VELUX - Nový Štandard Plus so zasklením 64
vyhľadávanie
Dnes je 19.1.

Tepelné čerpadlo ako významný prvok sebestačného domu

Zverejnené: 31. 12. 2020

Dom, o ktorom je reč, je prestavbou rodinného domu na administratívnu budovu s možnosťou jej spätnej adaptácie na bývanie či kombináciu oboch. Dom nie je formálne "pasívny", avšak v mnohých ohľadoch ho predbieha. Popri veľkej tepelnej izolácií dotvára jeho energetiku slnečná elektráreň a stropné vykurovanie, ktorého vysoká účinnosť je posilnená tepelným čerpadlom.

Vhodne zvoleným a kvalitným tepelným čerpadlom môžete váš dom spraviť energeticky maximálne úsporným. Foto: likkipetra, shutterstock

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).

Momentka z priebehu inštalácie vonkajšej jednotky TČ. Vákuová pumpa práve odčerpáva vzduch z chladivového vedenia.
Momentka z priebehu inštalácie vonkajšej jednotky TČ. Vákuová pumpa práve odčerpáva vzduch z chladivového vedenia.

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.

Obrazovka s informáciami o využívaní vlastnej elektriny z FVE. Údaje u fáz (L1 až L3) predstavujú aktuálne dostupnú elektrinu. Nižšie vypísané režimy potom to, prečo je táto elektrina využívaná.
Obrazovka s informáciami o využívaní vlastnej elektriny z FVE. Údaje u fáz (L1 až L3) predstavujú aktuálne dostupnú elektrinu. Nižšie vypísané režimy potom to, prečo je táto elektrina využívaná.

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.

Bezprostredne pod krytom vnútornej jednotky sa nachádza elektronika TČ. Sem sa pripájajú snímače teploty a pod.
Bezprostredne pod krytom vnútornej jednotky sa nachádza elektronika TČ. Sem sa pripájajú snímače teploty a pod.

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.

Vonkajšia jednotka tepelného čerpadla Vitocal 100-S typ 101.B08. Vyššie výkonové rady majú už 2 ventilátory nad sebou.
Vonkajšia jednotka tepelného čerpadla Vitocal 100-S typ 101.B08. Vyššie výkonové rady majú už 2 ventilátory nad sebou.

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).

Vo východiskovom stave zobrazuje displej základné prevádzkové informácie. Piktogramy značia, že je deň (slniečko vľavo hore), vonkajšiu a vnútorné teplotu, informáciu o prevádzke FVE (slniečko s panelom nad strechou), zapnutý kompresor a ventilátor (ikony vpravo dole).
Vo východiskovom stave zobrazuje displej základné prevádzkové informácie. Piktogramy značia, že je deň (slniečko vľavo hore), vonkajšiu a vnútorné teplotu, informáciu o prevádzke FVE (slniečko s panelom nad strechou), zapnutý kompresor a ventilátor (ikony vpravo dole).

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.

Snímač vonkajšej teploty na severnom nároží domu. Komunikačný kábel musel byť vedený naprieč celým domom.
Snímač vonkajšej teploty na severnom nároží domu. Komunikačný kábel musel byť vedený naprieč celým domom.

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.

Autor: RNDr. Jiří Hejhálek
Foto: Archív firmy, Shutterstock

Tématické odbory

reklama

Nové

Strešné dvere a okná pre rodinné a bytové domy

Strešné dvere a okná pre rodinné a bytové domy

Zverejnené 14.1. Terasa na streche, strešné záhony, mestské včelárenie, relaxačné zóny medzi strechami. Slobodné využitie voľného priestoru medzi strechami má v dnešnej dobe mnoho zaujímavých podôb. ísť na článok

Modulárna výstavba administratívnych budov

Modulárna výstavba administratívnych budov

Zverejnené 19.1. Modulárne systémy už zďaleka nie sú určené len pre oblasť úžitkových stavieb, ale stali sa plnohodnotnou súčasťou staviteľstva a architektúry. Svoje o tom vie aj firma KOMA, ktorá už viac než dvadsaťosem rokov patrí k ich popredným českým výrobcom a… ísť na článok

Revitalizácia bratislavskej pamiatky: z bývalej pradiarne vznikli luxusné administratívne priestory

Revitalizácia bratislavskej pamiatky: z bývalej pradiarne vznikli luxusné administratívne priestory

Zverejnené 18.1. Slovenský projekt Pradiareň 1900 bol skolaudovaný. Dva objekty situované vo viac ako sto dvadsať rokov starom areáli - bývalá pradiareň a silocentrála - boli v posledných rokoch šikovne zrekonštruované. Národná kultúrna pamiatka sa v súčasnosti… ísť na článok

reklama