Historie a vývoj tepelných čerpadel v ČR a EU

Princip tepelného čerpadla popsal před více než 150 lety W. T. Kelvin, ale k jeho praktickému využití dochází v Evropě převážně až kolem roku 1980. V tomto období se v důsledku ropné krize hledaly alternativy k tehdy rozšířenému vytápění fosilními palivy, především olejem. Článek popisuje historický vývoj počtu instalací tepelných čerpadel v České republice i v Evropě, praktické problémy spojené s jejich instalací i vývojové tendence do budoucna.

Vývoj instalací v západní Evropě
Podle uvedených diagramů znázorňujících vývoj počtu instalací ve Francii (obr. 1), Německu (obr. 2) a Rakousku (obr. 4) je patrný mimořádný nárůst kolem roku 1980 a následně prudký propad. Trvalo dlouhá léta, než se opět v období kolem roku 2000 počet instalací začal zvyšovat.

Co předcházelo tomuto vývoji? Z informací získaných od představitelů národních sdružení zabývajících se rozvojem instalací tepelných čerpadel sehrály hlavní roli dvě skutečnosti. Technicky nebyly vyřešeny všechny provozní stavy, které musí tepelné čerpadlo zvládnout. Je to prakticky chladicí zařízení, které z jednoho prostředí přenáší tepelnou energii do druhého prostředí, přičemž vstupní a výstupní parametry se průběžně mění. První tepelná čerpadla tyto požadavky dostatečně nezvládla, byla poruchová a nesplnila očekávání svých majitelů. Druhým významným faktorem, který negativně ovlivnil provozní zkušenosti s tepelnými čerpadly, byla jejich instalace. Tepelné čerpadlo totiž nelze zapojit do stávajícího otopného systému, který dobře fungoval s olejovým kotlem, a předpokládat, že systém bude vytápět objekt stejně. To si samozřejmě tehdy instalatéři neuvědomovali, a proto nevědomky přispěli k tomu, že tepelná čerpadla neplnila očekávání. Trvalo řadu let, než se důvěra v tepelná čerpadla opět obnovila; pro uživatele byla tepelná čerpadla ekonomicky efektivní z hlediska vytápění a ohřevu vody a z hlediska environmentálního snižovala emise skleníkových plynů.

Dnes se už v celé západní Evropě používají technicky vyspělá tepelná čerpadla, která instalují patřičně erudované firmy. V převážné většině se jedná o výrobky renomovaných evropských firem, které se vývojem a výrobou zabývají již od 80. let minulého století. Pro ilustraci můžeme uvést příklad ze sousedního Německa: před 15 lety zde bylo asi 55 firem, které se pustily do výroby tepelných čerpadel, očekávajíce účast na perspektivním trhu. Po deseti letech si však pozici na trhu udrželo asi jen pět kvalitních výrobců – ostatní zanikli.

Obr. 1: Vývoj počtu instalací tepelných čerpadel ve Francii

Obr. 2: Počet instalací tepelných čerpadel v Německu v uplynulých desetiletích

Obr. 4: Vývoj počtu tepelných čerpadel v Rakousku

Vývoj instalací v ČR
Před rokem 1990 bylo u nás nainstalováno jen několik kusů tepelných čerpadel, a to zejména z propagačních či demonstrativních důvodů. Teprve po roce 1990 se začaly objevovat skutečná tepelná čerpadla, převážně importovaná ze zemí, kde už s nimi měli své zkušenosti: ze Švédska, Německa a Rakouska. Následně se svojí produkcí připojili i tuzemští výrobci, kteří získávali své první zkušenosti. Prakticky se jednalo jen o desítky instalací ročně, později to již byly stovky. Skutečný rozvoj instalací však nastal až po roce 2000 (obr. 3).

Důvody, proč byl rozvoj v prvních deseti letech tak pomalý, souvisejí s ekonomikou provozu, která je navázána na cenu paliv a energií. Je-li cena paliva nízká, pak tepelné čerpadlo ušetří 50 až 70 % energie, což ovšem vyčísleno znamená jen malou částku ušetřených financí. Návratnost investice do tohoto zařízení je dlouhá a v začátcích využívání tepelných čerpadel často překračovala jejich životnost. Z ekonomického hlediska pak samozřejmě pro pořízení tepelného čerpadla nebyl důvod.

