Tip pro developery: Jak efektivně vytápět i chladit jedinou technologií

Téma vytápění a chlazení řeší každý developer – bez ohledu na to, jestli staví bytový dům, administrativní budovu nebo třeba hotel. Možností je mnoho a každá má své plusy i mínusy. V první řadě je potřeba zajistit uživatelům budovy celoroční teplotní komfort. Současně je však klíčové vejít se do rozpočtu, což může být složité. A podstatné je zohlednit i to, jak je která technologie náročná na provoz i spotřebu energií. Co kdyby ale existovalo řešení, které zvládne všechno tohle, a ještě něco navíc?

„Taková technologie skutečně existuje. Jde o tepelná čerpadla rakouského výrobce iDM s řadou unikátních vlastností. Na rozdíl od ostatních dokážou budovy nejen vytápět, ale současně i chladit, a navrch ještě ohřívají teplou vodu. To vše přitom zvládají mnohem efektivněji, než kdyby se v budově instalovaly samostatné technologie na vytápění, ohřev vody a chlazení a propojující řídicí systém. Navíc je tepelné čerpadlo obnovitelný zdroj, takže jeho použití budově vylepšuje energetický štítek,“ vypočítává hlavní výhody Jaroslav Šuvarský, jednatel společnosti S-Power Energies, která značku iDM na českém trhu zastupuje.

Teplo ze země i ze vzduchu

Pokud bychom se bavili pouze o vytápění, už tady se úvahy o tepelném čerpadle určitě vyplatí. Zejména v případech, kdy alternativu představuje vytápění elektřinou. Tepelné čerpadlo je totiž zhruba čtyřikrát efektivnější než klasický elektrokotel.

Jaké jsou tedy možnosti? Pro větší budovy společnost iDM vyvinula řadu Terra MAX, která zahrnuje jak čerpadla typu vzduch-voda, tak i země-voda. Ta se pak ještě dělí podle zdroje tepla na tepelná čerpadla s plošným kolektorem anebo hlubinnými vrty.

„Každá varianta má své výhody, které se dají dokonce vzájemně kombinovat. Takto jsme to udělali například u bytového domu v pražských Dejvicích. Stavba stojí ve svahu na několika pilotách, čehož jsme využili k získání zemního zdroje tepla. Výkon zemního čerpadla o velikosti 26 kW by však potřebám čtyřpodlažního domu nestačil, proto jsme pod převisy balkonů doplnili ještě 32kW jednotku typu vzduch-voda. Kaskádový řídicí systém dokáže dokonale zužitkovat výhody obou typů při vytápění, chlazení i ohřevu vody,“ přibližuje autor konceptu Martin Kurovský, který v S-Power Energies vede divizi tepelných čerpadel.

Lepší než klimatizace

Aby bylo možné přiblížit benefity realizace ve zmíněném bytovém domě, je potřeba ještě vysvětlit, jak mohou tepelná čerpadla iDM interiér i chladit. Jednou z hlavních výhod je to, že k chlazení tato čerpadla nepotřebují instalovat žádné speciální rozvody. Tepelné čerpadlo obvykle bývá napojeno na podlahové topení, které zvládne obojí – vytápět i chladit. Stačí jen definovat, které místnosti je třeba vyhřívat a které naopak ochlazovat, a řídicí systém už se o všechno postará sám.  

Opět hraje roli, jakou variantu čerpadla pro danou budovu zvolíme. U typu vzduch-voda tepelné čerpadlo nasává okolní teplotu a kompresorem ji upravuje na potřebnou hodnotu. V létě k účinnému chlazení stačí snížit teplotu na 14 °C, což je výrazný rozdíl oproti klasické klimatizaci, jejíž chladivo potřebuje teplotu 0 °C. Tepelné čerpadlo je tedy podstatně efektivnější a spotřebuje výrazně méně energie.

Tato výhoda se ještě umocňuje u hloubkových vrtů, které dočasně můžou chladit prakticky zadarmo, jen za cenu energie pro oběhová čerpadla systému. „V rámci tzv. pasivního chlazení tepelné čerpadlo získává potřebný chlad rovnou ze země, tudíž nemusí spouštět kompresor. To je nesmírně výhodné zejména v administrativních nebo průmyslových budovách, kde se chlazení využívá celoročně,“ vysvětluje Martin Kurovský.

