Tepelné čerpadlo prišlo v rámci prestavby k slovu až ako posledný systémový krok, čo však neznamená, že si naň investor spomenul až na poslednú chvíľu. Snaha ale bola vybrať také, ktoré čo najviac vyhovuje skutočnému charakteru stavby. A ten vyšiel najavo až po jej zabývaní. Stavbu možno po dokončení opísať takto:
• Výborná tepelná izolácia domu a teda aj nízky potrebný výkon kúrenia či chladenia.
• Celoplošné, nízkoteplotné a veľmi rýchle teplovodné stropné vykurovanie / chladenie doplnené o 1500l akumulačnú nádrž.
• Fotovoltaická elektráreň obsahujúca 42 panelov, 2 × 5000W menič a cca 10 kWh batérií.
Tepelná izolácia
Obvodové steny domu sú kombináciou pôvodnej zaizolovanej steny v prízemí a novej obvodovej steny na poschodí, ktorá je súčasťou nového riešenia celého poschodia. Pôvodné aj nové obvodové steny vykazujú tepelnoizolačnú úroveň U = 0,15 W/(m2K), čo zodpovedá tepelnému odporu 6,5 m2K/W a požiadavke na pasívny dom.
Ignorovanie sálavých dejov v atmosfére (slnečného a nebeského pôvodu) a ich nahradenie teplotou vzduchu zlepšuje zimnú tepelnú bilanciu domu oproti skutočnosti. V lete ale vedie k prehrievaniu, ktoré sa väčšinou zvalí na zlý návrh, výstavbu alebo užívanie domov.
Izoláciu strešnej ŽB dosky spolu s nad ňou umiestneným reflexným termizolačným súvrstvím charakterizuje dosiahnutá hodnota U ≤ 0,083 W/(m2K).Zvláštne zateplenie zo spodnej, interiérovej strany si vyžiadal aj strop „pod strechou” a zároveň nad stropným vykurovaním. Realizovala ho vrstva penového polystyrénu hrúbky 10 cm s jednostrannou reflexnou vrstvou mieriacou do medzery proti vykurovacej doske. Tepelný odpor strešného súvrstvia až k vykurovacej stropnej ploche je tak na úrovni 14,5 m2K/W, tzn. U = 0,068 W/(m2K).
Tuhosť strechy realizujú drevené hranoly 10×10 cm, ktoré nesú pochôdzu plochú strechu mierneho sklonu kvôli odvodu dažďovej vody. Hranoly vymedzujú tri vzduchové medzery hrúbky 10 cm, obojstranne ohraničené šiestimi reflexnými povrchmi v sálavosti ε = 0,05. Siedmym je vonkajší reflexný náter pochôdzej strechy (z dosiek OSB, lepenky a hydroizolácie Multibaudicht). Táto strecha, okrem toho, že výnimočne izoluje, sa na slnku neprehrieva a pod zimnou ľadovou oblohou nepremŕza. Dôkazom kvalitného zateplenia je skutočnosť, že aj cez stropné vykurovanie zostáva strecha v porovnaní s okolitou zástavbou najdlhšie pokrytá snehom.
Stropné vykurovanie a chladenie
Stropné celoplošné vykurovanie/chladenie v celkovej ploche 2×80 m2 je inštalované v oboch nadzemných poschodiach spomínanej budovy. Skladá sa z hliníkových panelov v hrúbke 3 mm, na ktorých je z jednej strany kontaktne uložený „had” z medených rúrok, ktorými prúdi vykurovacia/chladiaca voda. Kancelárie majú vždy len jeden celostropný „radiátor” zložený z celých či krátených vykurovacích panelov. Rozľahlejšie priestory (haly s chodbou a schodiskom) sú väčšinou riešené ako dva stropné „radiátory”.
Vykurovacie stropné panely s trubicami sa pripevňujú (miesto sadrokartónu) na sádrokartonársku stropnú konštrukciu.
Spodná, sálavá plocha týchto stropných vykurovacích panelov a zároveň pohľadová časť stropného vykurovania je vybavená finálnou povrchovou úpravou v podaní tenkej štukovej omietky so základným vápenným a finálnym maliarskym náterom.
Slnečná elektráreň
Ide o 42 fotovoltaických panelov (9 na fasáde, 33 na streche) v menovitom výkone 12 kWp. Panely zásobujú ostrovnú jednofázovú fotovoltaickú elektráreň (FVE) s batériovým úložiskom s celkovou kapacitou 10 kWh.
Slnečná elektráreň pokrýva podstatnú časť energetickej spotreby domu zahŕňajúcu osvetlenie, prevádzku počítačov, vykurovanie / chladenie a ohrev TV. Až s nástupom vykurovacej sezóny prichádza na rad elektrina z rozvodnej siete. Prednosť má nízky tarif; vysoký je využívaný len výnimočne.
Tepelné čerpadlo
Splitové tepelné čerpadlo Viessmann VITOCAL 100 v jednofázovej verzii 101.B08 s menovitým tepelným výkonom 6 kW realizuje v zime a prechodnom období významne vyššiu účinnosť prípravy vykurovacej a teplej úžitkovej vody, než aký ponúka priamy ohrev. A v lete navyše umožňuje „vyrábať” s podobne vysokou účinnosťou chladnú vodu pre účely chladenia.
Tepelné čerpadlo je tepelný stroj pracujúci v inverznom režime, kedy – poháňaný napríklad elektricky – odoberá tepla z chladného zásobníku a odovzdáva ho teplejšiemu. Z fyzikálneho popisu zariadenia a z informácie ako funguje tepelné čerpadlo vyplýva, že množstvo čerpaného tepla môže až niekoľkonásobne prevýšiť hnaciu energiu. Tepelný stroj navrhol roku 1824 Nicolas Léonard Sadi Carnot a roku 1857 termodynamicky odôvodnil Rudolf Clausiu.