Obr. 3: Vývoj počtu instalací tepelných čerpadel v ČR v minulých letech

Situace po roce 2000
Tento rok se z hlediska instalací tepelných čerpadel u nás zpravidla označuje jako rok 0. V tomto období se podařilo nastartovat podpůrné mechanizmy:

• Vznikla Asociace pro využití tepelných čerpadel, která byla iniciátorem jejich podpory a partnerem při jednání s orgány státní správy.
• Státní fond životního prostředí ČR (SFŽP) stanovil podmínky dotační politiky na instalace tepelných čerpadel.
• Pro tepelná čerpadla v rodinných domech (D55) a v podnikatelských objektech (C55) byly zavedeny speciální sazby za elektrickou energii.
• Některá města, jako například Praha a Plzeň, poskytovala na tepelná čerpadla dotace.

Významnou roli sehrálo v tomto období současně zvyšování cen energií, které se promítlo do ekonomické návratnosti tepelných čerpadel – klesla na méně než 10 let, což byla oproti dřívějšímu stavu přibližně polovina; před rokem 2000 návratnost investice do tepelného čerpadla běžně přesahovala 20 let.

Díky Asociaci pro využití tepelných čerpadel byl zahájen program osvěty mezi laickou veřejností a současně vzdělávací program pro odbornou veřejnost, aby se předešlo chybám, které v 80. letech přivodily propad instalací v západní Evropě. Proběhla řada seminářů určených pro instalační firmy, projektanty i výrobce a dovozce s cílem eliminovat poruchovost tepelných čerpadel a provozovat je za optimálních podmínek.

Legislativa a související problémy
Vzhledem k tomu, že u tepelných čerpadel jde o velice mladý obor, který se však velmi rychle rozvíjí, naráží se občas na určité problémy, které je nutno řešit.

Podstatné problémy vznikly u tepelných čerpadel u systémů využívajících teplotní potenciál hornin při provádění hlubinných vrtů nebo čerpání spodních vod. Toto nové pojetí provádění zásahů do hornin přineslo zpočátku řadu problémů, které prakticky nikdo nepředpokládal. Stavební úřady vesměs neinformované o tom, co to je tepelné čerpadlo a co je nutné pro jeho provoz v horninách udělat, prakticky nic nevyžadovaly, což pak ve svém důsledku vedlo k dodatečným problémům. Na druhé straně vznikaly firmy, které se zabývaly prováděním vrtných prací, aniž by si byly vědomy komplikací, jaké mohly způsobit. Při takové neodborné činnosti došlo v řadě případů ke kontaminaci nebo ztrátě spodních vod, což způsobilo i nevratné škody. Proto se zpřísnily podmínky pro provádění těchto prací a byla uložena povinnost vypracovat odbornou projektovou dokumentaci, která musela být projednána a schválena dotčenými orgány. Teprve na základě kladných stanovisek pak bylo možné vydat stavební povolení.

Tento postup však značně zkomplikoval a časově posunul realizaci až o několik měsíců. Tato legislativní překážka byla následně řešena, ale stále existují vrtné firmy, které bez dokladů udělají díru do země bez ohledu na možné důsledky neodborného provedení. Proto například v Asociaci pro využití tepelných čerpadel existuje vrtná sekce, která garantuje, že provedení termovrtů nebo čerpacích studní bude v souladu s předpisy.

Druhou oblastí, kde instalovaná tepelná čerpadla narážejí na legislativu, je hlučnost, která se týká především systémů vzduch/voda. Tepelná čerpadla některých výrobců se vyznačují vysokou úrovní provozního hluku. Hygienický předpis však stanovuje, jaké jsou přípustné hladiny hluku podle lokalit a podle denní doby. Zde rovněž dochází ke konfliktům, které mívají i soudní dohru.

