24 PROBLEMATIKA VYUŽITÍ TEPELNÝCH ČERPADEL A ZHODNOCENÍ JEJICH PROVOZU VE VYBRANÝCH OBJEKTECH ZÁPADNÍCH ČECH Hana Benešová ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI Fakulta elektrotechnická Katedra elektroenergetiky a ekologie
Úvod V dnešní době, kdy jsou ceny energií velmi vysoké, je dobré zamyslet se nad tím, jakým způsobem chceme vytápět naše domovy. Moderní trendy vytápění objektů se přiklánějí spíše k využití tepelných zdrojů s vysokou účinností a k obnovitelným zdrojům energie s možnosti využití tepla z okolního prostředí, které je zdarma. Tepelné čerpadlo (dále jen TČ) využívá obnovitelnou energii obsaženou v zemi, vodě nebo vzduchu. Při svém provozu nezatěžuje přírodu tolik jako jiné zdroje tepla, např. kotle na plyn, elektřinu, olej či uhlí. V zemích, kde je ekologie prioritou, již ani nelze mluvit o alternativním zdroji. Např. ve Švédsku je více jak 90 % nových rodinných domů vybaveno TČ. Díky tomu se zde ušetří více energie, než je schopna vyrobit jaderná elektrárna Temelín při plném výkonu. Bohužel v české společnosti není stále ještě ekologie na prvním místě a to, co zdá se být důležité, je spíše ekonomika.
1. Tepelná čerpadla O tom, že existuje zařízení nazývané „tepelné čerpadlo“ už určitě každý z nás slyšel. Co to ale vůbec je a jak funguje? V zahraničí se tepelná čerpadla používají již desítky let. Nejedná se tedy o žádnou technickou novinku. Princip TČ je však známý mnohem déle, než je doba jejich praktického používání. 1.1. Princip tepelného čerpadla Jedná se o zařízení, které odebírá tzv. nízkopotencionální tepelnou energie z venkovního prostředí a přečerpává ho na teploty použitelné pro vytápění. Převod tepla se v zařízení uskutečňuje pomocí chladiva. Přiváděným nízkopotenciálním teplem do výparníku se v něm chladivo při nízkém tlaku vypařuje. Odpařené páry nasaje kompresor a stlačí je, čímž se páry jednak zahřejí na vyšší teplotu, a jednak zvětší svou energii. Zahřáté páry o vysokém tlaku, který je až 10 x větší než tlak v pneumatikách, vstupují do kondenzátoru. Zde předávají své teplo otopné vodě pro vytápění. Předáním tepla dojde ke kondenzaci páry na kapalinu, která má ale stále ještě vysoký tlak. Do potrubí je proto osazen expanzní ventil, který tlak sníží. Kapalné chladivo vstupuje do výparníku. Zde se odpaří, projde kompresorem a děj se neustále opakuje, jak je patrné z níže uvedeného obrázku.
Obr. 1 – Princip tepelného čerpadla
2. Trh s tepelnými čerpadly v České republice V současné době je poměrně složité se na trhu s TČ orientovat. Důvodem je nepřeberné množství firem, které bojují doslova o každého zákazníka. Sami přiznávají, že na tomto trhu mezi sebou svádí „konkurenční boj“. Některé z firem působící v oblasti TČ nabízí kompletní služby, počínaje projekční činností, přes prodej, montáž, uvedení do provozu, až po záruční a pozáruční servis. A právě takové společnosti by měli být kupujícími preferovány. Obecně totiž platí pravidlo „nekupovat nikdy samostatně TČ, ale vždy jako komplexní dodávku včetně montáže a uvedení do provozu“. Jedině tak může mít zákazník záruku na správnou činnost celého topného systému a jeho úsporný provoz. Někdy ale není snadné takovou firmu najít. Potenciálním zákazníkům by mohlo při výrobě firmy pomoci některé z odborných sdružení, které sdružuje výrobce, resp. prodejce tepelných čerpadel. Mezi ty nejvýznamnější patří Asociace pro využití tepelných čerpadel nebo Svaz chladící a klimatizační jednotky – sekce Tepelná čerpadla. K hlavním cílům těchto sdružení patří hlavně rozšiřování počtu těchto zařízení, a to zejména díky jejich popularizaci mezi veřejností.
