Príjemná mikroklíma pri nízky prevádzkových nákladoch

V súčasnosti sa zmierujeme s tým, že nízke ceny energií patria minulosti. Stojíme na prahu výrazného zvyšovania cien fosílnych palív, porastie aj cena elektrickej energie. Keďže vyhriatie priestoru je prvoradou požiadavkou, keď teploty vonkajšieho vzduchu začnú klesať, začneme tým, aký zdroj tepla treba zvoliť. Tým najdôležitejším hľadiskom bude, aby jeho spotreba primárnej energie bola čo najnižšia a súčasne aby nevyžadoval nijakú obsluhu, bol plne automatický a nepotreboval doplnkové palivo.

Takéto zariadenie existuje. Nielenže dokáže mimoriadne lacno dodávať teplo do domu v zime, ale v prípade potreby aj chladiť prehriate priestory za horúcich letných dní. Je to tepelné čerpadlo, ktoré vie z okolia vykurovaného priestoru doslova pozbierať zo vzduchu, zeme alebo z vody tepelnú energiu a tú zlepšiť na úroveň vhodnú na vykurovanie a ohrev pitnej vody alebo vody v bazéne používanom buď sezónne, alebo po celý rok. A naopak, tepelné čerpadlo môže dodávať do domu aj chlad a odvádzané teplo z domu opäť vypúšťať do vzduchu, zeme alebo do vody.

Zo samotného fyzikálneho princípu tepelných čerpadiel vyplýva, že na svoju fun­kciu potrebujú dodať len asi 1/3 energie na pohon kompresora, ktorý je srdcom tepelného čerpadla, a zvyšné 2/3 energie má jeho majiteľ prakticky zadarmo.

Návratnosť sa zlepšuje

Nie je to tak dávno, čo sa hovorilo o tepelných čerpadlách ako o nesmierne drahých zariadeniach, ktoré sa neoplatí zadovážiť. Toto tvrdenie naozaj platilo asi pred desiatimi rokmi, ale stúpajúce ceny energií a aj mierne klesajúce ceny tepelných čerpadiel spôsobili, že tepelné čerpadlo sa počas svojej životnosti niekoľkokrát zaplatí. Tento trend bude aj naďalej pokračovať a predpokladá sa, že v dohľadom čase ekonomická návratnosť tepelných čerpadiel klesne na asi päť rokov, čo je pri ich bežnej technickej životnosti (okolo 20 rokov) určite zaujímavé zistenie. Za predpokladu cenového vývoja sa dá očakávať, že dosahované úspory prekračujú pri bežnom rodinnom dome milión korún.

Z finančného hľadiska by sa pomerne ťažko hľadalo lepšie zhodnotenie finančných prostriedkov ako práve využitím tepelného čerpadla. Práve preto sú v krajinách EÚ inštalované státisíce tepelných čerpadiel (napr. vo Švédsku viac ako 500 000 kusov) a tento trend nielen pokračuje, ale je zaznamenaný aj medziročný nárast. Podobná situácia je aj u nás, ale s počtom asi 7 000 nainštalovaných tepelných čerpadiel rozličných systémov a výkonov sme iba na začiatku ich éry; celkový potenciál ich inštalácií je asi 420 000 kusov.

Odkiaľ zobrať teplo

Podrobnosti o funkcii a inštalácii tepelného čerpadla sú nad rámec tohto článku, bližšie sa pozrieme iba na možné zdroje energie v okolí domu. Základnou myšlienkou je, že z hĺbky zeme sa pomocou uložených plastových rúrok, v ktorých prúdi teplonosná látka, získa primárna energia. To možno pomerne ľahko pochopiť. Horšie je to s pochopením systémov, ktoré získavajú tepelnú energiu zo vzduchu. Technický pokrok zašiel tak ďaleko, že kvalitné tepelné čerpadlá dokážu bez problémov odoberať tepelnú energiu zo vzduchu s teplotou viac ako 0 °C, ale aj zo vzduchu, ktorý má teplotu hoci aj –10 °C. Niektoré tepelné čerpadlá môžu odoberať teplotu aj zo vzduchu s teplotou až –20 °C, podľa najnovších údajov dokonca –25 °C; tomu sa dá už len ťažko uveriť. Napriek tomu to funguje. Treba však dodať, že výkon takéhoto čerpadla je iný pri teplote vonkajšieho vzduchu +10 °C než pri –20 °C, keď je, samozrejme, nižší, ale ešte vždy stojí zato využívať ho.