Realizace tepelných čerpadel
Výběr vhodného tepelného čerpadla o odpo­vídajícím výkonu a systému je nejproblematičtější fáze. Následuje samotná instalace čerpadla. K chybám v instalaci dochází, koupí-li si zájemce sám tepelné čerpadlo a pak si ho od nějaké firmy nechá instalovat. Při takovémto postupu, kdy otopný systém instaluje jiný subjekt než jeho dodavatel, mohou nastat problémy při případné poruše; spor se vede o tom, co je příčinou závady a kdo ji má odstranit. Investorovi může tato situace způsobit velké komplikace.

Ze statistik vyplývá, že pokud se tepelné čerpadlo vypíná a nepracuje, jak má, v 95 % to bývá způsobeno problémy na straně otopného systému. Proto je vhodné, když se dodávka otopného systému i tepelného čerpadla realizuje podle projektu jedním dodavatelem, který pak ručí za to, že vše bude v pořádku a plně funkční. Je-li naopak více dodavatelů, je těžké rozhodnout, kdo pochybil, tvrdí-li každý, že jeho dodávka je v pořádku. Vezměme si příklad tepelného čerpadla země/voda s primárním okruhem uloženém ve vrtu. Je chyba, když jeden dodavatel udělá pouze vrt a uložení plastových trubek přenechá někomu dalšímu. Jde o to, že vrt se nesmí zasypat dříve, než se založí trubky. Jak dlouho vydrží prázdný vrt, než se stěny začnou sesypávat? Navíc vrt by měl být po založení výstroje vyplněn bentonitovou směsí. Co když bude mít vrt místo původně plánovaných 100 m hloubky jen 80 m? Kdo to opraví, a hlavně zaplatí?

Finanční otázka je nesmírně důležitá. Často se za líbivou cenou skrývají polovičaté práce, které se pak ve své podstatě mohou citelně prodražit. Zde je opět na místě obracet se na firmy se zkušenostmi, patřičným personálním a technickým vybavením. Řada z nich je členem Asociace pro využití tepelných čerpadel a před jejich přijetím se ověřuje, zda jsou způsobilé k tomu, aby se mohly stát členy tohoto odborného sdružení. V případě sporu mezi dodavatelem a odběratelem jsou zde orgány Asociace, aby případné spory korektně vyřešily.

Kam kráčí vývoj v systémech tepelných čerpadel
Obecně se ví, že teplo pro tepelná čerpadla lze získat z vody, země nebo vzduchu. Vše souvisí s místními hydrogeologickými a klimatickými podmínkami. Systémy využívající tepelnou energii ze spodních vod se u nás využívají v zanedbatelné míře s ohledem na to, že tento způsob vyžaduje vhodné podmínky z hlediska množství a kvality přečerpané vody, které se u nás vyskytují jen ojediněle.

Do roku 2000 se rozšířily a instalovaly systémy země/voda, tedy klasický spolehlivý a ověřený systém. V roce 2000 se však objevila nová tepelná čerpadla systému vzduch/voda, která rázem vytlačila z trhu taková, která fungovala jen při kladných venkovních teplotách a při 0 °C se již vypínala. To byl nový generační skok. Vzhledem k našim klimatickým podmínkám, kde se průměrná teplota v topné sezóně pohybuje mezi +3,5 až +4,5 °C, jsou velmi příznivé podmínky pro úspěšný rozvoj jejich instalací.

Postupně se tedy začaly původní systémy země/voda nahrazovat systémy vzduch/voda a v dnešní době je poměr instalovaných systémů v poměru odebírající teplo ze země ve srovnání se vzduchem přibližně stejný. Tento trend samozřejmě pokračuje v souvislosti s vývojem techniky, ale také s postupným oteplováním planety (obr. 5).