3. Instalace tepelných čerpadel v západních Čechách Díky neustále rostoucím cenám energií se těší TČ poměrně velké oblibě. Počet jejich instalací v ČR roste už celou řadu let, západní Čechy nejsou výjimkou. Tato kapitola dává přehled o instalacích TČ v komerčních objektech jak v Plzeňském, tak i v Karlovarském kraji k 31. prosinci 2007, které byly zjištěny oslovením jednotlivých obcí v obou krajích. Při hledání kontaktů na obce jsem využila „Portál veřejné správy České republiky“. Celkem jsem zjistila v komerčních objektech západních Čech 56 TČ. Podrobnější informace o jednotlivých instalacích jsem zjistila formou dotazníků. 3.1. Plzeňský kraj
Domažlicko Technicky zajímavou instalací TČ jsou instalace ve firmě Plastik HT, a.s., sídlící v Horšovském Týně. Firma, která mimo jiné spolupracuje s firmou Panasonic, využívá TČ k vytápění skladovací haly, jejíž plocha je 3200 m2 a tepelná ztráta 100 kW. V roce 2000 zde byla instalována dvě čerpadla IVT Greenline F35 o výkonu 85 kW. Unikátní je provoz nejen v tom, že zde pracují TČ ve spolupráci s podlahovým vytápěním Giacomini, ale i ve zdroji
nízkopotenciálního tepla. Tím je chladící voda z lisů na výrobu plast. dílů pro televizory o teplotě 20oC. Velkou výhodou je to, že v letním období mohou TČ pracovat v režimu chlazení, což zlepšuje parametry chladící vody. Důsledkem je zrychlení výroby plast. dílů. V bývalém domažlickém okrese TČ vytápí i zámeček v Trhanově a objekty Autocentra Jan Šmucler, spol. s.r.o. v Horšovském Týně.
Klatovsko Jedním z objektů, kde je na Klatovsku instalováno TČ, je mateřská školka v Běšinách. Zdrojem nízkopotenciálního tepla jsou v tomto případě 4 vrty. Kromě TČ IVT Greenline F 30s zde pracuje celkem 10 solárních kolektorů. Tyto zdroje nemají za úkol jen vytápění budovy, ale i ohřev teplé užitkové vody (dále jen TUV). K její akumulaci slouží zásobník na 1000 litrů. Celý systém doplňuje elektrokotel Movy 24 kW. Další TČ vytápí objekt Muzea dr. Šimona Adlera v Dobré Vodě u Hartmanic. Původně k vytápění sloužily 2 elektrokotle o výkonech 15 kW a 20 kW, jejichž provoz byl poměrně nákladný. Z ostatních způsobů vytápění se zdálo nejvíce ekonomické zvolit TČ. Nakonec bylo vybráno TČ IVT Greenline F 25 a jako zdroj nízkopotenciálního tepla vrty. Jde o 4 vrty, přičemž každý má hloubku 88 m. V tomto případě je jeho účelem pouze vytápění objektu, nikoli ohřev TUV. Obr. 2 – Muzeum Dr. Šimona V době velmi nízkých teplot (40 dní v roce) se používá Adlera jako druhý zdroj tepla elektrokotel o výkonu 20 kW. TČ můžeme najít i v Hradešicích slouží pro vytápění a ohřev TUV ve víceúčelovém domu obce, který se dříve vytápěl zastaralým kotlem na tuhá paliva. Otopná soustava zůstala beze změny a tvoří ji radiátory. Instalováno bylo TČ IVT Greenline D 40. Nízkopotenciální energie se získává ze země, resp. z 5 vrtů, každý o hloubce 110 m. Jako druhý zdroj tepla se zvolil elektrokotel Duko Kopřiva 30 kW. Poblíž Nýrska, ve vesničce Chudenín, vytápí TČ hned dva objekty. Prvním z nich je víceúčelová budova obce, kde je umístěno čerpadlo IVT Greenline D 25. Nízkopotenciální energie je zde odebírána ze 4 vrtů, každý o hloubce 95 m. Druhé TČ pak pracuje v penzionu St. Leonhard. V tomto případě se jedná o kaskádu dvou čerpadel WPF 18M (WPF 36 set) systému voda–voda, která slouží jak k vytápění objektu, tak i ohřevu TUV. K dalším obcím, které odpověděly v tomto bývalém okrese Klatovy na otázku, zda je v některém z tamních komerčních objektů instalováno TČ, kladně, patří: Červené Poříčí (obecní úřad a Spolkový dům), Švihov (vodní hrad), Hojsova Stráž (penzion), Kašperské Hory (penzion), Srní, Železná Ruda (hotel Ostrý).
Plzeňsko-jih V bývalém okrese Plzeň-jih lze najít TČ v městečku, které získalo v r. 2003 prestižní ocenění „Historické město ČR“ – ve Spáleném Poříčí. Jsou zde umístěna hned dvě tato zařízení, a to v budově domu s pečovatelskou službou a v tamním ekocentru. V minulosti byl objekt vytápěn z části akumulačními kamny, což se stávalo v poslední době z důvodu rychle rostoucích cen el. energie neúnosné. Malá část byla pak vytápěna krbovými kamny na dřevo. Hlavně z finančních, ale i ekologických důvodů bylo rozhodnuto o vytápění TČ. Co se týká zdroje nízkopotenciálního tepla, je jím země, resp. plošné kolektory,
Obr. 3 – Ekocentrum Spálené Poříčí
které mohly být použity s ohledem na dostatek místa kolem objektu. TČ tady pracuje v monovalentním provozu, tzn., není zde instalován žádný další zdroj tepla. Kromě Spáleného Poříčí jsou použita TČ jako zdroj vytápění i v Hradci u Stoda, kde se opět jedná o dva objekty – Střelický mlýn a Hradecká hospůdka a penzion.
