedy se ještě v dané problematice příliš dobře neorientují. Existuje i další skupina tradičních firem, které sice mnoho let instalují společně s plynovými kotli a kotli na tuhá paliva i nějaká tepelná čerpadla, ale jednoduše nestíhají reagovat na vývoj v oblasti tepelných čerpadel a regulace a nemají zájem se v nových technologiích dále vzdělávat.

Kde jsou konkrétně skryta možná úskalí?

Úspěšná instalace tepelného čerpadla se vyznačuje na začátku použitím tepelného čerpadla od kvalitního dodavatele. To ale nestačí. Navíc je nutné správně zvládnout ještě minimálně tato tři témata:

1. Správně navržené zapojení hydrauliky (potrubí s otopnou vodou).

Tepelná čerpadla umožňují vytápět, chladit, připravovat teplou vodu, ohřívat bazén. Pro každou z funkcí je nutné dodržet celou řadu pravidel, které zajistí správné fungování ve všech provozních režimech tepelného čerpadla. Správný návrh topologie otopné soustavy nebo dimenzí potrubí také ovlivní i výši nákladů na realizaci. Návrh by vždy měl projektovat technik, který perfektně rozumí tepelnému čerpadlu i záměru investora co od dané instalace očekává. Stejně jako v jiných oborech, některé kompromisy jsou akceptovatelné, jiné jsou přímo toxické.

2. Správné dimenzování (výkon tepelného čerpadla vůči tepelným ztrátám domu).

Energetické třídy

Tepelná čerpadla jsou dnes označena štítky energetických tříd. To je tepelné čerpadlo ve třídě A, B nebo A+++, o tom hovoří sezonní topný faktor. Tuto problematiku detailně popisuje norma EN 14825.

Ostatně: Každý štítek by měl být podepřen certifikátem z akreditované zkušebny EHPA. Je zcela zásadní, při nákupu tepelného čerpadla takový doklad požadovat. Někteří dodavatelé v této době rozmachu píší do neoficiálních podkladů zcela nereálné údaje.

Jak to prakticky funguje?

Sezonní topný faktor hovoří o tom, že pokud má tepelné čerpadlo účinnost SCOP = 5, tak v průměru za celou topnou sezonu spotřebuje pouze 1/5 energie z elektrické sítě a zbytek dodá zdarma z okolního prostředí. Tedy namísto 60 000,– Kč za vytápění s elektrokotlem, zaplatíte pouze 12 000,– Kč za rok s tepelným čerpadlem. Úspora je 48 000,– Kč.

Znamená to, že pokud například použiji na vytápění obrovského panelového domu jakékoliv tepelné čerpadlo s SCOP = 5, tak že budeme mít náklady pětinové? To samozřejmě ne. Tepelné čerpadlo musí mít vzhledem k velikosti objektu správný výkon, musíme se bavit o správném klimatickém pásmu a v neposlední řadě je také důležité jaká otopná soustava je v domě použita – jestli radiátory nebo podlahové vytápění.

Konkrétní příklad:

Parametry z energetického štítku: Pdesignh = 10 kW, TBiv = –10 °C, Klimatické pásmo: Average (průměrné), TOL = –20 °C, Aplikace: Nízkoteplotní (podlahové vytápění), SCOP = 5

Přeloženo: Tyto údaje znamenají, že tepelné čerpadlo bude do –10 °C vytápět zcela samostatně, bez potřeby spínání záložního zdroje, bude dodávat výkon 10 kW i při –10 °C, bude schopno provozu až do –20 °C, je uvažováno pro nízkoteplotní aplikaci s podlahovým vytápěním v průměrném klimatickém pásmu (to je případ ČR), a tedy v domě umístěném u nás, který bude mít tepelnou ztrátu 10 kW při –10 °C bude sezonní účinnost 5. A místo 60  00,– Kč utratíte pouze 12 000,– Kč za rok.

Co se stane, když stejné tepelné čerpadlo nainstalujeme na dům s vyšší tepelnou ztrátou, třeba 20 kW při –10 °C?

