O tepelných čerpadlech

     Úvod

   Tepelná čerpadla jsou častým námětem článků i rozhovorů ekologicky a ekonomicky smýšlejících lidí. Je to velice lákavá představa: mít zařízení, které spotřebovává elektrickou energii a topí při stejné spotřebě 3-4 krát více než obyčejná elektrická kamna. Na tepelná čerpadla je možno slyšet spoustu chvály a mnohými “ekologickými propagátory” jsou považována za univerzální ekologické topení pro jakékoli objekty.
 Cílem tohoto článku je pokusit se o reálný pohled na tepelná čerpadla. Chceme seznámit čtenáře s principem činnosti tepelného čerpadla a možnostmi jeho ekonomického a ekologického využití.

Činnost tepelného čerpadla
Tepelné čerpadlo je zařízení, které odebírá chladnějšímu prostředí teplo a dodává ho do teplejšího prostředí. Je to vlastně ústrojí velké ledničky, jímž chladíme venkovní předměty a teplo necháváme doma. Při své činnosti spotřebovává tepelné čerpadlo elektrickou energii nebo mechanickou práci.Tepelná čerpadla lze použít k vytápění nebo pro ohřev užitkové vody.

Nejdůležitějším parametrem tepelného čerpadla je jeho účinnost tzv.topný faktor K,což je veličina, která představuje podíl tepelný výkon /elektrický příkon.
Budeme-li tepelné čerpadlo považovat za ideální tepelný stroj, lze jeho topný faktor vypočítat ze vztahu
K = Tc / (Tt - Tc),
kde Tc je absolutní teplota chladícího media dodávajícího teplo do tepelného čerpadla a Tt je absolutní teplota topného media. Je-li teplota okolí 0oC a teplota v objektu 20oC,  lze teoreticky dosáhnout pohádkového topného faktoru 13.
V praxi je k nutno počítat s teplotou chladícího media -10
oC a teplotou topné vody 50oC,
tedy získáme topný faktor něco přes 4.
Připočteme-li fakt, že tepelné čerpadlo není ideální stroj, získáváme v praxi topný faktor asi 3.
Co tedy musíme splnit, abychom mohli topit tepelným čerpadlem?
Základním předpokladem pro činnost tepelného čerpadla je dostatečný zdroj tepla, který nám poskytne příroda. V principu lze teplo odebírat všemu kolem nás. Jde však o to, aby teplota prostředí, z něhož teplo odebíráme byla co nejvyšší. Vždy použitelným zdrojem tepla je venkovní vzduch. Ve svém okolí však můžeme najít vhodnější zdroje jako blízký vodní tok, rybník, studna, hlubinný vrt či zdroj odpadního tepla z nějakého provozu. Dalším, v podstatě nutným, předpokladem je možnost topit vodou do zhruba 50oC. Jelikož jsou běžné topné systémy navrhovány na topnou vodu o teplotě 90oC, není tento předpoklad zdaleka samozřejmostí.

Kde topit tepelným čerpadlem ?
Na první pohled se může zdát tepelné čerpadlo ideálním zdrojem tepla. Ve skutečnosti tomu tak není. Za zcela nevhodné je použití tepelných čerpadel kdekoliv, kde je zaveden zemní plyn. U nás již existuje paroplynová elektrárna spotřebovávající zemní plyn a vyrábějící elektrickou energii s asi 50% účinností. Při rozvodu elektrické energie se značná část elektrické energie ztratí a lze říci, že elektrická energie se ze zemního plynu vyrábí a rozvádí s účinností asi 30
%. Moderní plynové kotle topí s účinností asi 90%.
Tepelné čerpadlo s topným faktorem 3 má tedy stejnou účinnost jako plynový kotel. Náklady na pořízení topného systému na zemní plyn a topného systému s tepelným čerpadlem jsou však nesrovnatelné. Topný systém na zemní plyn pro rodinný domek o výkonu 15 KW lze pořídit za asi 60 000 Kč.
Stejně výkonný systém s tepelným čerpadlem vyjde minimálně na 250 000 Kč a k tomu je ještě třeba připočíst adekvátní část nákladů na stavbu elektrárny. Nejjistějším způsobem jak zabránit instalaci tepelných čerpadel v místech se zavedeným zemním plynem by bylo uzákonit všeobecný zákaz jejich instalce na těchto místech. Výjimka by byla povolena jen v případě doložení objektivní výhodnosti této instalace díky extémně vhodným podmínkám.
Zcela jiný pohled na tepelná čerpadla je třeba mít v případě, že v daném místě není a v dohledné době nebude zaveden zemní plyn. Zde se obyčejně topí elektrickými přímotopy, uhlím, topným olejem či propan-butanem. Spalovat uhlí běžným způsobem značně zatěžuje místní životní prostředí. Ostatní druhy topení jsou velmi drahé. Ve všech těchto případech je využítí tepelného čerpadla rozumnou variantou. Je však třeba zamyslet se nad možnostmi kombinovat použití tepelného čerpadla se způsoby dalších energetických úspor.

Jestliže je vybudován v domě centrální systém vytápění, nelze ho pro tepelné čerpadlo využít z důvodů potřeby vysoké teploty topné vody.
Pak jsou v zásadě dvě možnosti:
  1) zvýšit otopnou plochu radiátorů a pořídit tepelné čerpadlo o výkonu původního kotle
  2) investovat do výrazného zateplení budovy, využít stávající plochu radiátorů a instalovat tepelné čerpadlo podstatně nižšího výkonu.

Je zřejmé, že druhá možnost je ta správná. Máme-li rodinný domek s výkonem původního topného systému 15 KW, bude stát první varianta asi 300 000 Kč. Je velmi reálné za stejnou částku pořídit tepelné čerpadlo o výkonu 5 KW (100 000Kč), provést zateplení obvodových zdí a minimálně nahradit stávající skla v oknech za izolační skla.

Závěr
Zavádění tepelných čerpadel nelze v žádném případě považovat za universální metodu řešení ekologických problémů. Měly by být užity k topení a ohřevu užitkové vody po důkladné úvaze a vždy v kombinaci se zdroji energetických úspor.

J.SVOBODA