Plzeňsko-město Přímo v Plzni a v jejím bezprostředním okolí fungují podle dostupných údajů tři TČ, a to v pobočce Českého hydrometeorologického ústavu, ve Fondu ohrožených dětí a v budově Fakulty elektrotechnické, Západočeské univerzity.
Plzeňsko-sever V obci Rybnice jsou TČ vytápěny objekty firmy BEST, a.s., předního českého výrobce betonových prvků. Společnost zde postavila svůj závod v roce 1990 a o tři roky později se rozhodla pro instalaci TČ, které vytápí prostřednictvím radiátorů plochu 500 m2 a ohřívá TUV, k čemuž slouží zásobník na 1 m3 vody. Důvodem, proč se vedení společnosti rozhodlo pro tento způsob vytápění, bylo zejména snížení nákladů na vytápění a ekologické hledisko. Projekt i instalaci samotného TČ provedla firma Geotherm, spol. s.r.o., Praha, která zajišťuje i servis. Instalováno bylo čerpadlo OSNP 32VZ a jako zdroj nízkopotenciálního tepla byly zvoleny 4 vrty, každý o hloubce 100 m. Pokud klesne venkovní teplota pod –5oC, začne pracovat elektrokotel o výkonu 4 x 7,5 kW. TČ je vytápěna i ubytovna a výrobní prostory firmy Sládek–Stavby, spol. s.r.o., ve Zbůchu a dále dům s pečovatelskou službou v obci Bohy.
Rokycansko a Tachovsko Rokycansko je, co se týká TČ, poměrně „chudý“. Můžeme zde najít dvě instalace, a to v Němčovicích, kde slouží k vytápění obecního úřadu, a v Radnicích, v tamní synagoze. S počtem objektů vytápěných TČ na tom není lépe ani Tachovsko. Tady je zařízení instalováno jen v objektu domu s pečovatelskou službou v Konstantinových Lázních. 3.2. Karlovarský kraj
Chebsko Jednu z „netradičních“ instalací TČ můžeme najít ve Františkových Lázních v tamní výtopně. TČ je zde využíváno za účelem chlazení vnitřního prostoru výměníkové stanice s využitím přebytečného odpadního tepla, které slouží pro předehřev vody. Důvodem instalace bylo tedy zejména využití zbytkového tepla v parní výměníkové stanici, což vedlo k zefektivnění hospodaření s tepelnou energií v objektu. Instalováno bylo tepelné čerpadlo GPump 03. Zdrojem nízkopotenciálního tepla je tedy vzduch, resp. přebytečné odpadní teplo, které vzduch přenáší. V praxi se TČ využívá k předehřívání studené vody z vodovodního řadu a její akumulaci v zásobníku, z něhož se následně v dalším zásobníku o objemu 10 m3 vyrábí parním ohřevem TUV. Zásobník slouží jako nádoba, v níž cirkuluje voda, kterou TČ ohřívá. O tom, že výše uvedená instalace TČ ve výměníkové stanici není výjimkou, svědčí to, že bychom obdobné našli i jinde. Jedním takovým místem je i Cheb. Tady se TČ používají ve dvou výměníkových stanicích, a to ve VS Spáleniště a ve VS č. 1, kde jsou zároveň instalovány solární kolektory o celkové ploše cca 60 m2 a množství vyrobeného tepla 24 000 kWh. V obou stanicích je instalovaný stejný typ TČ jako v případě Františkových Lázní. Ve výměníkové stanici Spáleniště bylo TČ instalováno v listopadu roku 2001, ve VS č. 1 potom v únoru roku 2004. K dalším obcím, kde TČ pracuje, patří: Klimentov (penzion) a Podhradí (bytový dům).
Karlovarsko Další ze zajímavých instalací TČ můžeme najít v Jáchymově, konkrétně na Dole Svornost. Jedná se tedy o nejstarší dosud provozovaný důl v celé Evropě. Tato instalace je unikátem – jde totiž o jediné využití TČ, kdy je zdrojem nízkopotenciálního tepla radioaktivní termální voda. Přebytečná léčivá radonová voda o teplotě 30°C se získává z vrtů v hloubce 500 m pod povrchem. Je akumulovaná v nádrži v hloubce 100 m pod povrchem (12. patro uranového dolu), odkud se čerpá do strojovny TČ. Důvody pro instalaci TČ jako zdroje vytápění a ohřevu TUV byly celkem tři – dosluhující koksový kotel, nedokončená plynofikace, ale zejména možnost využití vlastního zdroje teplé radonové vody. Instalovány jsou dva kusy TČ MasterTherm, každé o výkonu 7 kW. Pokud mluvíme o TČ na Karlovarsku, neměli bychom zapomenout ani na to, které je nainstalováno ve Žluticích. Tady Obr. 4 – Důl slouží k vytápění budov tamní úpravny vody a bytové jednotky. Svornost, povrchová Před instalací TČ byla vytápěna plocha 4797,2 m3 parními kotli část VSB-IV, přičemž palivem byl koks a otopnou soustavu tvořily parní registry. Dnes jsou to nízkoteplotní radiátory Radik. Hlavní důvod přechodu na vytápění TČ Ochsner OSWP 75 o výkonu 53,1 kW byla snaha o co největší úsporu nákladů na vytápění. TČ slouží k vytápění a ohřevu TUV, za jehož účelem byl osazen 400 litrový zásobník. Pracuje v kombinaci s třemi elektrokotly Elektroinstal, každý o výkonu 30 kW. Bývalý okres Karlovy Vary je na instalace TČ velice „bohatý“. TČ se nachází i v Bečově nad Teplou (rekreační středisko Českého červeného kříže), na Božím Daru (čerpací stanice, radnice, ekocentrum, tři bytové domy, penziony Daniela a Arnika a dále apartmány Jurica a Engadin) a v objektu kabelovny Lamela v obci Chyše (2 TČ).
