Prostřednictvím níže uvedeného článku vám dokážeme, že vyšší investiční náklady do tepelných čerpadel země - voda se vrací již kolem 6. až 9. roku provozu. Samozřejmě, že záleží na tom, s jakým zdrojem energie jsou tepelná čerpadla srovnávána. Předpokládaná životnost geotermálních systémů tepelných čerpadel je přitom až 100 let.
Chcete dozvědět, na jakém principu fungují tepelná čerpadla země - voda?
Často kladeným dotazem v souvislosti se zemními tepelnými čerpadly je ekonomická návratnost vložené investice. Po několika letech provozu a zjištěných reálných spotřebách tepla a chladu provedla Nadace partnerství výpočet prosté doby návratnosti dané technologie tepelných čerpadel s geotermálními vrty. K výpočtu prosté návratnosti je vždy nutné vztáhnout návratnost k určitému konzervativnímu řešení zdroje tepla a chladu. Jako konzervativní varianta byla zvolena plynová kotelna a výrobník chladu na střeše objektu s mařením odpadního tepla
do vzduchu.
Níže jsou uvedeny reálné investiční a provozní náklady instalované technologie TČ a předpokládané (odborný odhad daný výpočty a poptávkami technologie) investiční a provozní náklady konzervativního řešení plynové kotelny s výrobníkem chladu.
Při výpočtech návratnosti je také nutné uvědomit si životnost daného zařízení. U technologie tepelných čerpadel země vod s geotermálními vrty ve výše popsaném objektu lze vzhledem k provozním podmínkám reálně uvažovat s životností 25–30 let, přičemž po dané době dojde k výměně pouze technologie strojovny (případně jen části). U vrtů se počítá s životností v řádu 100 let.
Technologie tepelných čerpadel s geotermálními vrty:
Technologie plynové kotelny a výrobníku chladu na střeše objektu:
Výpočet prosté návratnosti investice:
Naproti tomu u konzervativní varianty plynové kotelny s výrobníkem chladu lze předpokládat výměnu celého zařízení již
v horizontu 10–15 let dle dlouhodobých zkušeností s danou
technologií.
Tento fakt do výpočtu návratnosti, resp. ziskovosti technologií tepelných čerpadel v delším časovém horizontu značně promlouvá a je nutné si jej uvědomit.
Systém tvoří kaskáda čtyř paralelně zapojených tepelných čerpadel IVT EQ E17 o celkovém výkonu 62,4 kW. Tato technologie je napojena na primární okruh tepelných čerpadel tvořený osmi geotermálními vrty vystrojenými dvouokruhovou sondou GEROtherm v celkové délce 905 m. Před realizací vrtného pole byl projektantem geotermálních vrtů, firmou GEROtop spol. s r.o., navržen a pilotní zkušební vrt, který byl podroben testu teplotní odezvy horninového prostředí ,tzv. TRT test. TRT test je mezinárodně osvědčený a uznávaný postup pro zjištění tepelných parametrů podloží. Kompletně vystrojený geotermální vrt je při měření zatížen předepsaným tepelným výkonem po
předepsaný časový úsek. Tím je podloží aktivováno k teplotní odezvě (response) a díky měření a záznamu dat nám dovoluje výpočet efektivní tepelné vodivosti v okolním horninovém prostředí. Dále je při testu měřena klidová teplota podloží, teplotní profil a tepelný odpor provedené vrtu. Tyto specifické hodnoty jsou nejdůležitějšími veličinami pro efektivní a ekonomické
navrhování geotermálních zařízení vyšších výkonů. Provedený zkušební vrt na dané lokalitě značně snížil původní předpoklad navrhované metráže vrtů a tím přispěl k úspoře investičních nákladů. Výhodou tohoto měření je také fakt, že pilotní vrt neslouží pouze pro účely měření a dimenzování daného zařízení. Po provedeném průzkumu a návrhu zbylého počtu a metráže
vrtů je tento zkušební vrt nedílnou součástí vrtného pole.
Základní parametry obou napojených objektů jsou patrné níž z tab. č. 1.