Obr. 5: Vývoj počtu instalací tepelných čerpadel v EU podle systému

Podpora tepelných čerpadel v dotačních programech v ČR a EU
Již bylo uvedeno, že SFŽP poskytuje od roku 2000 dotace na tepelná čerpadla; kritéria pro jejich přiznání se zpravidla každoročně měnila podle toho, kolik bylo vyčleněno finančních prostředků na dotování tohoto segmentu v oblasti obnovitelných zdrojů. Kritéria pro využití byla různá, často zcela nesplnitelná, nicméně lze říci, že určitá dotační politika v tomto oboru dlouhodobě existuje. Srovnáme-li dosažitelnost dotací na tepelná čerpadla s dotacemi na solární systémy, zjistíme, že solární zařízení jsou na tom podstatně lépe. Bude to asi tím, že je snazší si představit, že když slunce svítí, tak máme energii zadarmo (ale třeba ji ani nemáme jak využít), zatímco tepelné čerpadlo pro svůj pohon potřebuje určitý podíl elektrické energie. Na rozdíl od solárního zařízení však tepelné čerpadlo pracuje i za zimních podmínek stále efektivně, zatímco solární zařízení jsou mimo provoz a je třeba  plně dotápět nebo dohřívat elektřinou.

Program Zelená úsporám, který byl spuštěn počátkem dubna letošního roku, už má za sebou první „dětské nemoci“. Z počátku byl nešťastně nastaven tak, že dosáhnout na dotaci pro tepelné čerpadlo bylo prakticky nemožné. Když se ukázalo, že za pět měsíců od spuštění programu byly podány celkem dvě žádosti na dotaci pro tepelné čerpadlo, došlo na návrhy Asociace pro využití tepelných čerpadel; podmínky se upravily a program začal fungovat. Vyskytl se však zcela jiný problém. Do seznamu dotovaných tepelných čerpadel se však dostala i tepelná čerpadla, která evidentně nesplňují programem stanovená kvalitativní kritéria. To je samozřejmě velmi špatné. Některá z evidovaných tepelných čerpadel jsou vhodná třeba do Itálie nebo Španělska, ale v našich klimatických podmínkách nesplňují to, co se od nich především očekává – vytápění v chladných a mrazivých dnech. Věřme, že budou přijata taková opatření, která oddělí kvalitní tepelné čerpadlo od zařízení, které dojem dobrého zařízení jen budí. Program Zelená úsporám má před sebou ještě 4,5 roku; doufejme, že jeho poslání se naplní.

Zkušenosti ze zahraničí v oblasti podpor jsou velmi rozdílné. Mnohde není třeba žádných dotací, protože ceny energií jsou již tak vysoké, že kvalitní tepelné čerpadlo se zaplatí svým provozem za 4 až 5 let, a to při životnosti nejméně 20 let. Za zmínku stojí Francie, která se rozhodla pro podporu tepelných čerpadel z důvodu snížení energetické náročnosti země a z ekologických důvodů. Stát vyčlenil poměrně značné finanční prostředky na podporu tepelných čerpadel s minimální administrativou. Když si zájemce pořídí tepelné čerpadlo, které splňuje kvalitativní parametry a které mu namontuje odborná firma (držitel certifikace), pak žadateli stačí doručit tři doklady na příslušný úřad: fakturu, doklad o tom, jaké čerpadlo si pořídil, a doklad o tom, že mu čerpadlo instalovala certifikovaná firma. Na základě těchto dokladů je mu proplacena dotace ve výši 50 % z ceny tepelného čerpadla. Výsledek? Meziročně se zde nainstalovalo o téměř 130 % více tepelných čerpadel!

Jinou cestou podpory tepelných čerpadel se dali ve Finsku. Když si zde zájemce nainstaluje tepelné čerpadlo, pak má po dobu dvou let bezplatnou dodávku elektrické energie nejen pro spotřebu tepelného čerpadla, ale i celé domácnosti. Navíc je zde možnost nákupu čerpadla formou velmi výhodných, bankami podporovaných úvěrů.

Ing. Josef Slováček

Autor je předsedou správní rady Asociace pro využití tepelných čerpadel ČR a zakladatelem společnosti TERMO KOMFORT, s. r. o.

Obrázky: archiv autora

Článok bol uverejnený v časopise TZB HAUSTECHNIK.