Na úvod si dovolím krátke predstavenie tepelného čerpadla a plynového kotla. Zo spôsobu fungovania oboch zariadení vyplýva celé množstvo charakteristických vlastností a obmedzení, ktoré predurčujú za akých podmienok je predmetný zdroj efektívny.
Tepelné čerpadlo
Hlavným kritériom vypovedajúcim o efektivite tepelného čerpadla je tzv. vykurovací faktor – COP (Coefficient Of Performance). Táto hodnota vyjadruje pomer medzi teplom získaným čerpadlom a k tomu spotrebovanou elektrickou energiou. Čím je COP vyšší, tým je tepelné čerpadlo účinnejšie. Teplo je získavané z chladného vonkajšieho prostredia a odovzdávané do teplejšieho vnútorného. Aby to tak mohlo byť, je potrebné využiť tzv. tepelný stroj, ktorý s pomocou dodanej mechanickej práce činnosť uskutoční. Vykurovací faktor tohto zariadenia, teda pomer medzi vyrobeným teplom a dodanou elektrickou energiou je závislý na teplotách oboch prostredí a popísaný (za ideálnych podmienok) vzťahom:
kde tH je teplota teplejšieho prostredia (vyhrievaného) a tC chladnejšieho (ochladzovaného). Obe v °C. V reálnych podmienkach je potrebné započítať tiež straty vznikajúce pri prevádzke tepelného čerpadla dané veľkosťou teplozmenných plôch, parametre reálneho chladiva, účinnosťou kompresoru, stratami tepla do okolia atď. Vykurovací faktor zariadení sa o niečo zhorší a zjednodušene ho popíšeme vzorcom:
V tabuľke 1 sú uvedené orientačné hodnoty vykurovacieho faktora stanovené podľa vyššie uvedeného vzorca pre rôzne vonkajšie teploty (tC) a rôzne teploty vnútorného média (teplota kúrenia, tH). Z hodnôt je zrejmé, že v prípade objektov s vykurovacou sústavou navrhnutou na vyššie teploty je tepelné čerpadlo výrazne menej efektívne, než pri nízkoteplotných systémoch (podlahové/stropné kúrenie). Väčšina výrobcov pri tepelných čerpadlách preto uvádza tzv. sezónny vykurovací faktor (SCOP) vztiahnutý k strednej teplote vykurovaného média. Uvedené platí samozrejme aj pre ohrev vody v domovej alebo bytovej teplovodnej sieti. Ak má táto voda dosiahnuť odporúčanú teplotu 60 °C, tepelné čerpadlo ju dodá len za cenu významného zníženia hodnoty COP.
Plynový kotol
Plynový kotol je zariadenie, v ktorom sa spaľuje plynné palivo a uvoľneným teplom sa ohrieva teplonosná látka (voda alebo nemrznúca kvapalina). Pri pálení uhľovodíkových palív, najmä zemného plynu, sa ďalej uvoľňuje vodná para, ktorá v bežných podmienkach uletí komínom von. V kondenzačnom plynovom kotli vodná para skondenzuje na kvapalnú vodu za súčasného uvoľnenia významného množstva tepla, ktoré tak zostáva v dome. Kondenzačný prevádzkový režim kotla teda zaistí pre dom dodatočný tepelný zisk o veľkosti cca 2 260 kJ (0,632 kWh) na každý liter skondenzovanej vodnej pary. Spálením jedného kubického metra plynu vznikne asi 1,5 kg vodnej pary.
Aby mohlo ku kondenzácii vodnej pary dôjsť, je potrebné prispôsobiť režim spaľovania, respektíve ochladiť spaliny na takú teplotu, pri ktorej bude vodná para kondenzovať. Z prevádzkového hľadiska to znamená neprekračovať teplotu 45 °C pri vratnej vetve.
Náhrada za starý kotol
Aby sme mohli správne zvoliť nový zdroj vykurovania, je potrebné poznať nielen tepelnú stratu objektu (prípadne ročnú spotrebu), ale aj teplotný spád na ktorý je vykurovací okruh naprojektovaný. U vykurovacích telies ide o dvojicu teplôt – teplotu vstupnej vody a teplotu výstupnej vody. Pokiaľ je napríklad teplota vody v prívodnom potrubí do vykurovacieho telesa 60 °C a teplota vody vo vratnom potrubí 45 °C, potom sa teplotný spád označuje 60/45 °C.