4. Provoz tepelných čerpadel v konkrétních objektech západních Čech 4.1. Červené Poříčí
Objekt Obecního úřadu a Domu s pečovatelskou službou V posledních letech, za působení starosty pana Karla Karáska, prochází některé tamní objekty rekonstrukcí. Jedním z takových je i budova obecního úřadu. Původně zde byly kromě obecního úřadu i dva byty, jež se v minulosti vytápěly z části akumulačními kamny a z části tuhými palivy. Během rekonstrukce se stala aktuální otázka vytápění. Obec je limitována tím, že není plynofikována. Jedinou možností tak bylo buď el. vytápění, nebo nějaký alternativní zdroj energie. Nakonec padla volba na TČ. Za zdroj nízkopotenciálního tepla byla zvolena země, resp. „vrty“. Jedná se o dva paralelně řazené 125 m hluboké vrty o průměru 160 mm. Instalováno bylo TČ IVT Greenline D16 v kombinaci s elektrokotlem Protherm Rejnok 15k, jehož výkon 3 x 15 kW zajišťuje 14 % spotřeby tepla na vytápění. Spolu s TČ byl do objektu instalován zásobník užitkové vody ACV vyrobený technologií Tank-in-Tank. Celý systém reguluje mikroprocesorová regulace typu REGO 600, jejíž součástí je i venkovní čidlo teploty a čidlo umístěné uvnitř objektu.
Objekt Spolkového domu Když se starostovi obce naskytla možnost vydražit Spolkový dům Česká Koruna, dlouho neváhal. Pro tento krok se rozhodl hlavně z důvodu historické hodnoty objektu. Budova je totiž z 16. století a má klenuté stropy. V průběhu oprav se opět řešila otázka vytápění objektu.
Protože měla obec výborné zkušenosti s vytápěním TČ v budově obecního úřadu, rozhodl se pan starosta pro tento typ vytápění i ve Spolkovém domě. Protože je v horní části budovy počítáno s poměrně velkou vytápěnou plochou, bylo zvoleno TČ o silnějším výkonu, než bylo instalováno v budově obecního úřadu, a to IVT Greenline D20. To pokrývá převážnou většinu topné sezóny, zbytek je pak zajištěn elektrokotlem firmy Kopřiva, Praha, který disponuje výkonem 24 kW. Stejně jako v předchozím případě, i tady se získává nízkopotenciální energie z paralelně řazených vrtů. Tentokrát jsou ale čtyři, a to tři o hloubce 95 m a jeden o hloubce 76 m. Pokud jde o zásobník teplé užitkové vody, opět zde byl osazen zásobník ACV. 4.2. Zhodnocení provozu TČ v Červeném Poříčí
Provoz v objektu obecního úřadu a domu s pečovatelskou službou Jak již bylo uvedeno, při rekonstrukci objektu se vedení obce rozhodovalo, jaký způsob vytápění zvolí. V jednom ale měli jasno – vytápění by mělo být ekologické a finančně dostupné. Pokud jde o ekologii, byl vyloučen kotel na tuhá paliva. Co se týká finanční dostupnosti, bylo zamítnuto vytápění el. energií, které je stále více finančně náročné. V úvahu by tedy připadal zemní plyn, který je jednak ekologický a jeho cena je relativně příznivá. V objektu ale nebylo možné vytápění zemním plynem zvolit. Důvodem je skutečnost, že není obec plynofikována. Zbývalo tak jediné – poohlédnout se po nějakém alternativním zdroji. Po zhodnocení výhod a nevýhod jednotlivých obnovitelných zdrojů bylo nakonec zvoleno TČ. Hned, jakmile člověk uvidí tento objekt, si řekne, že zde musí pracovat TČ typu voda– voda. Důvod je jednoduchý. Jen pár metrů od budovy je odpadní kanál, který vede od turbíny z bývalého vodního mlýna. I přesto vytápění budovy a ohřev TUV zajišťuje čerpadlo země– voda. Obec si sice typ voda–voda mohla vybrat, ale nevýhody u něj v tomto případě převyšují výhody. Bylo by sice možné přivádět vodu z odpadního kanálu přímo do výměníku TČ, tady ale narážíme mimo jiné na problém sledování kvality vody. Další velká nevýhoda souvisí s pojmem anomálie vody, díky níž voda zamrzá od hladiny směrem ke dnu. Na podzim se vrchní vrstvy vody ochlazují, zvyšují svoji hustotu a klesají ke dnu. Na jejich místo přichází zdola teplejší voda. Toto promíchávání trvá do doby, dokud teplota horních vrstev neklesne na 4oC. Při dalším poklesu teploty v horních vrstvách vody voda nehoustne, neklesá ke dnu a při dosažení nuly zamrzá. A právě v tomto stádiu se projevuje negativní vliv na TČ, kdy se tvoří led na výměníku, což má za následek