Ako nainštalovať tepelné čerpadlo, aby ste znížili svoje účty za energie?

Tepelné čerpadlo vyžaduje na prevádzku kompresora elektrinu (iné elektrické systémy potrebné na prevádzku tepelného čerpadla spotrebúvajú v porovnaní s kompresorom malé množstvo energie). Primárnou úlohou kompresora je stlačiť plyn ( chladivo ) na zvýšenie jeho teploty, čo umožňuje, aby sa energia extrahovaná z vonkajšieho vzduchu (často studeného) dodávala do budovy a využívala sa na vykurovanie miestností alebo teplej úžitkovej vody (TÚV). Čím viac práce musí kompresor vykonať na prenos energie zo studeného vonkajšieho vzduchu na horúcu kotlovú vodu alebo TÚV, tým viac energie musí spotrebovať. Pomer spotrebovanej elektrickej energie k získanej vykurovacej energii sa nazýva COP (energetická účinnosť). Napríklad COP=4 znamená, že na každý 1 kilowatt (1 kW) elektriny spotrebovanej zo siete dodá tepelné čerpadlo budove 4 kW tepelnej energie. Čím väčší je teplotný rozdiel medzi vonkajším vzduchom (Tz) a teplotou vykurovacieho systému (Twout), tým nižšia je účinnosť tepelného čerpadla a tým viac energie odoberá zo siete, aby poskytlo rovnaké množstvo tepla v budove. Pamätajte, že tepelné čerpadlo „nevyrába“ teplo z elektriny; Na prenos energie z vonkajšieho vzduchu do budovy je potrebná elektrina.

To, či tepelné čerpadlo spotrebuje viac energie, ako sa očakáva, závisí od mnohých faktorov. Pri analýze tejto problematiky si treba položiť nasledujúce otázky:

Bolo tepelné čerpadlo správne vybrané tak, aby spĺňalo energetické potreby budovy a je budova vôbec vhodná na jeho inštaláciu?
Je vykurovací systém správne nainštalovaný? To sa týka inštalácie v strojovni (tiež známej ako kotolňa) aj inštalácie tepelných prijímačov, ako sú radiátory alebo podlahové kúrenie.
Sú prevádzkové parametre tepelného čerpadla prispôsobené špecifickej inštalácii alebo požiadavkám používateľa?
Používa sa zariadenie správne alebo sa zmenilo správanie používateľa v porovnaní s predchádzajúcim vykurovacím zariadením?
Boli naše očakávania alebo uistenia predajcu týkajúce sa možnej spotreby energie realistické, alebo sme boli uvedení do omylu?

Aby sme odpovedali na zdanlivo jednoduchú otázku o vysokej spotrebe energie, musíme sa na všetky tieto problémy pozrieť bližšie. Začnime teda od začiatku: výberom správneho tepelného čerpadla pre vykurovacie potreby budovy a overením uskutočniteľnosti inštalácie zariadenia v danej budove.