Tepelné čerpadlo vyrába hlavne nízkoteplotnú vodu cca do 40 °C pre účely vykurovania, predovšetkým veľkoplošného podlahového alebo stropného. Je známe, že čím nižšia je teplota vykurovacej vody, tým vyššia je účinnosť vykurovania. Tepelné čerpadlo môže dodávať aj teplú vodu, avšak jej maximálna teplota je limitovaná a čím je vyššia, tým s menším vykurovacím faktorom.
Teplotný spád má dvojaký význam. Po prvé ovplyvňuje tepelný výkon radiátora (čím teplejšia voda, tým radiátor viac kúri) a za druhé je potrebné mu prispôsobiť zdroj vykurovania (kotol, tepelné čerpadlo). Tu sa opäť hodí pripomenúť tabuľku 1, v ktorej je vidieť zhoršujúci sa vykurovací faktor pri vyššej teplote vykurovania. S obvyklými teplotnými spádmi, na ktoré boli vykurovacie sústavy projektované (75/65 °C, 70/50 °C alebo 70/60 °C) nemusí byť tepelné čerpadlo kompatibilné vôbec, alebo použiť pôjde, ale za cenu prevádzky v podmienkach na hony vzdialených optimálnom a za cenu nižšej účinnosti a vyšších prevádzkových nákladov. V prípade starších objektov si inštalácia tepelného čerpadla preto vyžiada buď modernizáciu vykurovacej sústavy alebo realizáciu nejakých úsporných opatrení (výmena okien, zateplenie fasády, rekuperácia a pod.).
Teplotný spád má dvojaký význam. Po prvé ovplyvňuje tepelný výkon radiátora (čím teplejšia voda, tým radiátor viac kúri) a za druhé je potrebné mu prispôsobiť zdroj vykurovania (kotol, tepelné čerpadlo). Tu sa opäť hodí pripomenúť tabuľku 1, v ktorej je vidieť zhoršujúci sa vykurovací faktor pri vyššej teplote vykurovania. S obvyklými teplotnými spádmi, na ktoré boli vykurovacie sústavy projektované (75/65 °C, 70/50 °C alebo 70/60 °C) nemusí byť tepelné čerpadlo kompatibilné vôbec, alebo použiť pôjde, ale za cenu prevádzky v podmienkach na hony vzdialených optimálnym a za cenu nižšej účinnosti a vyšších prevádzkových nákladov. V prípade starších objektov si inštalácia tepelného čerpadla preto vyžiada buď modernizáciu vykurovacej sústavy alebo realizáciu nejakých úsporných opatrení (výmena okien, zateplenie fasády, rekuperácia a pod.).
Kondenzačné kotle znížia v porovnaní s TURBO kotlami spotrebu plynu o zhruba 25–30 %. Vzhľadom k tomu, že u nich dochádza ku kondenzácii vodnej pary v spalinách, majú optimálne pracovné podmienky pri teplotách 55/35 °C (teplota na výstupu z kotla / teplota vratnej vody).
U kondenzačných kotlov sa dosahujú úspory nielen využitím kondenzačného tepla vodnej pary v spalinách, ale tiež možnosťou modulácie horáku, tj. schopnosťou prispôsobiť svoj výkon v rozsahu cca 10–100 %. Vďaka tomu kotol nemusí často vypínať/štartovať a pracuje plynule.
Nároky na inštaláciu
Pri tepelných čerpadlách sa požiadavky líšia v závislosti od typu. Pri stavebne najjednoduchšom variante vzduch/voda sa jedná predovšetkým o realizáciu prestupu medzi existujúcou kotolňou a vonkajšou jednotkou. Problém môže byť už len s nájdením samotného stanovišťa, ktoré treba voliť minimálne s ohľadom na dva aspekty – dostatočný priestor okolo čerpadla potrebný na prúdenie vzduchu a vzdialenosť od okien a susedných objektov kvôli hluku. Vonkajšia jednotka tepelného čerpadla by zároveň mala byť čo najbližšie k technickej miestnosti, respektíve vnútornej jednotke.
Ďalším krokom je elektro príprava pre tepelné čerpadlo a revízie. Tá zahŕňa úpravu existujúceho rozvádzača (montáž nového podružného rozvádzača), stavebné úpravy pre vedenie silových káblov (kosenie, vŕtanie, lišty). S inštaláciou tepelného čerpadla vzrastú nároky na elektrickú prípojku. Je možné, že bude potrebné navýšiť hlavný istič, alebo aspoň zmeniť existujúcu sadzbu na tarifu pre tepelné čerpadlá (D57D).