zhoršení přenosu tepla, a tím i zhoršení topného faktoru TČ. Nevýhody TČ voda–voda spatřuji i v tom, že zde dochází ke značnému kolísání průtočného množství vody a rychlosti proudění. To by se opět odrazilo na snížení účinnosti vytápění. V úvahu připadalo i TČ typu vzduch–voda. Proč nebylo použito? Červené Poříčí leží v nadmořské výšce 372 m. Průměrná teplota zde ale přesto poměrně značně kolísá. Čím větší je ale teplotní změna, tím více se mění topný faktor TČ. Dalším důvodem byla skutečnost, že se typ vzduch–voda používá především pro objekty do 500 m2. Vytápěná budova má ale plochu větší. Problém se systémem vzduch–voda by byl i s umístěním samotného TČ. Pokud jde o vnitřní provedení, z důvodu hlučnosti provozu TČ by zde musely být provedeny některé stavební úpravy. Ani venkovní provedení, které může na stěny domu přenášet vibrace, jejichž snížení by opět vyžadovalo investice, není právě nejlepší. Z výše uvedených důvodů považuji volbu TČ typu země–voda jako nejlepší. Pokud jde o zdroj nízkopotenciálního tepla – vrty vs. plošné kolektory – hraje zde největší roli dostupná plocha kolem objektu. Výpočtem jsem zjistila, kolik m2, by bylo na plošné kolektory potřeba. Bylo by to 610m2, tzn. 763 m trubek. Takto rozlehlá plocha se ale v blízkosti budovy nenachází. Proto je jedinou možností volba vrtů, která byla realizována i ve skutečnosti. ČR představuje na geologické mapě Evropy jedno z nejpestřejších území. Z těchto důvodů by měl hrát roli v rozhodování o typu TČ hydrogeolog. Jako největší problém u instalace TČ v tomto objektu vidím to, že nebyl žádný hydrogeologický posudek proveden.
Na první pohled se to možná sice nezdá, ale hydrogeologické poměry výrazně ovlivňují provoz zařízení. Analogicky jako u výpočtu plochy potřebné pro plošné kolektory lze vypočítat hloubku vrtů. Vrt by musel být hluboký 242 m. Běžně se ale takto hluboké vrty nedělají. Optimální by bylo provést dva vrty, každý po 121 m. Ve skutečnosti byly provedeny dva paralelně řazené vrty po 125 m. Dimenzování vrtů bylo tedy provedeno správně. Dalším problémem by mohla být vzdálenost vrtů od sebe, resp. od budovy. Lze říci, že čím je vzdálenost mezi vrty větší, tím lépe. Z plánu, který mi poskytl pan starosta, jsem vypočítala, že je rozestup mezi vrty u tohoto objektu 9,5 m. Nemusí tak panovat obavy, že by se po letech snižoval topný faktor TČ vlivem malé vzdálenosti mezi vrty. Je vytápění TČ opravdu tak ekologické, jak se všude uvádí? Podle mého mínění tomu zcela tak není. Na ekologii TČ lze pohlížet ze dvou hledisek, kterými jsou spotřeba energie a používání chladiva. Musíme si uvědomit, že ačkoli se jedná o alternativní zdroj energie, je nutné při tomto způsobu vytápění využívat i zdrojů neobnovitelných. Pro pohon kompresoru TČ je totiž potřeba el. energie, jejíž velká většina je vyráběna z neobnovitelných zdrojů. TČ spotřebovává oproti el. vytápění o více než 2/3 elektrické energie méně, nicméně pokud jde o ekologické hledisko, není určitě tato spotřeba nějak zanedbatelná. Je známo, že ztráty při výrobě a distribuci el. energie činí cca 70 %. Tzn., že TČ šetří zhruba stejnou část energie, jaká se ztratí při výrobě el. energie v elektrárně a jejím transportu ke koncovému uživateli. Druhým problémem je z hlediska ekologie chladivo. V TČ, které je použito v tomto objektu, se nachází chladivo R407c. Jde o bezfreónové chladivo používané místo nebezpečnějšího R22. Přestože je toto chladivo poměrně neškodné, je nutné ho při manipulaci s chladícím okruhem z preventivních důvodů odsát. V případě nutnosti likvidace chladiva bych doporučila likvidaci ve spalovně SPOVO v Ostravě. Jedná se o nejmodernější spalovnu odpadů ve Střední Evropě. Jako jediná v ČR má povoleno od Ministerstva životního prostředí ČR spalování chladiv, odpadů s obsahem PCB i freonů. Ekologickou stránku provozu TČ i zásobníku teplé užitkové vody v objektu hodnotím jako uspokojivou. Ekonomické zhodnocení provozu TČ lze provést porovnáním provozních nákladů s jiným zdrojem tepla. K tomuto jsem využila počítačovou