Prvým a najdôležitejším krokom je správny výber tepelného čerpadla pre konkrétnu budovu, vykurovací systém a požiadavky používateľa. Častou chybou, s ktorou sa stretávame, je výpočet potrebného výkonu tepelného čerpadla výlučne na základe úžitkovej podlahovej plochy, napríklad rodinného domu. Pri tejto metóde inštalatér predpokladá určitý účinník na meter štvorcový (1 m² ⁾ a vynásobí ho podlahovou plochou budovy. Táto metóda je veľmi nepresná a často vedie k vážnym následkom, ako je napríklad výrazné podhodnotenie výkonu tepelného čerpadla vzhľadom na potrebu budovy. Množstvo tepelnej energie potrebnej na vykurovanie danej budovy na m² sa ^môže výrazne líšiť v závislosti od stavebnej technológie budovy, typu a triedy izolácie podlahy, stien a strechy, konštrukcie budovy, počtu a typu okien a dverí a mnoho, mnoho ďalšieho. Napríklad budova s úžitkovou plochou 150 m² ^môže mať potrebu vykurovania (pri návrhovej teplote napr. -20 ^° C) 2,25 kW – pasívny dom (15 W/m² ⁾ , alebo dokonca 18 kW – v staršej, neizolovanej budove (120 W/m² ⁾ . To predstavuje osemnásobný rozdiel! Ak má budova koeficient nad 60 – 70 W/m², mala by sa zvážiť ^tepelná modernizácia, pretože aj dobre zvolené tepelné čerpadlo v takejto budove spotrebuje značnú energiu, čo je priamy dôsledok zlej tepelnej izolácie. Ak sa tepelné čerpadlo vyberie v tejto fáze, výkon je príliš nízky, nielenže budove hrozí nedostatočné vykurovanie, ale tiež sa výrazne zvyšuje spotreba energie zariadenia. V tomto prípade čerpadlo po väčšinu vykurovacej sezóny namiesto plynulej modulácie vykurovacieho výkonu (zvyšovania COP) pracuje na maximálny výkon (nižší COP) a rýchlo sa začne spoliehať na zabudovaný elektrický ohrievač, ktorý je potrebný ako špičkový zdroj tepla, ak v budove nie je iný dodatočný zdroj tepla. Pri správnom výbere zariadenia elektrický ohrievač podporuje kompresor pri vonkajších teplotách, často pod -10 ^° C. Ak však tepelné čerpadlo vyžaduje podporu pri vonkajších teplotách okolo 0 ^° C alebo vyšších, je to často spôsobené nesprávnym výberom alebo inštaláciou. Je dôležité pamätať na to, že správne vybrané tepelné čerpadlo by malo využívať špičkový zdroj tepla, ale iba pri nízkych, dobre záporných vonkajších teplotách. Ak však tepelné čerpadlo ohrievač vôbec nevyžaduje, napríklad pri -20 ^° C Tz, môže to znamenať výber zariadenia s príliš veľkým výkonom vzhľadom na dopyt. V tomto prípade investičné a prevádzkové náklady nie sú v prospech investora.

Ďalším kľúčovým aspektom, hneď po správnom výbere, je správna inštalácia zariadenia a prispôsobenie vykurovacieho systému jeho špecifickým prevádzkovým parametrom. Často prehliadaným, ale kľúčovým pre správnu prevádzku tepelného čerpadla je správny prietok vykurovacej vody a jej primerané množstvo vo vykurovacom systéme. Pre zjednodušenie použijem príklad 10 kW tepelného čerpadla, ako je napríklad monoblok KAISAI KHC-10RY3 . Aby tepelné čerpadlo dodalo 10 kW vykurovacej energie, je potrebný prietok kotlovej vody približne 1,7 metra kubického za hodinu (1,7 m³/h) ^. Zjednodušene povedané, ^na každý 1 kW vykurovacieho výkonu tepelného čerpadla je potrebný prietok približne 0,17 m³ vody. Čím vyšší je výkon, tým väčší je potrebný prietok vody vykurovacím systémom. Vodné čerpadlo vyrobené z výroby môže dosiahnuť výrazne vyšší prietok, ale to závisí od hydraulického odporu daného systému. Čím väčší je odpor, tým nižší je maximálny prietok, ktorý závisí od mnohých faktorov: priemer potrubia, dĺžka systému, počet kolien, typ ventilov a ďalších hydraulických komponentov a mnoho ďalších faktorov, ktoré musí inštalatér (inštalatér) zvážiť. Ak nie je zabezpečený dostatočný prietok vody, tepelné čerpadlo zníži svoj výkon, aby chránilo chladiaci systém a zabezpečilo optimálne prevádzkové parametre. V tejto situácii namiesto zakúpenia a inštalácie tepelného čerpadla s výkonom 10 kW skončíme so zariadením, ktoré dodáva napríklad maximálne 6 kW vykurovacieho výkonu, čo sa rovná nesprávnemu výberu. Keď sa tepelné čerpadlo zníži z 10 na 6 kW vykurovacieho výkonu, začne oveľa skôr využívať elektrický ohrievač, čím sa zvýši plánovaná spotreba energie. Našťastie, náklady na zlepšenie inštalácie len v strojovni sú výrazne nižšie ako na výmenu celého tepelného čerpadla. Treba zvážiť aj inštaláciu na strane prijímača tepla, t. j. radiátory, podlahové vykurovanie alebo zmiešané vykurovanie. Pri výmene starého kotla za tepelné čerpadlo sa inštalatér nemusí uistiť, že parametre systému sú kompatibilné s čerpadlom. Napríklad teplota prívodného potrubia radiátora prekračuje možnosti čerpadla alebo spôsobuje veľmi nízku účinnosť jednotky. Zníženie maximálnej teploty vykurovacieho systému z 55 ^° C na 50 ^° C alebo 45 ^° C výrazne zníži náklady na kúrenie. Je tiež dôležité pamätať na to, že tepelné čerpadlo pracuje s teplotným rozdielom 5 ^{°C medzi vykurovacím systémom a systémom.}C (rozdiel medzi prívodom a spiatočkou zo systému), a nie 15 alebo dokonca 20 ℃, ako je to často v prípade kotlov na tuhé palivo. To si vyžaduje výrazne vyššie prietoky vody v systéme, čo je potrebné zohľadniť pri inštalácii. Nedostatočný odvod tepla na strane systému priamo ovplyvňuje zvýšenú spotrebu elektriny tepelným čerpadlom. Dôležitá je aj ochrana pred zbytočnými tepelnými stratami v priestoroch, ktoré nie sú určené na vykurovanie. To sa týka predovšetkým dostatočnej izolácie freónového systému v delených tepelných čerpadlách a izolácie vodovodných potrubí v neizolovaných miestnostiach. Akákoľvek takáto strata energie zvyšuje aj náklady na vykurovanie.