Vytápění bude fungovat. Na první pohled nepoznáte, že je tepelné čerpadlo poddimenzované. Až do momentu, než přijde vyúčtování za elektřinu. Tepelné čerpadlo má k sobě vždy nějakou formu záložního zdroje, nejčastěji elektrický dohřev. Pokud bude tepelné čerpadlo na daný objekt příliš slabé, bude tento elektrický dohřev velmi často spouštěn, klidně již při venkovních teplotách kolem nuly, což způsobí onen velmi drahý provoz.

Poddimenzování tepelného čerpadla je častou chybou, která má příčinu buď v neznalosti (to je ten lepší případ) nebo k němu často dojde záměrně z důvodu toho, že nesolidní dodavatel nabídne levnější slabší zařízení, aby získal zakázku za každou cenu (a to je ten horší případ). Výsledek je samozřejmě v obou případech stejný: Drahý provoz a nižší životnost.

Správné dimenzování je proto zcela zásadní!

3. Správně provedená regulace otopné soustavy

Tepelné čerpadlo je topný zdroj, který umí vytápět hodně levně a umí ušetřit hodně peněz. Aby byl plně využit potenciál této technologie, je nutné, aby řídicí systém uměl správně optimalizovat veškeré procesy, kterými tepelné čerpadlo prochází. Správná regulace rovněž prodlužuje životnost tepelného čerpadla.

Velmi obecně vzato, se jedná o udržování teploty otopné vody na minimálních hodnotách pomocí chytrých autoadaptivních mechanizmů, mnoho energie lze ušetřit v souvislosti s přípravou teplé vody, cirkulací a sanitací zásobníku TV, podstatnou měrou lze ovlivnit spotřebu pomocí automatické diagnostiky s napojením na centrální dohledový server. Pokročilejším tématem je pak implementace chytrých funkcí typu reakce na předpověď počasí a podobně.

Kombinace uvedených vlastností zajistí lepší účinnost a nižší spotřebu. Protože má tepelné čerpadlo životnost nejméně 20 let, je každá tisícovka velmi znát. Obyčejné zařízení bude mít například spotřebu oproti pokročilejšímu tepelnému čerpadlu o 4 tisíce za rok vyšší. Vypadá to celkem nevinně, ale za 20 let to je 80 000 Kč! A to není málo. Je tedy rozhodně namístě zvážit, jestli na pořízení tepelného čerpadla na začátku ušetřit několik tisícikorun a pak tratit v dlouhodobém horizontu desetitisíce.

Co z toho všeho vyplývá?

Tepelná čerpadla jsou skvělá věc a jejich instalace se vyplatí.

V dnešní době už ani nejsou příliš drahá. Doby, kdy na tepelné čerpadlo do menšího rodinného domu nestačilo 400 tisíc korun, jsou pryč. A to i navzdory radikálnímu zdražování všech zdrojů, které na vstupu tepelného čerpadla jsou. Mám na mysli nejen suroviny typu měď, železo, nerezovou ocel, stříbro, hliník nebo pohonné hmoty ale i stále zdražující se lidskou práci.

Bez správného návrhu to nejde

Chybně zapojené, nedostatečně dimenzované nebo nevhodně řízené tepelné čerpadlo bude jen velmi těžko zajišťovat ideálně komfortní a úsporné fungování otopné soustavy a domu jako celku.

V oblasti návrhu soustavy platí jednoznačně: vyplatí se více „jít ke kováři než ke kováříčkovi.“ Je zcela logické a v pořádku, že společnosti realizující stovky instalací měsíčně, jsou schopny zaštítit realizace projekčně a zkušenostmi citelně lépe než někdo, kdo instaluje třeba jen jednotky nebo desítky realizací za rok. Proto je u solidních dodavatelů samozřejmostí, že k celé instalaci vytváří konkrétní projekt na danou instalaci. Bez ohledu na to, kdo následně samotnou montáž provádí.