aplikaci Výpočet nákladů na vytápění poskytnutou Centrem pro obnovitelné zdroje a úspory energie Ekowatt a dále počítačový software Hestia 3.08, ve kterém jsem výsledky ověřila. Vypočítané hodnoty týkající se vytápění TČ jsem dále porovnala se skutečností. Výpočet aplikace centra Ekowatt zohledňuje kromě cen paliva i jejich výhřevnosti, účinnost spalovacích zařízení a další faktory. Nicméně přesnější je výpočet softwarem Hestia. Práce s ním je podstatně složitější a kromě jiného zahrnuje i podrobné nastudování stavebních plánů budovy. Do programu se totiž dávají kromě jiného následující údaje: poloha objektu; vytápěný objem; rozměry a typy jednotlivých oken, vč. jejich orientace na světové strany; rozměry a typy dveří; rozměry vytápěných stěn, vč. jejich stavebního materiálu; rozměry sklepních a půdních prostor, pokud jsou vytápěny; plocha střechy, pokud je vytápěna půda, včetně typu střešní krytiny; způsob ohřevu teplé vody, atd. Průměry vypočítaných hodnot jsem zpracovala do grafu, z něhož je zřejmé, že z ekonomické stránky je vytápění TČ velice výhodné. Přitom je nutné si uvědomit, že se ceny ekonomicky „nejvýhodnější“ štěpky mohou výrazně lišit, a to v závislosti na jejím původu. Přesto, že se štěpka jeví jako zdroj tepla poměrně příznivá jak z hlediska ekologie, tak i ekonomie, do tohoto objektu bych ho příliš nedoporučila. Většina důvodů se odvíjí od skutečnosti, že je v hodnocené budově domov s pečovatelskou službou. Bylo tedy žádoucí zvolit takové zařízení, který není náročné na obsluhu. Kotel na dřevní štěpku jím není. Dalším problémem souvisejícím s tímto způsobem vytápění je vysoký obsah vody v palivu a tedy i výrazně nižší výhřevnost. Vraťme se ale zpět k nákladům na jednotlivé způsoby vytápění. Ani jeden z programů, které jsem použila, nezohledňuje další doplňkové náklady spojené s jednotlivými zdroji, např. čištění a revizi komínů u vytápění tuhými palivy, dopravu uhlí nebo dřevěných briket, apod. Náklady na vytápění některými zdroji se tak mohou zvýšit. To ale neplatí o TČ, u něhož se s těmito náklady nad rámec vytápění nesetkáme.
Náklady na vytápění objektu OÚ a DPS
0
20000
40000
60000
LTO
80000 Kč
100000
120000
140
propan
Graf1 – Náklady na vytápění OÚ a DPS
Provoz v objektu Spolkového domu Poměrně jednoduchá byla v tomto případě volba typu TČ. Z důvodu polohy objektu odpadla jako zdroj nízkopotenciálního tepla voda. I zde by se dalo uvažovat o typu vzduch– voda, ale nedoporučila bych ho ze stejných důvodů jako u budovy OÚ a DPS. Důvodem proč nepoužít typ vzduch–voda je i velikost vytápěné plochy. Navíc se už v době, kdy se rozhodovalo o způsobu vytápění, plánovalo, že bude v 1. patře budovy vybudován byt a další místnosti. Problém s hlučností, resp. vibracemi zde není aktuální, protože se ve spodní části objektu nenachází prostory, které by hluk ohrožoval. Nicméně po dobrých zkušenostech se systémem u předchozího objektu, bych stejný systém zvolila i zde. Výpočtem jsem opět zjistila, kolik m2, resp. m trubek by bylo potřeba na plošný kolektor. Jednalo by se o 795 m2, resp. 994 m trubek. Protože se hodnocený objekt nachází v těsné blízkosti hlavní silnice Plzeň – Klatovy a kolem něho jsou další budovy, takto velkou plochu bychom u něj nenašli. Proto vidím jako jedinou možnost vrty, které byly realizovány i ve skutečnosti. Stejným mechanismem jaký je použit u výpočtu plochy pro plošné kolektory lze vypočítat i hloubku vrtů, která by pro jeden vrt činila 350 m. Pokud by byly provedeny vrty dva, hloubka každého by byla 175 m, což by byl vzhledem k podloží kolem Spolkového domu problém. Zvolila bych teda 4 vrty, každý po 90 m. V praxi byly provedeny vrty také 4. Tři z nich o hloubce 95 m a čtvrtý hluboký 75 m. V součtu se teda jedná o hloubku 361 m. Porovnáním se mnou provedeným výpočtem lze konstatovat, že bylo dimenzování provedeno správně. Pokud jde o zhodnocení provozu TČ a zásobníku TUV z hlediska ekologie, platí zde skutečnosti uvedené u předchozího objektu. TČ pracuje se stejným chladivem a zásobník je od stejného výrobce.