Správne nastavenie prevádzkových parametrov je ďalším faktorom, ktorý ovplyvňuje komfort a prevádzkové náklady tepelného čerpadla. Najčastejšou chybou je nastavenie príliš vysokej teploty teplej úžitkovej vody (TÚV) v zásobníku. Väčšina nových používateľov tepelných čerpadiel si zvyčajne nastavuje veľmi vysokú teplotu TÚV, ktorá dosahuje 50 alebo 55 ^° C alebo aj viac. Takáto vysoká teplota vody v zásobníku vytvára zbytočné náklady bez zlepšenia komfortu bývania. Pamätajte, že čím vyššia je teplota vody vychádzajúcej z tepelného čerpadla, tým nižšia je jeho účinnosť. V prípade TÚV sa v zásobníku pridáva ďalší výmenník tepla vo forme špirály, čo znamená, že teplota vody v zásobníku bude vždy nižšia ako teplota kotlovej vody vychádzajúcej z tepelného čerpadla. To znamená, že na dosiahnutie napríklad 50 ^° C v zásobníku TÚV musí tepelné čerpadlo ohriať kotlovú vodu na 55 alebo dokonca 60 ^° C, čo znižuje účinnosť tepelného čerpadla a zvyšuje náklady na vykurovanie. Je dôležité pochopiť, že voda s teplotou nad 38 ^° C sa považuje za horúcu pre ľudské telo a nad 40 ^° C dokonca za veľmi horúcu. Preto, aby sme sa vyhli obareniu, miešame pri kohútiku teplú a studenú vodu. Nie je to nezvyčajné, keď si predstavíme teplú vodu v bytovom dome alebo z kotla na tuhé palivo. V bytovom dome platíme za kubický meter teplej ^vody , takže čím je teplejšia, tým menej spotrebujeme, pretože pridávame viac studenej vody. V kotloch na tuhé palivo platí, že čím vyššia je teplota ohriatej vody, tým lepší je proces spaľovania v samotnom kotli. V tepelnom čerpadle je však opak pravdou! Pridávanie príliš veľkého množstva studenej vody na dosiahnutie komfortnej teploty plytvá energiou potrebnou na ohrev teplej vody. Odporúča sa začať nastavením teploty zásobníka TÚV na približne 40 ^° C na regulátore tepelného čerpadla. Ak pravidelne pociťujete nedostatok teplej vody počas období vyššej spotreby (napr. večer), môžete postupne zvyšovať teplotu o 1 alebo 2 ^° C, kým nebude množstvo teplej vody dostatočné. Vyhnite sa zvyšovaniu teploty v krokoch, napríklad o 5 ^° C.

