Kondenzační kotel, nebo tepelné čerpadlo? U řady staveb je výhodnější plyn
Při čtení různých stavebních portálů se tepelné čerpadlo, které dodanou elektrickou energii vynásobí pro účely vytápění a ohřevu vody zhruba třikrát, vyzdvihuje jako nejlepší zdroj tepla. Hlubší a pozorný pohled na věc ale ukazuje, že i tento způsob vytápění má svá omezení a často není tak výhodný, jak se tvrdí. Pro lepší představu si v hrubých obrysech porovnejme tepelné čerpadlo a plynový kondenzační kotel.
Na úvod si dovolím krátké představení tepelného čerpadla a plynového kotle. Ze způsobu fungování obou zařízení vyplývá celá řada charakteristických vlastností a omezení, které předurčují, za jakých podmínek je předmětný zdroj efektivní.
Tepelné čerpadlo
Hlavním kritériem vypovídajícím o efektivitě tepelného čerpadla je tzv. topný faktor – COP (Coefficient Of Performance). Tato hodnota vyjadřuje poměr mezi teplem získaným čerpadlem a k tomu spotřebovanou elektrickou energií. Čím je COP vyšší, tím je tepelné čerpadlo účinnější. Teplo je získáváno z chladného vnějšího prostředí a předáváno do teplejšího vnitřního. Aby tomu tak mohlo být, je potřeba využít tzv. tepelný stroj, který za pomoci dodané mechanické práce činnost uskuteční. Topný faktor tohoto zařízení, tedy poměr mezi vyrobeným teplem a dodanou elektrickou energií je závislý na teplotách obou prostředí a popsán (za ideálních podmínek) vztahem:
kde tH je teplota teplejšího prostředí (vyhřívaného) a tC chladnějšího (ochlazovaného). Obojí ve °C. V reálných podmínkách je potřeba započítat též ztráty vznikající při provozu tepelného čerpadla dané velikostí teplosměnných ploch, parametry reálného chladiva, účinností kompresoru, ztrátami tepla do okolí atd. Topný faktor zařízení se o něco zhorší a zjednodušeně ho popíšeme vzorcem:
V tabulce 1 jsou uvedeny orientační hodnoty topného faktoru stanovené dle výše uvedeného vzorce pro různé venkovní teploty (tC) a různé teploty vnitřního média (teplota topení, tH). Z hodnot je zřejmé, že v případě objektů s otopnou soustavou navrženou na vyšší teploty je tepelné čerpadlo výrazně méně efektivní, než u nízkoteplotních systémů (podlahové/stropní topení). Většina výrobců u tepelných čerpadel proto uvádí tzv. sezónní topný faktor (SCOP) vztažený k střední teplotě vytápěného média. Uvedené platí samozřejmě i pro ohřev vody v domovní nebo bytové teplovodní síti. Má-li tato voda dosáhnout doporučované teploty 60 °C, tepelné čerpadlo ji dodá jen za cenu významného snížení hodnoty COP.
Plynový kotel
Plynový kotel je zařízení, v němž se spaluje plynné palivo a uvolněným teplem se ohřívá teplonosná látka (voda nebo nemrznoucí kapalina). Při pálení uhlovodíkových paliv, zejména zemního plynu, se dále uvolňuje vodní pára, která v běžných podmínkách ulétne komínem ven. V kondenzačním plynovém kotli vodní pára zkondenzuje na kapalnou vodu za současného uvolnění významného množství tepla, které tak zůstává v domě. Kondenzační provozní režim kotle tedy zajistí pro dům dodatečný tepelný zisk o velikosti cca 2 260 kJ (0,632 kWh) na každý litr zkondenzované vodní páry. Spálením jednoho krychlového metru plynu vznikne asi 1,5 kg vodní páry.
Aby mohlo ke kondenzaci vodní páry dojít, je potřeba přizpůsobit režim spalování, respektive ochladit spaliny na takovou teplotu, při které bude vodní pára kondenzovat. Z provozního hlediska to znamená nepřekračovat teplotu 45 °C u vratné větve.