4.3. Švihov
Objekt Správní budovy vodního hradu Švihov Před 10 lety začal řešit správce vodního hradu, Památkový ústav v Plzni, otázku, jak zefektivnit vytápění v tamní správní budově z roku 1924. Vzhledem k tomu, že v té době chyběla ve městě plynofikace a stávající topení el. kotlem bylo finančně nákladné, volba padla na alternativní zdroje energie. Díky přítomnosti vodního příkopu v těsné blízkosti hradu se památkový ústav rozhodl využívat vodu a nainstalovat v objektu TČ typu voda–voda. Obr. 5 – Pohled na vodní hrad Za účelem návrhu TČ byla oslovena firma Veskom, spol. s. r. o. Pro objekt navrhla TČ voda– voda IVT Greenline 11, kterým se pokryje 93 % dní topné sezóny. Zbývajících 7 % zajišťuje elektrokotel Protherm 3 x 8 kW. Protože se jedná o TČ typu voda–voda, získává se nízkopotenciální teplo díky plošnému kolektoru umístěnému ve vodním příkopu u hradu. Kolektor je složen z PE hadic a jeho délka je 454 m. Do příkopu byl instalován po jeho vypuštění, kdy byl zatlačen do bahna a zatížen betonovými kvádry. Jedná se o raritu, protože nikde jinde nepracuje TČ v památkově chráněném objektu. Další zajímavostí je to, že jeho instalace byla 100. instalace čerpadla značky IVT vůbec. K TČ této značky se dodávají výhradně zásobníky na teplou užitkovou vodu firmy ACV, ani tento objekt není výjimkou.
Obr. 6 – Kolektor umístěný ve vodním příkopu
4.4. Zhodnocení provozu TČ ve Švihově Když začal řešit správce vodního hradu možnosti snížení nákladů na vytápění, stál před nelehkým úkolem. Protože je objekt památkově chráněný, v úvahu nepřicházelo např. zateplení ani žádné jiné stavební úpravy. Dalším omezujícím faktorem byla v té době nepřítomnost plynofikace v městečku. Jaký zdroj vytápění zvolit, když se ceny el. energie, kterou byl objekt vytápěn do té doby, začaly šplhat vzhůru a z hlediska ekologie bylo nežádoucí použít tuhá paliva? Památkový ústav se rozhodl pro alternativní zdroje energie, konkrétně pro TČ. Volba byla podle mého názoru správná. Při pohledu na objekt, který je obklopen vodním příkopem, je na první pohled zřejmé, že nejlepším zdrojem nízkopotenciálního tepla by byla voda. A je tomu tak i ve skutečnosti. Jaké jsou vlastně důvody, proč nezvolit jiný zdroj? Co do velikosti vytápěné plochy, která je cca 174 m2, se zdá poměrně výhodný systém vzduch–voda. Běžně se totiž používá pro vytápění ploch do 500 m2. To je ale jedna z mála výhod vzduchu jako zdroje nízkopotenciálního tepla. Nevýhody výrazně převyšují. Přestože Švihov leží poměrně nízko, v nadmořské výšce 374 m,
průměrné teploty tady během roku kolísají obdobně jako u Červeného Poříčí. Problémem by tedy byla nestálost topného faktoru. Provoz TČ vzduch–voda by nebyl oproti ostatním typům právě nejlevnější. Asi nejvíce by ho prodražilo, el. energií napájené tzv. nabíjecí oběhové čerpadlo, které by se muselo zařadit do okruhu TČ, a to z důvodu poklesu teplot pod +10oC. V zimních měsících se v této oblasti pohybují teploty pod touto hranicí zcela běžně, a to není u typu vzduch–voda právě žádoucí, protože při takto nízkých teplotách dochází k nedostatečné cirkulaci topného média v potrubí. Tím se snižuje účinnost celého systému. Problém by byl v tomto objektu i s umístěním TČ využívajícího vzduch vzhledem k památkově chráněnému objektu. Vyhovující by nebyla ani instalace TČ země–voda. Při rozhodování o tomto systému hraje největší roli dostatek prostoru kolem objektu. Výpočtem jsem, stejně jako u předchozích instalací, zjistila, kolik m2 plochy by bylo na kolektory potřeba. V tomto případě jde o 345 m2, tzn. 432 m trubek. Kolektor by zaujímal velkou část nádvoří, což je nežádoucí. Vrt by pak musel mít hloubku 191 m. Takto hluboké vrty se ale běžně neprovádí, proto by bylo vhodné provést dva vrty, každý o hloubce cca 100 m. U vrtů je největším problémem jejich cena. Už v době, kdy se do tohoto objektu TČ instalovalo, stál 1 metr vrtu několik stovek Kč a tvořil tak nejnákladnější část celé instalace. Z výše uvedených důvodů pokládám volbu systému voda–voda pro daný objekt za nejideálnější. Pro provoz TČ i zásobníku teplé užitkové vody v této budově platí z hlediska ekologie stejné hodnocení jako u objektů v Červeném Poříčí. Ekonomické zhodnocení provozu TČ jsem opět provedla porovnáním provozních nákladů s jiným zdrojem tepla. K tomu jsem tentokrát využila pouze aplikaci centra Ekowatt. Program Hestia 3.08 jsem nemohla v tomto případě použít, a to z důvodu nedostatku potřebných údajů. Vypočítané hodnoty jsem dále porovnala se skutečností a s předpoklady, které vyslovila firma zpracovávající energetický audit. Zjištěné výsledky se lišily jen minimálně. Shodou okolností je i v tomto objektu TČ druhým ekonomicky nejlepším zdrojem tepla pro vytápění.