Ani v prípade náhrady starého plynového (TURBO) kotla za nový kondenzačný sa nevyhneme stavebným úpravám. Väčšinou však stačí do starého komínu – zjednodušene povedané – zasunúť polypropylénovú či nerezovú rúru zaisťujúcu odťah spalín, čím nám zároveň vznikne priestor medzi vonkajším plášťom a vnútornou rúrou slúžiacou ako prívod vzduchu ku kotlu. Ďalšou nutnou úpravou je zvedenie kvapkajúceho kondenzátu od kotla / komínu do kanalizácie.
Náklady na realizáciu
Obstarávacie náklady na tepelné čerpadlo znamenajú počiatočnú investíciu, ktorá sa u priemerne veľkého domu a typu vzduch/voda pohybuje bez dotácie okolo 10 až 15 tisíc eur a v závislosti na výkone, kvalite a aktuálnej vyťaženosti montážnych firiem môže byť aj vyššia. Keďže tepelné čerpadlá schopné pokryť plnú tepelnú stratu aj za najchladnejších dní sú nákladné a plný výkon je využívaný iba zlomok prevádzkovej doby, volí sa niekedy kombinácia tepelného čerpadla a bivalentného/záložného zdroja.
Kondenzačný plynový kotol (pri výmene za starý plynový) si vyžiada investíciu pohybujúcu sa v horizonte 2 - 4 tisíc eur. Nástenné kondenzačné kotle Buderus pre obytné budovy a priemyselné využitie sú nielen výkonné, ale šetria aj miesto. Ich technika je mimoriadne efektívna a je možné ich jednoducho zapojiť do spoľahlivého systému s obnoviteľnými energiami.
Prevádzkové náklady
Začnime opäť tepelným čerpadlom. To je poháňané elektrickou energiou, pričom cena dodanej kWh tepla je rovná podielu ceny elektriny a okamžitého vykurovacieho faktora. Pre hrubú predstavu je možné vychádzať z výrobcom deklarovaného sezónneho vykurovacieho faktora (SCOP) zodpovedajúcemu našim prevádzkovým podmienkam a príslušnej tarifnej sadzbe nášho dodávateľa energií. V čase písania tohto článku vychádzala jedna kWh pri sadzbe D56d určenej pre tepelné čerpadlá na 0,25 Eur . Ak budeme uvažovať SCOP na úrovni 3, dostaneme sa na čiastku cca 0,083 eur/kWh. U plynového kotla môžeme vyjsť priamo z cenníka distribútora, kedy v súčasnosti zaplatíme za 1 kWh niečo okolo 0,125 eur.
Ako pri tepelnom čerpadle, tak pri plynovom kondenzačnom kotli je samozrejme potrebné počítať s nákladmi na údržbu. Tie sú u oboch zariadení podobné az našich skúseností sa pohybujú v jednotkách stoviek až tisíc Eur za rok.
Záver
Odpoveď na otázku či zvoliť tepelné čerpadlo alebo kondenzačný plynový kotol nie je jednoznačná. Všeobecne do nových domov s priemernou tepelnou stratou maximálne na súčasnej požadovanej úrovni Uem ≤ 0,5 W/(m2·K), v ktorých je podlahové vykurovanie alebo iná nízkoteplotná vykurovacia sústava, je tepelné čerpadlo veľmi dobrou voľbou.
U starších domov s významne horším nižším priemerným súčiniteľom Uem a radiátormi naprojektovanými na prevádzku s plynovým kotlom bude pravdepodobne vhodnejší plynový kondenzačný kotol, ktorý spotrebuje v porovnaní s TURBO kotlom o cca 25–30 % menej plynu. Pri cene modernizácie vo výške cca 3200 Eur a nákladoch na plyn 2500 eur/rok (20 MWh spotreba / vyrobené 15 MWh tepla) bude návratnosť investície do kondenzačného kotle cca 5 rokov. Návratnosť investície do tepelného čerpadla je závislá na sezónnom vykurovacom faktore; u rovnakého domu by pri cene12 500 eur a SCOP = 3 bola 10 rokov, pri SCOP = 2,5 potom necelých 13 rokov.
Prečítajte si tiež:
Hlučnosť vonkajších jednotiek tepelných čerpadiel
Tepelné čerpadlo a ako mu porozumieť
Pravda a nepravda o tepelných čerpadlách