| rok 2013 | rok 2014 | rok 2015 | rok 2016 | |
| Vytápění objekt B | 32,13 | 14,90 | 17,56 | 19,65 |
| Vytápění objekt C | 28,56 | 16,80 | 18,68 | 20,18 |
| Chlazení objekt B | 29,67 | 27,10 | 33,51 | 38,48 |
| Chlazení objekt C | 18,87 | 10,20 | 13,00 | 12,68 |
| Spotřeba tepla na vytápění celkem | 60,69 | 31,70 | 36,24 | 39,83 |
| Spotřeba chladu celkem | 48,54 | 37,30 | 46,51 | 51,15 |
| Spotřeba tepla na TV celkem | 3,01 | 3,84 | 4,16 | 3,93 |
| Skutečná spotřeba energie celkem | 112,24 | 72,84 | 86,91 | 94,90 |
Kaskáda tepelných čerpadel je napojena na otopný systém, který je tvořen zejména velkoplošným systémem aktivace betonového jádra (BKT) a podlahovým vytápěním. Díky tomuto způsobu vytápění založeném zejména na principu radiace je maximální výstupní teplota z tepelných čerpadel cca 40°C a to i za velmi mrazivých zimních dnů. Tepelná čerpadla dále dodávají teplo do akumulačního zásobníku teplé vody a do vzduchotechnické jednotky. Chlazení objektu opět využívá
možností aktivace betonového jádra (BKT) a systému velkoplošného chlazení, který umožňuje tzv. pasivní chlazení z vrtů, tedy využívání chladu z vrtů pouze za cenu příkonu oběhového čerpadla na primárním okruhu. V zimním období, kdy jsou vrty vychlazeny odběrem tepla se pohybuje střední teplota média z vrtů kolem hodnoty 3–4 °C. Chlazení je v tu dobu využito pouze pro místnost servrovny. Ovšem i v letním období, kdy je požadavek na chlazení dominantní, nepřesahuje teplota média ve vrtech 14 °C, a tak ji lze bez problémů využívat z velké části bez nutnosti spínání kompresorů TČ.
Systém je napojen na sofistikovanou technologii měření a regulace Lucid, která za pomoci celkem 46 elektroměrů a 10 kalorimetrů dokáže přesně vyhodnotit provoz a spotřebu tepla/chladu celého objektu a současně přesnou dodávkou tepla a chladu pomocí tepelných čerpadel. Systém dále měří vyrobenou energii pomocí FVE, spotřebu ostatní elektrické energie, spotřebu vody apod. Monitoring zde probíhá již od roku 2013. Díky tomu jsme schopni zachytit reálný provoz daného zařízení a funkci názorně prezentovat na skutečně naměřených hodnotách z let 2013–2016.
V tabulce č. 2 jsou uvedeny základní naměřená data za dané období.
| Celkem | 125,80 | 86,05 | 106,97 | 113,07 |
| Vyrobeno tepla | 66,09 | 34,37 | 38,51 | 44,10 |
| Vyrobeno chladu | 56,70 | 47,84 | 64,30 | 65,05 |
| Vyrobeno tepla pro TV | 3,01 | 3,84 | 4,16 | 3,93 |
| Spotřeba el. energie na provoz TČ | 24,44 | 13,88 | 15,65 | 16,33 |
| Využití vyrobeného tepla | 91,8% | 92,2% | 94,1% | 90,3% |
| Využití vyrobeného chladu | 85,6% | 78,0% | 72,3% | 78,6% |
| Účinnost tepelného čerpadla s ohledem na celkovou výrobu tepla/chladu 1) | 5,15 | 6,20 | 6,83 | 6,92 |
| Účinnost tepelného čerpadla s ohledem na skutečně spotřebované teplo / chlad 2) | 4,59 | 5,25 | 5,55 | 5,81 |
1) Poměr mezi celkově vyrobenou energií tepla/chladu pomocí TČ s vrty a spotřebou el. energií na vytápění a chlazení vč. oběhových čerpadel na primárním okruhu
2) Poměr mezi skutečně spotřebovanou energií tepla/chladu a spotřebou el. energií na vytápění a chlazení vč. oběhových čerpadel na primárn m okruhu
Z tabulky je patrné, že sezónní zhodnocení výroby energie tepla/chladu pomocí tepelných čerpadel každým rokem stoupá. Tento fakt je způsoben zejména důsledným monitoringem a následnou optimalizací systému co do provozních teplot a obecně potřeb objektu. Hodnota celkového skutečného výkonového čísla (zhodnocení) blížící se hodnotě 6 je vizitkou špičkově fungujícího a energeticky efektivního systému. Využití vyrobeného tepla kolem 90–95 %, resp. chladu 80–85% je dáno přirozenou ztrátou v rozvodech, zásobnících, ale i možnými odchylkami na jednotlivých kalorimetrech.
Vzhledem k současné legislativě a blízké budoucnosti ve smyslu nutnosti výstavby budov s téměř nulovou spotřebou energie jsou tepelná čerpadla země-voda velice zajímavým a zřejmě jediným možným technickým řešením pro objekty daných parametrů, ale i budov obecně. Při kombinované potřebě vytápění a chlazení, které bývá dnes již standardem, jsme schopni dosahovat reálných hodnot sezónního zhodnocení výroby
tepla/chladu až 6, tedy za 1 kWh elektrické energie vyrobit až 6 kWh energie tepla/chladu.
Ing. Pavel Dědina
GEROtop spol. s r.o.
Podklady: Ing. Vlastimil Rieger;
Nadace Partnerství
Foto: "Aliance pro energetickou
soběstačnost"