Keďže sme stredoeurópska krajina a teplota vzduchu počas vykurovacej sezóny sa priemerne pohybuje okolo +4 °C, práve tepelné čerpadlá odoberajúce teplo zo vzduchu (nazývajú sa vzduch – voda) sú tým správnym riešením pre naše klimatické podmienky.

Podstatné je, že nevyžadujú nijaké súvisiace zemné práce, ako je to pri tepelných čerpadlách odoberajúcich tepelnú energiu zo zeme (zem – voda). Pre ne treba podľa výkonu zakopať pod nezamŕzajúcu hĺbku zväčša stovky metrov plastových rúrok a naplniť ich nemrznúcou zmesou, odborne nazývanou soľanka, alebo realizovať hlbinné vrty, pre bežný rodinný dom do hĺbky aj 100 m. S tým sú späté náklady, práce a získanie zvláštnych povolení na vykonanie vrtu.

V našich podmienkach sú vhodnejšie vzduchové tepelné čerpadlá, čo je stredoeurópsky a juhoeurópsky trend, čím však v nijakom prípade nezavrhujeme zemné tepelné čerpadlá, pretože aj tie majú svoje opodstatnenie.

Vykurovací systém

Keď už sme si povedali čo-to o zdrojoch tepla alebo chladu, treba sa pozrieť aj na to, ako lacno získanú tepelnú energiu rozviesť do priestorov, ktoré chceme vykurovať alebo naopak chladiť. Dôležité je vedieť, že bežné tepelné čerpadlá dodávajú vykurovaciu vodu do vykurovacích systémov s teplotou do asi 55 °C. Tomu sa musí prispôsobiť vykurovací systém, ktorému sa hovorí nízkoteplotný.

Ak chceme tepelným čerpadlom čo najväčšmi ušetriť, treba, aby teplota vykurovacej vody bola čo najnižšia, a pritom dostatočne vykúrila priestory. Na tento účel je ideálne podlahové teplovodné vykurovanie, ktorého teplota vykurovacej vody býva okolo 35 °C. Možno použiť aj vykurovacie telesá; aby však nemuseli byť mimoriadne veľké, počíta sa ich rozmer na teplotu asi 50 °C, ktorú síce tepelné čerpadlo zvládne, ale, žiaľ, s menšími energetickými úsporami ako pri podlahovom vykurovaní. Preto tam, kde je to možné, inštalujeme kvalitné podlahové vykurovanie.

Ako sme už spomínali, tepelným čerpadlom možno nielen vykurovať, ale aj chladiť. Aj do podlahového vykurovania možno v lete opatrne púšťať ochladenú vodu; súčasne automatika stráži, aby vzdušná vlhkosť nekondenzovala na ochladenej podlahe. Pustiť chladiacu vodu do vykurovacích telies nie je možné – na kovových telesách by sa čoskoro vytvorili kvapky vody a kvapkali by na zem. Na tento účel sa však vyvinuli jednotky, do ktorých sa privádza studená voda, ventilátor okolo rebier nasadených na rúrke so studenou vodou preháňa vzduch, ktorý sa ochladí a potom ochladzuje priestor. Do týchto jednotiek možno v zimnom období namiesto studenej – chladiacej – vody púšťať teplú vodu a priestor vykurovať.

Absolútne ideálnym spôsobom ochladzovania priestorov je tzv. chladiaci strop, čo je pravý opak podlahového vykurovania, keď sa chlad zo stropu prirodzeným spôsobom regulovane spúšťa k podlahe. Hoci je toto riešenie najlepšie, ide o ďalší systém, ktorý prináša zbytočné náklady. Tepelnú energiu získanú tým, že prehriate miestnosti ochladzujeme, možno využiť pri tepelných čerpadlách systému zem – voda na to, že sa prostredníctvom rúrok uložených v zemi teplo ukladá do zásoby na zimu a tým sa zefektívňuje prevádzka tepelného čerpadla v režime vykurovania. Pri tepelných čerpadlách vzduch – voda využívajú niektorí výrobcovia odpadové teplo na ohrev vody alebo bazéna. Pozreli sme sa na to, ako dosiahnuť správnu tepelnú pohodu tak v zime, ako aj za horúcich letných dní. Dospeli sme k záveru, že múdre tepelné čerpadlo nám ušetrí náklady.

