Pohodové mikroklima při nízkých provozních nákladech

V současné době se smiřujeme s tím, že nízké ceny energií patří nenávratně minulosti. Stojíme na prahu výrazného zvyšování cen fosilních paliv, také cena elektrické energie poroste.

Protože vyhřátí prostoru je prvořadým po­žadavkem, když teploty venkovního vzduchu začnou klesat, začneme tím, jaký zdroj tepla zvolit. Stěžejním hlediskem bude, aby jeho spotřeba primární energie byla co nejnižší a současně nevyžadoval žádnou obsluhu, byl plně automatický a nepotřeboval doplňkové palivo.

Takové zařízení existuje. Nejenže dokáže mimořádně levně dodávat do domu teplo v zimě, ale v případě potřeby i v horkých letních dnech ještě přehřáté prostory třeba chladit. Je to tepelné čerpadlo, které z okolí vytápěného objektu dokáže „posbírat“ ze vzduchu, země nebo vody tepelnou energii, a tu povýšit na úroveň vhodnou pro topení a ohřev pitné vody nebo i vody v bazénu, používaného buď sezónně nebo celoročně. A naopak: tepelné čerpadlo může dodávat do domu také chlad a odváděné teplo z domu opět vypouštět do vzduchu, země nebo vody.

Ze samotného fyzikálního principu tepelných čerpadel vyplývá, že pro svou funkci potřebují dodat jen asi 1/3 energie pro pohon kompresoru, který je srdcem tepelného čerpadla, a další 2/3 energie má jeho majitel prakticky zadarmo.

Není to tak dlouho, kdy se hovořilo o tepelných čerpadlech jako o nesmírně drahých zařízeních, která se nevyplatí pořizovat. Toto tvrzení skutečně platilo asi před deseti lety, ale stoupající ceny energií a také mírně klesající ceny tepelných čerpadel způsobily, že tepelné čerpadlo se za dobu své životnosti několikrát zaplatí. Tento trend bude i nadále pokračovat, a předpokládá se, že v dohledné době ekonomická návratnost tepelných čerpadel klesne asi na pět let, což je při jejich běžné technické životnosti (kolem 20 let) jistě zajímavé zjištění. Dá se spočítat, za předpokladu cenového vývoje, že dosahované úspory překračují u běžného rodinného domu milion korun.

Z hlediska finančního by se poměrně obtížně hledalo lepší zhodnocení finančních prostředků než právě využitím tepelného čerpadla.

Právě proto jsou v zemích EU instalovány statisíce tepelných čerpadel (např. ve Švédsku více než 500 000 ks) a tento trend stále nejen pokračuje, ale meziročně stoupá. Obdobná situace je také u nás, ale s dnešními asi 7 000 instalovanými tepelnými čerpadly různých systémů a výkonů jsme teprve na počátku jejich éry; celkový potenciál jejich instalací je asi 420 000.

Podrobnosti o funkci a instalaci tepelného čerpadla jsou nad rámec tohoto článku, probereme proto pouze možné zdroje energie v okolí domu. Základní myšlenkou je, že z hloubi země se pomocí uložených plastových trubek, ve kterých proudí teplonosná látka, získá primární energie. To se dá poměrně snadno pochopit. Horší je to s pochopením systémů, které získávají tepelnou energii ze vzduchu. Technický pokrok zašel tak daleko, že bez problému dokáží kvalitní tepelná čerpadla odebírat tepelnou energii ze vzduchu o teplotě nad 0 °C, ale i ze vzduchu, který má teplotu třeba –10 °C. Některá tepelná čerpadla dovedou odebírat teplo i ze vzduchu o teplotě až –20 °C, podle nejnovějších údajů až –25 °C; to už je jen těžko uvěřitelné. Přesto to funguje. Nutno dodat, že výkon takového tepelného čerpadla je jiný při teplotě venkovního vzduchu +10 °C než při –20 °C, kdy je samozřejmě nižší, ale stále stojí za to jej využívat.

Protože jsme středoevropská země a teplota vzduchu během celé topné sezóny se v průměru pohybuje kolem +4 °C, právě tepelná čerpadla odebírající teplo ze vzduchu (nazývají se vzduch – voda) jsou tím správným řešením do našich klimatických podmínek.

Podstatné je, že nevyžadují žádné související zemní práce, jako je tomu u tepelných čerpadel, beroucích tepelnou energie ze země (země – voda). Pro ně je zapotřebí podle výkonu zakopat pod nezámrznou hloubku zpravidla stovky metrů plastových trubek a naplnit je nemrznoucí směsí, která se odborně nazývá solanka, nebo provést hlubinné vrty, pro běžný rodinný domek třeba do hloubky 100 m. S tím jsou spojeny náklady, práce a získání zvláštních povolení pro provedení vrtu.

V našich podmínkách jsou vhodnější vzduchová tepelná čerpadla, což je středoevropský a jihoevropský trend, čímž v žádném případě nezatracujeme zemní tepelná čerpadla, protože také mají své opodstatnění.

Když už jsme si řekli něco o zdrojích tepla nebo chladu, je třeba se zabývat tím, jak levně získanou tepelnou energii rozvést do prostor, které chceme vytápět nebo chladit. Důležité je vědět, že běžná tepelná čerpadla dodávají topnou vodu do topných systémů asi do 55 °C. Tomu musí být uzpůsoben topný systém, kterému se říká nízkoteplotní.