Ďalším dôležitým parametrom, ktorý ovplyvňuje zvýšenú spotrebu energie tepelným čerpadlom, je teplota vykurovacieho systému . Najlepším riešením je nastaviť teplotu vykurovacieho systému tak, aby pri danej vonkajšej teplote nebolo v dome ani príliš horúco, ani príliš chladno, bez nutnosti manuálneho nastavovania ventilov radiátorov alebo vypínania celého tepelného čerpadla termostatom. Na dosiahnutie tohto cieľa je potrebné vhodne nastaviť vykurovaciu krivku, ktorá umožní tepelnému čerpadlu automaticky upravovať teplotu vo vykurovacom systéme pri zmene vonkajšej teploty. To je obzvlášť dôležité pre radiátorové systémy, kde je teplota vykurovacieho systému už výrazne vyššia ako pri podlahovom vykurovaní, a preto sa znižuje aj účinnosť čerpadla. Nastavenie príliš vysokej teploty radiátorov a jej znižovanie pomocou radiátorových termostatov tiež zvyšuje prevádzkové náklady tepelného čerpadla.

Prečítajte si tiež: Ktoré radiátory pre tepelné čerpadlo by ste si mali vybrať ?

Ďalším mimoriadne energeticky náročným prvkom je cirkulácia teplej úžitkovej vody . Mnoho ľudí si neuvedomuje, koľko energie tento typ systému ročne spotrebuje. Ak ho už musíme bezpodmienečne používať, mali by sme použiť plánovač cirkulácie TÚV. Ten zabezpečí, že budeme mať okamžitý prístup k teplej vode z kohútika iba počas určitých hodín a počas našej neprítomnosti nebudeme chladiť zásobník TÚV zbytočnou cirkuláciou. Existuje mnoho ďalších parametrov, ktoré ovplyvňujú spotrebu energie tepelného čerpadla, ale tie vyššie uvedené majú najväčší vplyv a každý používateľ má možnosť ovplyvniť ich nastavenia. Ukazuje sa, že mnohí ľudia výrazne zmenia svoje vykurovacie návyky, keď nahradia nepraktický a ťažkopádny kotol na tuhé palivo moderným automatickým tepelným čerpadlom. Čas sprchovania sa veľmi často predĺži aj niekoľkonásobne, pretože nie je potrebné vopred prikladať do kotla uhlie. Niekedy teplota v dome náhle stúpne, pretože nie je potrebné každý deň do kotla prikladať uhlie. Toto správanie výrazne zvyšuje predpokladanú spotrebu energie tepelného čerpadla. V extrémnych prípadoch nemusí byť ani dobre vybrané a nakonfigurované tepelné čerpadlo schopné zvládnuť tento typ prevádzky a napríklad nedosiahne očakávanú vnútornú teplotu 23 ^° C počas silných mrazov. Je to preto, že štandardná energetická potreba budovy sa vypočítava pre vnútornú teplotu 20 alebo 21 ^° C pri projektovanej teplote (napr. -20 ^° C), nie 23 ^° C. Každé zvýšenie vnútornej teploty o 1 ^° C sa premieta do 5 až 15 % zvýšenia potreby vykurovacej energie, alebo až o 30 % viac, ako sa predpokladalo vo fáze výberu. Znalosť plánovanej cieľovej vnútornej teploty zo strany inštalatéra je kľúčová. To isté platí pre spotrebu teplej úžitkovej vody (TÚV). Všeobecne sa predpokladá, že každý používateľ spotrebuje v priemere približne 50 litrov teplej úžitkovej vody (TÚV) denne. Ak však použijeme dažďovú sprchovú hlavicu s prietokom až 40 – 50 litrov za minútu alebo strávime v štandardnej sprche oveľa dlhšie ako zvyčajne, môžeme nakoniec spotrebovať viac vody, ako sa očakáva pre štvorčlennú rodinu. Preto je dôležité si uvedomiť vplyv spotreby TÚV na prevádzkové náklady tepelného čerpadla.