Právě u podnikatelských subjektů násobí výslednou úsporu ještě výhodný tarif od distribuční společnosti. Tepelné čerpadlo má totiž samostatný elektroměr se sníženou sazbou. „Ve srovnání s klimatizací, která žádnou zvýhodněnou sazbu neumožňuje, se dá s tepelným čerpadlem chladit zhruba 2,5krát levněji.  Jedna kilowatta tak vyjde třeba na tři koruny místo osmi,“ uvádí Jaroslav Šuvarský.

Vylepšený ohřev teplé vody

To, že se tepelná čerpadla používají i k ohřevu vody, je poměrně známá věc. Rakouský výrobce iDM však i v tomto ohledu šel dál než ostatní. Má například patent na využití zbytkového tepla, které vzniká v kompresorech. Jde o tzv. Hot Gas Loading řešení (zkráceně HGL).

Když tepelné čerpadlo posílá do topení vodu o teplotě 35 °C, hlava jeho kompresoru se zahřívá téměř na dvojnásobek. Toto odpadní teplo by běžně bez užitku vyprchalo do technické místnosti, ale čerpadla iDM jím umějí ohřívat vodu.

„Během vytápění posílají přebytečných 8-10 procent energie do zásobníku teplé vody. Díky tomu se snižují počty startů kompresorů pro ohřev teplé vody. Jako bonus tohle vylepšení brání i přehřívání kompresoru, a tím se prodlužuje jeho životnost,“ vypočítává Martin Kurovský.

V souvislosti s ohřevem vody je na místě zmínit ještě další iDM vychytávku pro větší budovy. Je prokázáno, že v objemných bojlerech, kde se skladuje velké množství teplé vody, může u dna docházet k množení bakterií legionelly. Společnost iDM ale přišla s dokonale hygienickým řešením.

V nádržích se namísto užitkové vody skladuje topná voda. Ta pak ohřívá studenou, dokonale čistou užitkovou vodu v průtokovém deskovém výměníku. Tento způsob přispívá k bezpečnosti, a ještě díky němu odpadá nutnost preventivně nahřívat bojlery nad teplotu 60 °C jiným zdrojem tepla. Znovu tak dochází k úspoře nákladů.

Zpátky k bytovému domu v Praze

Jak tedy v reálu funguje kombinace hloubkového zemního a vzduchového tepelného čerpadla ve zmíněném bytovém domě v Praze? „V některých obdobích má větší potenciál zemní jednotka, jindy zase ta vzduchová. Když je potřeba chladit, vždy se jako první aktivují piloty, které umožňují pasivní chlazení. Jakmile se chlad ze země vyčerpá, začne si tepelné čerpadlo pomáhat kompresory. Teplo, které odvádíme z domu jako odpadní, využíváme k ohřevu vody. Tím se potenciál tepelného čerpadla ještě umocňuje,“ přibližuje Martin Kurovský.

Vzduchové tepelné čerpadlo se zase více využívá v přechodových měsících k vytápění. Při teplotách nad 7 °C dosahuje vyšší účinnosti než piloty. V létě pro změnu efektivněji ohřívá vodu, protože jeho zdroj má vyšší teplotu. Potenciál obou jednotek neustále vyhodnocuje kaskádový řídicí systém. Ten zároveň řeší i optimální zatížení a rovnoměrné opotřebení celého systému.

Návrhy na míru přímo od výrobce

Ohromnou výhodou značky iDM je to, že má vlastní projekční oddělení, které se zapojuje do každé nové zakázky. Přímo výrobce tak v rámci dodávky technologie designuje jednotlivým budovám řešení na míru tak, aby skutečně dávala smysl a byla co nejefektivnější.

„Je to takový all inclusive balíček, který v S-Power Energies dokážeme zprostředkovat. Developeři tak mohou mít o starost míň, protože systém vytápění i chlazení jim dokážeme navrhnout na klíč a oni budou mít jistotu, že výsledek bude smysluplný a plně funkční,“ komentuje Jaroslav Šuvarský.

Zmiňovaná řada čerpadel Terra MAX si poradí i s rozměrnými budovami. Systém totiž umožňuje zapojit do kaskády až pět čerpadlových jednotek, aniž by bylo nutné instalovat k takové sérii regulaci.