Presne to špecifikuje jeho vykurovací faktor, ktorý zatiaľ (október + november) dosahuje hodnoty COP = 4,5. V praxi tepelné čerpadlo ohrieva vodu s použitím necelých 25 % energie v porovnaní s priamym, napr. elektrickým ohrevom.
Naopak v lete, kedy to isté zariadenie vyrába chlad, je tento pomer (označovaný ako EER) na hodnote 4,7 (vzduch 35 °C / voda 18 °C). Čerpadlo tak chladí vodu pri použití len 22 % energie, ktorá vyplýva z rozdielu tepelného obsahu vody oboch teplôt.
Rýchle a účinné stropné vykurovanie a chladenie
Hoci sa to vie málo, sálavé nízkoteplotné a celoplošné stropné vykurovanie / chladenie je zo samej podstaty veci najúčinnejšie zo všetkých iných riešení. Sálavé deje je možné navyše presne popísať, čo o vedení a prúdení nie je možné povedať. Sálanie je vždy riadiacim procesom nielen v interiéroch, ale doslova v celom Vesmíre. Vedenie a prúdenie je jeho skratkou, väčšinou chaotickou.
Ukážme si „prácu" so sálaním: v čase písania tohto článku vykazovali stropy v celom dome povrchovú teplotu 22,5 ° C (meraný údaj). Pri vonkajšej teplote 14 ° C tak realizovali vnútornú priestorovú teplotu 21,7 ° C (meraný údaj) a okamžitú tepelnú stratu domu 1,32 kW (výpočet). Ak chceme zvýšiť priestorovú teplotu na 23 ° C, stačí zvýšiť teplotu stropu na necelých 24 ° C (výpočet na základe Stefanovho - Boltzmannovho zákonu). A je otázkou pár desiatok minút, kedy sa po miernom otvorení zmiešavacieho ventilu ustáli nová požadovaná priestorová teplota.
Energetika domu bez čerpadla
Pred inštaláciou tepelného čerpadla prebehol približne ročný test vykurovacej sústavy a to hlavne z pohľadu energetickej náročnosti budovy a potrebných teplôt teplonosného média. V systéme je totiž k dispozícií dvojica zásobníkov v celkovom objeme 1,5 m3. K tomu sa pripočíta bojler pre ohrev pitnej vody pre hygienické účely, upratovacie práce, varenie, umývanie a pranie.
Zistilo sa, že aj pri využití výhradne nízkeho 8h tarifu stačí ohrievať zásobníky na teplotu cca 40 °C a to hlavne pretože si stropné vykurovanie vystačí s teplotou len do 27 °C.
Leto bolo jednoduchšie v tom zmysle, že v prípade slnečných teplých dní, je k chladeniu využívaná energia z fotovoltaiky. A tej býva vždy nadbytok.
Energetika domu s tepelným čerpadlom
Po necelých dvoch vykurovacích mesiacoch prevádzky čerpadla VITOCAL 100 nemožno ešte vysloviť definitívne závery. Avšak zmena bola zrejmá ihneď po jeho uvedení do prevádzky.
V auguste čerpadlo vyrábalo s pomocou slnečnej elektriny jednak chladnú vodu na účely stropného teplovodného chladenia (spomínané dva zásobníky s celkovým objemom 1,5 m3) a zároveň ohrievalo vodu v bojleri (300 l).
V druhej polovici septembra dom prešiel na „zimný" režim. To predovšetkým znamená, že tepelné čerpadlo vyrába teplo nielen k ohrevu úžitkovej, ale aj vykurovacej vody. Investor si od toho sľubuje, že obstará ohrev vykurovacej vody zhruba 3 × lacnejšie, než ako činil doteraz s využitím vykurovacej špirály.
Montáž tepelného čerpadla
Dodávateľ (priamo Viessmann) sa veľmi dobre vysporiadal nielen s návrhom vhodného zariadenia (splitové tepelné čerpadlo), ktoré zodpovedá veľkosti a potrebám popísanej administratívnej budovy, ale aj s jeho rýchlou montážou. Tá prebehla v rámci jednej pracovnej zmeny. Dodajme, že pripraviť sa musí aj investor, tzn. dobre pripraviť miesto inštalácie čerpadla (vonkajšie aj vnútorné) a priviesť k nemu všetky elektrické a potrubné prípojky. Tiež musí nájsť vhodné miesto pre teplotné čidlo, ktoré nebude ovplyvnené slnečným žiarením a bude merať len teplotu vonkajšieho vzduchu.
Popisované tepelné čerpadlo realizovalo v týždni od 19. 10. do 25. 10. 2020 vykurovanie a ohrev úžitkovej vody za necelé 4 Eurá dosahovalo úrovne COP = 4,5. Za celý október predstavovali náklady na vykurovanie a ohrev vody cca 15 Eur.
Záver
Hoci od inštalácie tepelného čerpadla v systéme vykurovania / chladenia administratívneho domu ubehlo sotva niekoľko mesiacov, zreteľne sa ukázalo, že tu obstaráva doslova nevyhnutnú službu pri zvýšení efektívnosti vykurovania a (v lete) chladenia. Obe tieto služby sú veľmi často potrebné bez ohľadu na to, ako dobre je dom izolovaný. Aj dom s vysokou tepelnou izoláciou nemusí byť ešte energeticky maximálne úsporný, čo bol prípad popisovaného domu. Vhodne zvolené a kvalitné tepelné čerpadlo ho takým urobilo.