Na záver sa dotkneme samotnej spotreby elektriny tepelného čerpadla. Bohužiaľ, často sa stávame obeťami nečestných predajcov, ktorí sa nám snažia zariadenie predať za každú cenu a často sľubujú zlomok nákladov na vykurovanie tepelným čerpadlom v porovnaní napríklad s kotlom na uhlie alebo pelety. V niektorých prípadoch sú určite dosiahnuteľné výrazné úspory, dosahujúce desiatky percent (v ročných nákladoch), ale nie vždy. Platí to najmä pri výmene tzv. „odpadkových“ kotlov, ktoré boli predtým vykurované drevom alebo ťažkým uhlím, a dom nemá najlepšiu izoláciu a navyše má radiátorové kúrenie s relatívne vysokými teplotami kotlovej vody. V niektorých prípadoch by sa bez tepelnej modernizácie (t. j. zateplenie budovy, výmena okien a výmena radiátorov za nízkoteplotné radiátory) tepelné čerpadlo nemalo inštalovať vôbec. Vzhľadom na veľmi vysoký dopyt po vykurovacej energii a veľmi vysoké parametre vykurovacieho systému môžu byť náklady na prevádzku tepelného čerpadla výrazne vyššie ako náklady na nákup dreva alebo uhlia pre kotol. Je to tiež preto, že tepelné čerpadlo neustále monitoruje teplotu budovy a dodáva toľko energie, koľko budova potrebuje na dosiahnutie nastavenej teploty, pričom proporcionálne odoberá zo siete 24 hodín denne. V takýchto budovách je teplo často k dispozícii iba vtedy, keď je kotol zapnutý, napríklad dvakrát denne. Skoro ráno alebo tesne pred návratom domov je budova často už vychladená, takže spotreba energie je výrazne nižšia, pričom teplota kolíše medzi 16 a 22 ^° C. Tepelné čerpadlo neustále monitoruje napríklad 22 ^° C, takže z hľadiska energie budova spotrebuje výrazne viac, ako spáli uhlie alebo drevo. Samozrejme, existujú situácie, v ktorých je použitie tepelného čerpadla veľmi výhodné z finančného hľadiska a predovšetkým z hľadiska komfortu. Vezmime si napríklad dom s rozlohou 150 metrov štvorcových vybavený kondenzačným plynovým kotlom a samotná budova je dobre izolovaná podlahovým kúrením (WT 2021, EU = 55 kWh/m² ^/ rok). Odhadované ročné náklady na plynové vykurovanie môžu byť približne 4 360 PLN. Ak takýto kotol nahradíme tepelným čerpadlom spolu s fotovoltaickou inštaláciou s výkonom 5 KWP, prevádzkové náklady na tepelné čerpadlo vzduch/voda budú približne 1 880 PLN, čo predstavuje úsporu približne 43 % ročne (zdroj: „Príklad ročných nákladov na vykurovanie nového rodinného domu s vykurovanou plochou 150 m2 ^... “ PORT PC v prvom štvrťroku 2024). Uvedené údaje sú samozrejme výpočty a nemôžu byť vždy založené na nich ako budúce prevádzkové náklady nášho tepelného čerpadla v našom dome. Priemerný, vzorový dom s rozlohou približne 150 m2 ^, postavený v rokoch 2010 – 2015 v poľskej klimatickej zóne III bez tepelnej modernizácie, potrebuje približne 40 – 50 W/ ^{m2 .}Vykurovacia potreba takejto budovy pri jej návrhovej teplote je typicky 7 – 8 kW. Dobre zvolené tepelné čerpadlo s podlahovým vykurovaním dokáže ročne spotrebovať 4 000 až 5 000 kWh elektriny a s nízkoteplotným radiátorovým vykurovaním 5 000 až 6 000 kWh. Preto si môžete odhadnúť náklady na nákup energie pri danej tarife elektriny. Je tiež dôležité pamätať na to, že dom postavený v rovnakom čase a s rovnakou plochou, ale s rôznymi technickými parametrami (typ a kvalita izolácie, prípadne technický stav budovy) môže mať až dvojnásobnú vykurovaciu potrebu! Nenechajte sa preto oklamať predajcami sľubujúcimi maximálnu spotrebu elektriny 2 000 kWh ročne z tepelného čerpadla, pretože to je jednoducho nereálne (pokiaľ nemáte pasívny dom). Taktiež neporovnávajte svoje prevádzkové náklady s inými, napríklad na sociálnych sieťach, tým, že uvádzate iba vykurovanú plochu budovy, pretože existuje oveľa viac faktorov ovplyvňujúcich spotrebu energie tepelného čerpadla.

Stručne povedané, správny výber, inštalácia, konfigurácia a následná prevádzka tepelného čerpadla majú obrovský vplyv na spotrebu energie zariadenia. Ak je každý z týchto prvkov optimálne vybraný, nainštalovaný alebo nastavený, budeme si užívať lacný, ekologický a mimoriadne pohodlný zdroj tepla: tepelné čerpadlo.

Autor: Dariusz Stachura – produktový manažér pre tepelné čerpadlá Klima-Therm.

Ďalší článok