Náhrada za starý kotel
Abychom mohli správně zvolit nový zdroj vytápění, je potřeba znát nejenom tepelnou ztrátu objektu (případně roční spotřebu), ale i teplotní spád, na který je topný okruh naprojektován. U topných těles jde o dvojici teplot – teplotu vstupní vody a teplotu výstupní vody. Pokud je například teplota vody v přívodním potrubí do otopného tělesa 60 °C a teplota vody ve vratném potrubí 45 °C, pak se teplotní spád označuje 60/45 °C.
Tepelné čerpadlo vyrábí zejména nízkoteplotní vodu cca do 40 °C pro účely vytápění, především velkoplošného podlahového nebo stropního vytápění. Je známo, že čím nižší je teplota otopné vody, tím vyšší je účinnost vytápění. Tepelné čerpadlo může dodávat i teplou vodu, avšak její maximální teplota je limitovaná a čím je vyšší, tím s menším topným faktorem.
Teplotní spád má dvojí význam. Za prvé ovlivňuje tepelný výkon radiátoru (čím teplejší voda, tím radiátor více topí) a za druhé je potřeba mu přizpůsobit zdroj vytápění (kotel, tepelné čerpadlo). Zde se opět hodí připomenout tabulku 1, ve které je vidět zhoršující se topný faktor při vyšší teplotě vytápění. S obvyklými teplotními spády, na které byly otopné soustavy projektovány (75/65 °C, 70/50 °C nebo 70/60 °C) nemusí být tepelné čerpadlo kompatibilní vůbec, nebo použít půjde, ale za cenu provozu v podmínkách na hony vzdálených optimálním a za cenu nižší účinnosti a vyšších provozních nákladů. V případě starších objektů si instalace tepelného čerpadla proto vyžádá buď modernizaci otopné soustavy nebo realizaci nějakých úsporných opatření (výměna oken, zateplení fasády, rekuperace apod.).
Kondenzační kotle sníží v porovnání s TURBO kotli spotřebu plynu o zhruba 25–30 %. Vzhledem k tomu, že u nich dochází ke kondenzaci vodní páry ve spalinách, mají optimální pracovní podmínky při teplotách 55/35 °C (teplota na výstupu z kotle / teplota vratné vody).
Úspor je u kondenzačních kotlů dosahováno nejenom využitím kondenzačního tepla vodní páry ve spalinách, ale též možností modulace hořáku, tj. schopností přizpůsobit svůj výkon v rozsahu cca 10–100 %. Díky tomu kotel nemusí často vypínat/startovat a pracuje plynule.
Nároky na instalaci
U tepelných čerpadel se požadavky liší v závislosti na typu. U stavebně nejjednodušší varianty vzduch/voda se jedná především o realizaci prostupu mezi stávající kotelnou a venkovní jednotkou. Problém může být už jen s nalezením samotného stanoviště, které je třeba volit minimálně s ohledem na dva aspekty – dostatečný prostor kolem čerpadla potřebný pro proudění vzduchu a vzdálenost od oken a sousedních objektů kvůli hluku. Venkovní jednotka tepelného čerpadla by zároveň měla být co nejblíže technické místnosti, respektive vnitřní jednotce.
Dalším krokem je elektro příprava pro tepelné čerpadlo a revize. Ta zahrnuje úpravu stávajícího rozvaděče (montáž nového podružného rozvaděče), stavební úpravy pro vedení silových kabelů (sekání, vrtání, lišty). S instalací tepelného čerpadla vzrostou nároky na elektrickou přípojku. Je možné, že bude potřeba navýšit hlavní jistič, nebo alespoň změnit stávající sazbu na tarif pro tepelná čerpadla (D57D).