5. Tepelná čerpadla v minulosti, současnosti a budoucnu 5.1. Vývoj počtu tepelných čerpadel V bývalém Československu byla první TČ osazena v 50. a 60. letech 20. století. K prvním rozsáhlejším pokusům o jejich využití došlo až v první polovině 80. let. Od poloviny 80. let pak byly k dispozici i první TČ tuzemské výroby. Poměrně dlouhou dobu jich bylo v provozu jen malé množství. Od 90. let 20. století však nastal výrazný rozvoj využití TČ. V posledních letech můžeme mluvit o boomu. S rostoucím počtem instalací se nabízí otázka, kolik jich vlastně v současnosti pracuje. Za účelem zjištění počtu TČ se v ČR prováděly nejrůznější průzkumy, přesto přesná statistická data nejsou k dispozici. To je jeden z důvodů, proč je pro příští sčítání lidu, domů a bytů, navrženo zařazení samostatné položky „tepelná čerpadla“. Takto se přesně zjistí počty těchto zařízení alespoň v domácnostech.
Návrh metodiky statistického zjišťování počtu TČ v následujících letech Za účelem zjištění počtu TČ v ČR se připravuje metodika. Metodika by se měla skládat ze čtyř kroků. Pokud jde o první krok – zjišťování dat od dovozců a výrobců, předpokládá se, že bude klíčovým pilířem této statistiky. Každý dovozce a výrobce by měl informovat o prodeji všech typů TČ. Problémem je ale podle mého názoru fakt, že poskytování údajů firmami bude dobrovolné. Mohlo by se tak stát to, co se děje v současné době – společnosti nebudou z důvodu konkurenčního boje poskytovat pravdivá data. Druhý krok zahrnuje zjišťování dat z administrativních zdrojů. Předpokládá se, že Státní energetická inspekce bude pravidelně provádět šetření týkající se využívání sazeb el. energie pro TČ. Tato data by se
měla dále porovnávat s údaji o státem podpořených instalacích. I v tomto bodě však vidím určitý nedostatek. Provozovatel TČ totiž nemusí být nutně připojen k odběru v sazbě pro TČ. Třetím bodem metodiky je zjišťování množství vyrobené tepelné energie pomocí TČ. To by mělo být podle plánu prováděno podle Ročního výkazu o produkci energie z obnovitelných a ostatních zdrojů Eng (MPO) 4-01 u „větších“ instalací TČ. Zatím není jasné, jak bude pojem „větší“ interpretován v praxi. Posledním krokem je pak zpracování všech dat. Jeho výstupem bude souhrnná statistika obsahující nejenom počty a typy TČ, ale i výrobu tepelné energie. Tato hodnota bude z části zjišťována (u „větších“ zdrojů) a z části modelována.
Tepelná čerpadla v budoucnu Ještě před několika málo lety byla TČ díky svým parametrům „výsadou“ pouze rodinných domků. S jejich technickým vývojem jde ruku v ruce i jejich rozšiřování do stále větších objektů. Výkon TČ je v dnešní době schopný pokrýt i tak velké budovy, jako jsou školy, nemocnice, výrobní haly, apod. Právě v těchto objektech se budou podle mého názoru TČ stále více prosazovat. Velký nárůst jejich počtu se dá očekávat i v administrativních budovách, které v současnosti stále více využívají klimatizační zařízení. „Moderní“ TČ je totiž schopné pracovat v zimě jako zdroj tepla a v létě jako zdroj chladu. Zcela jistě budou stále častější i „netradiční“ instalace TČ. Uvažuje se o jejich provozu v pavilonech ZOO a v líhních ryb nebo kuřat. Budoucnost mají tato zařízení i jako součást některých spotřebičů, např. sušiček prádla, u nichž výrazně zefektivňují sušení a tím snižují náklady. Protože jde technický vývoj velice rychle kupředu, nedá se přesně říci, jaké novinky v oblasti TČ budou na trhu za 5 nebo 7 let a kde všude se budou používat. Nicméně podle mého názoru se dá očekávat jejich rozmach v nízkoenergetických domech (TČ IVT 495 Twin), vývoj stále dokonalejších zařízení (TČ řízená internetem nebo mobilním telefonem), instalace TČ v kombinaci se solárními systémy i rozšíření absorpčních TČ.