Svieži vzduch

Ďalšou dôležitou podmienkou príjemného pobytu je čistý, optimálne vlhký a svieži vzduch. Dosiaľ najpoužívanejší spôsob, ako to dosiahnuť, je vetranie oknami. Žiaľ, práve vzhľadom na to, že tepelná energia je drahá, utesňujú sa okenné otvory modernými oknami, aby nič neutieklo von, čo platí aj opačne: čerstvý vzduch sa prakticky nedostane dovnútra. Neostáva teda nič iné, ako podľa uváženia vetrať oknom; veľmi často sa však vetrá nedostatočne, čo znamená, že sa neodvetráva vlhkosť, ktorá v miestnostiach vzniká na základe pobytu a činnosti ľudí, a neodvetrajú sa ani splodiny z dýchania – najmä oxid uhličitý a pod. Podľa predpisov by sa mal vzduch v obytných priestoroch vymieňať raz za 2 hodiny.

Po výmenách okien sa môžeme stretnúť s tým, že v chladných miestach vznikajú plesne, ktoré tam predtým neboli. To isté platí aj pri novostavbách, kde sa neráta s účinným vetraním. Nikomu sa nechce púšťať z domu teplo, ale aj tu existuje riešenie. Hovorí sa o riadenom vetraní s rekuperáciou. Klasická rekuperácia znamená, že z priestorov, kde vznikajú pachy a vlhkosť, sa odsáva znehodnotený vzduch, zvonka sa nasáva čerstvý, ktorý sa v rekuperačnej jednotke predhreje teplom, ktoré sa odoberie vypúšťanému vzduchu, a ohriaty vzduch sa privádza do obytných miestností. Systém pracuje celkom spoľahlivo, stráca sa iba asi 10 % tepla pri jeho odovzdávaní čistému vzduchu, ale prakticky po celú zimu nemusíme otvoriť okno, pričom vzduch sa vymieňa.

Dokonalé rekuperačné jednotky bývajú niekedy vybavené aj možnosťou privádzaný vzduchu zvonku buď v zime prihriať, alebo v lete ochladiť zabudovaným malým tepelným čerpadlom so systémom vzduch – vzduch. Rekuperačné systémy sa ešte vždy pomerne málo využívajú, ich čas príde, až keď bude dostatočná osveta.
Zaujímavým zariadením, ktoré plní podobnú funkciu ako klasická rekuperácia vzduchu, sú tepelné čerpadlá určené na ohrev vody, využívajúce odpadový vzduch, ktorý odsávajú.

Zariadenie funguje tak, že z miest výskytu domového zápachu a zvýšeného výskytu vodných pár, ako sú kúpeľne, WC, kuchyne, práčovne a pod., odsáva znehodnotený teplý vzduch, z ktorého si malé tepelné čerpadlo odčerpá tepelnú energiu a odovzdá ju do bojlera s pitnou vodou. Tak vodu ohreje, pričom odvádzaný (znehodnotený) vzduch sa vypúšťa mimo objektu. Tým, že sa odsáva znehodnotený vzduch, nastáva v dome podtlak a do domu sa netesnosťami a mikroklimatizáciou v nových oknách nasáva čerstvý vzduch. Tento vzduch sa, samozrejme, od vykurovacieho systému ohreje, pretože pri návrhu sa s výmenou vzduchu počíta, takže dosiahneme to, že podtlakovo vetráme a súčasne máme teplú vodu takmer zadarmo.

S uvedenými zaradeniami splníme všetky požiadavky na vysoký pobytový komfort pri najnižších prevádzkových nákladoch, kladené v úvode. Treba rátať s určitými zaobstarávacími nákladmi, ktoré však nie sú až také vysoké, ako by sa mohlo na prvý pohľad zdať.

Josef Slováček, Termo komfort, s. r. o.
Foto: autor