Ani v případě náhrady starého plynového (TURBO) kotle za nový kondenzační se nevyhneme stavebním úpravám. Většinou však stačí do starého komínu – zjednodušeně řečeno – zasunout polypropylenovou či nerezovou rouru zajišťující odtah spalin, čímž nám zároveň vznikne prostor mezi vnějším pláštěm a vnitřní rourou sloužící jako přívod vzduchu ke kotli. Další nutnou úpravou je svedení kapajícího kondenzátu od kotle /komínu do kanalizace.
Sháníte tiché tepelné čerpadlo? Náš tip je Buderus!
Ještě nedávno vzácný a dnes už téměř běžný zdroj tepla pro vytápění a ohřev vody je tepelné čerpadlo. Toto zařízení – stručně řečeno – v topné sezóně odjímá teplo venkovnímu…
Náklady na realizaci
Pořizovací náklady na tepelné čerpadlo znamenají počáteční investici, která se u průměrně velkého domu a typu vzduch/voda pohybuje bez dotace kolem 250 až 350 tisících korun a v závislosti na výkonu, kvalitě a aktuální vytíženosti montážních firem může být i vyšší. Jelikož tepelná čerpadla schopná pokrýt plnou tepelnou ztrátu i za nejchladnějších dní jsou nákladná a plný výkon je využíván pouze zlomek provozní doby, volí se někdy též kombinace tepelného čerpadla a bivalentního/záložního zdroje.
Kondenzační plynový kotel (při výměně za starý plynový) si vyžádá investici pohybující se v horizontu 50 až 100 tisíc korun.
Nástěnné kondenzační kotle Buderus pro obytné budovy a průmyslové využití jsou nejen výkonné, ale také šetří místo. Jejich technika je mimořádně efektivní a je možné ji snadno zapojit do spolehlivého systému s obnovitelnými energiemi. (box je reklamou)
Provozní náklady
Začněme opět tepelným čerpadlem. To je poháněno elektrickou energií, přičemž cena dodané kWh tepla je rovna podílu ceny elektřiny a okamžitého topného faktoru. Pro hrubou představu lze vycházet z výrobcem deklarovaného sezónního topného faktoru (SCOP) odpovídajícímu našim provozním podmínkám a příslušné tarifní sazbě našeho dodavatele energií. V době psaní tohoto článku vycházela jedna kWh u sazby D56d určené pro tepelná čerpadla na 5,9 Kč. Budeme-li uvažovat SCOP na úrovni 3, dostaneme se na částku cca 2 Kč/kWh.
U plynového kotle můžeme vyjít přímo z ceníku distributora, kdy v současnosti zaplatíme za 1 kWh něco kolem 3 Kč.
Jak u tepelného čerpadla, tak u plynového kondenzačního kotle je samozřejmě nutné počítat s náklady na údržbu. Ty jsou u obou zařízení podobné a z našich zkušeností se pohybují v jednotkách tisíců Kč za rok.
Závěr
Odpověď na otázku zda zvolit tepelné čerpadlo, nebo kondenzační plynový kotel není jednoznačná. Obecně do nových domů s průměrnou tepelnou ztrátou maximálně na současné požadované úrovni Uem ≤ 0,5 W/(m2·K), ve kterých je podlahové topení nebo jiná nízkoteplotní otopná soustava, je tepelné čerpadlo velmi dobrou volbou.
U starších domů s významně horším nižším průměrným součinitelem Uem a radiátory naprojektovanými na provoz s plynovým kotlem bude pravděpodobně vhodnější plynový kondenzační kotel, který spotřebuje v porovnání s TURBO kotlem o cca 25–30 % méně plynu. Při ceně modernizace ve výši 75 000 Kč a nákladech na plyn 60 000 Kč/rok (20 MWh spotřeba / vyrobeno 15 MWh tepla) bude návratnost investice do kondenzačního kotle cca 5 let. Návratnost investice do tepelného čerpadla je závislá na sezónním topném faktoru; u stejného domu by při ceně 300 000 Kč a SCOP = 3 byla 10 let, při SCOP = 2,5 pak necelých 13 let.