„Pěti tepelnými čerpadly vzduch-voda o výkonu 60 kW jsme schopni vytvořit sérii o celkovém výkonu 300 kW. U zemních čerpadel pak umíme instalovat bezmála až pětinásobný výkon. Jedna jednotka typu země-voda má výkon 280 kW, takže série o pěti čerpadlech dosahuje výkonu 1,4 MW. To jiní výrobci neumějí. Regulace iDM zajistí i to, aby se všechny jednotky opotřebovávaly zcela stejnoměrně,“ pochvaluje si Martin Kurovský.

Právě nerovnoměrné opotřebení, případně přílišné zatížení čerpadel, bývá podle něj velmi častým problémem. Jen málokterý projektant totiž technologii rozumí natolik, aby dokázal celý systém optimálně nadimenzovat. Nezřídka proto dochází k tomu, že zvolí příliš slabé čerpadlo. To pak pracuje dvojnásobek času, než by správně mělo, což logicky vede k jeho předčasnému opotřebení a poruchám. Optimální míra vytížení by se měla pohybovat kolem 3 500 motohodin za rok.

Mimochodem, výrobce systémy nejen designuje, ale současně dohlíží i na jejich první spuštění. „Pracovníci iDM vše sledují a analyzují přes podrobný cloudový systém, a pokud by cokoli nepracovalo podle jejich představ, jsou schopni řadu parametrů vyladit i na dálku, prostřednictvím vzdálené správy,“ poznamenává Kurovský.

Poloviční nároky na záložní zdroj

Ve výčtu výhod nesmíme opomenout také chytré řešení zálohy pro případ, že se cokoli porouchá. Veškerá čerpadla produktové řady Terra MAX totiž tvoří dva kompresory a dva nezávislé chladící okruhy – tak aby alespoň polovina systému mohla nadále fungovat i při poruše na chladícím okruhu, který je srdcem každého tepelného čerpadla. Toto vylepšení má pozitivní vliv i na další záložní technologie.

Veškeré bytové domy totiž podle platných norem musí mít záložní zdroj, který pokryje 60 procent výkonu tepelného čerpadla. V případě čerpadel iDM ale bohatě postačí polovina z těchto 60 procent, protože díky dvěma nezávislým okruhům tepelné čerpadlo nikdy nevypadne z provozu celé. Bivalenci tak může zajišťovat třeba jen menší elektrokotel.

„Ve Vídni jsme takto vybavili jeden bytový dům 60kW tepelným čerpadlem iDM a jako bivalentní zdroj nám postačily dva 9kW elektrokotle. Kdybychom použili klasické jednookruhové čerpadlo, museli bychom místo dvou elektrokotlů instalovat čtyři. Takto jsme developerovi prokazatelně ušetřili nejen náklady na elektrokotle, ale i výdaje na měsíční platby za elektroměr, protože díky našemu řešení bylo možné instalovat menší velikost hlavního jističe,“ vypočítává Kurovský.

A co takhle propojení s fotovoltaikou?

Úplně jiné dimenze úspor pak lze dosáhnout v okamžiku, kdy se tepelná čerpadla iDM propojí se střešní fotovoltaikou. Výrobce se na spolupráci obou technologií přímo specializuje a už řadu let ji testuje přímo na svých rakouských výrobních halách. Jejich střechy kompletně pokrývají solární elektrárny. Vývojáři z iDM tak docílili dokonalé symbiózy, díky které mohou jejich tepelná čerpadla z velké míry fungovat na zelenou energii.

A právě tady se skvěle dokresluje spolupráce iDM s českou společností S-Power Energies, která je na českém trhu jedničkou v instalacích střešních fotovoltaik. „Dokážeme navrhnout systém, kde tepelné čerpadlo dokonale zužitkuje přebytky ze solární elektrárny. Nejlépe je tento efekt vidět v létě. Za slunečných dnů je nejvíce potřeba chladit, ale současně fotovoltaika vyrábí nejvíc energie. Tepelné čerpadlo tak může v letních měsících díky energii ze slunce chladit interiér a ohřívat vodu prakticky zadarmo,“ uzavírá Jaroslav Šuvarský.

Zdroj: CzechIndustry 3/2020