Chceme-li tepelným čerpadlem nejvíce ušetřit, je potřeba, aby teplota topné vody byla co nejnižší, a přitom dostatečně vytopila prostory. K tomuto účelu je naprosto ideální podlahové teplovodní topení, jehož teplota topné vody bývá kolem 35 °C. Je také možno použít radiátory, ale aby nemusely být extrémně velké, počítá se jejich rozměr na teplotu asi 50 °C, kterou sice tepelné čerpadlo zvládne, ale bohužel s poněkud menšími energetickými úsporami než u podlahového topení. Takže kde je to možné, instalujeme kvalitní podlahové topení.

Byla zmínka o tom, že tepelným čerpadlem lze nejen topit, ale také chladit. I do podlahového topení lze v létě pouštět „opatrně“ ochlazenou vodu; současně automatika hlídá, aby vzdušná vlhkost nekondenzovala na ochlazené podlaze. Pustit chladicí vodu do radiáto­rů nelze – na kovových tělesech by se brzy vytvořily kapky vody a kapaly na zem. K tomuto účelu jsou však vyvinuty jednotky, do kterých se přivádí „studená“ voda, ventilátor kolem žeber nasazených na trubce se studenou vodou prohání vzduch, který se ochladí a ochlazuje prostor.

Do těchto jednotek lze samozřejmě v zimním období místo studené – chladicí – vody pouštět vodu teplou a prostor vytápět.

Naprosto ideálním způsobem ochlazování prostor je tzv. chladicí strop, což je pravý opak podlahového topení, kdy se chlad ze stropu přirozeným způsobem regulovaně snáší k podlaze. Ačkoliv je toto řešení nejlepší, jedná se o další systém, který přináší dodatečné náklady.

Tepelnou energii získanou tím, že přehřáté místnosti ochlazujeme, lze využít u tepelných čerpadel systému země – voda k tomu, že se přes trubky uložené v zemi ukládá teplo do zásoby na zimu, a tím se zefektivňuje provoz tepelného čerpadla v režimu topení. U tepelných čerpadel vzduch – voda využívají někteří výrobci odpadního tepla k ohřevu užitkové vody nebo bazénu.

Probrali jsme, jak dosáhnout správné tepelné pohody jak v zimě, tak v horkých letních dnech. Došli jsme k závěru, že „chytré“ tepelné čerpadlo nám ušetří náklady.

Další důležitou podmínkou příjemného pobytu je čistý, optimálně vlhký a svěží vzduch.
Dosud stále nejpoužívanější způsob, jak toho dosáhnout, je větrání okny. Bohužel právě s ohledem na to, že tepelná energie je drahá, utěsňují se okenní otvory moderními okny, aby nic neuteklo ven, což platí také opačně: čerstvý vzduch se nedostane prakticky dovnitř. Nezbývá než podle uvážení větrat oknem, ale větrá se velmi často nedostatečně, a to znamená, že se neodvětrá vlhkost, která v místnostech vzniká z pobytu a činnosti lidí, a neodvětrají se zplodiny dýchání – především oxid uhličitý apod. Podle předpisů by se měl vzduch v obytných prostorách vyměnit jednou za 2 hodiny.

Po výměnách oken se můžeme setkat s tím, že vznikají v chladných místech plísně, které tam dříve nebyly. Totéž ale platí i u novostaveb, kde se nepočítá s účinným větráním. Nikomu se nechce pouštět teplo z domu, ale i na to je řešení. Hovoří se o řízeném větrání s rekuperací. Klasická rekuperace znamená, že z prostor, kde vznikají pachy a vlhkost, se odsává „zkažený“ vzduch, z venku se nasává čerstvý, který se však v rekuperační jednotce předehřeje teplem odejmutým vypouštěnému vzduchu, a ohřátý se přivádí do pobytových místností. Systém pracuje naprosto spolehlivě, ztrácí se jen asi 10 % tepla při jeho předávání čistému vzduchu, ale prakticky celou zimu nemusíme otevřít okno a vzduch se vyměňuje.

Dokonalé rekuperační jednotky bývají také někdy vybaveny možností přiváděný vzduch z venku buď v zimě přihřát, nebo v létě ochladit zabudovaným malým tepelným čerpadlem systému vzduch – vzduch. Rekuperační systémy se stále poměrně málo užívají, jejich čas přijde teprve po dostatečné osvětě.
Zajímavým zařízením, které plní obdobnou funkci jako klasická rekuperace vzduchu, jsou tepelná čerpadla určená k ohřevu užitkové vody, využívající „odpadní“ vzduch, který odsávají.

Zařízení funguje tak, že z míst výskytu domovního pachu a zvýšeného výskytu vodních par, jako jsou koupeny, WC, kuchyně, prádelny apod., odsává znehodnocený teplý vzduch, z kterého si malé tepelné čerpadélko odčerpá tepelnou energii a předá ji do bojleru s pitnou vodou. Tím vodu ohřeje, přičemž odváděný („zkažený“) vzduch se vypouští mimo objekt. Tím, že se odsává znehodnocený vzduch, nastává v domě podtlak a do domu se přes netěsnosti a mikroklimatizace v nových oknech nasává vzduch čerstvý. Přisátý vzduch se samozřejmě od topného systému ohřeje, protože při návrhu topení se s výměnou vzduch počítá, takže dosáhneme toho, že podtlakově větráme a současně máme teplou vodu skoro zadarmo.

S uvedenými zařízeními splníme všechny v úvodu kladené požadavky na vysoký pobytový komfort při nejnižších provozních nákladech. Je třeba počítat s určitými pořizovacími náklady, ty však nejsou tak vysoké, jak by se mohlo na první pohled zdát.