Moderní zdroje tepla

Také přemýšlíte, z jakého zdroje je v současné době nejefektivnější brát energii? Pro výrobu tepla za účelem vytápění nebo k ohřevu vody se v poslední době čím dál častěji používá tepelné čerpadlo. Ačkoliv jsou využívány v podstatě čtyři typy tepelného čerpadla (země–voda, vzduch–voda, vzduch–vzduch a voda–voda), přesto není pohonem (palivem) ani jedna z uvedených energií. O rozluštění této hádanky jsme požádali Ing. Reného Kunčara, ředitele společnosti Veskom, spol. s r.o.

Pane Kunčare, jak vlastně funguje převádění energie z jednoho místa na druhé a jakou roli v tomto procesu hraje tepelné čerpadlo?

Představte si tepelné čerpadlo (TČ) jako zařízení, které přečerpává teplo z nižší teplotní hladiny na vyšší. Jako pohon tohoto procesu používáme chladivový kompresor v kombinaci s expanzním ventilem. Pro přenos tepla z chladivového okruhu jsou samozřejmě třeba vhodné tepelné výměníky (kondenzátor, výparník atd.). Jde o kombinaci fyzikálních dějů – komprese a expanze – při optimálním přenosu tepla. Základní procesy tedy probíhají v chladivovém okruhu tepelného čerpadla. Odborná instalační firma pak k TČ připojí primární a sekundární okruh, jehož součástí jsou i oběhová čerpadla dopravující vhodnou kapalinu nebo vodu.

Čím se liší nejpoužívanější typy tepelných čerpadel?

TČ země–voda je, co se týká spolehlivosti a stability dodávek tepla, tím nejlepším řešením. Využívá teplo země tak, že i v zimním období, kdy teploty mohou klesnout hodně pod 0 °C, funguje bez větších omezení, a to díky vrtům, zemním kolektorům či slinkám*, které jsou umístěny dostatečně hluboko pod povrchem země. Není tak třeba instalovat další záložní zdroj tepla. Tyto typy se používají v chladnějších a horských oblastech. Nevýhodou je investice do zemních prací, která představuje navýšení ceny oproti níže uvedeným základním typům pracujícím se vzduchem.

Typ  TČ voda–voda je velmi specifický. Používá se v oblastech s dostatkem vody. Jeho velkou nevýhodou je citlivost na kvalitu vody, kdy poměrně intenzivně dochází k zanášení filtrů a celý systém primárního okruhu vyžaduje pravidelnou údržbu. Tak jako u předchozího typu je třeba počítat s vyšší investicí do nového systému. Existují oblasti, kde je možné získat velké množství teplé vody, a tím pádem je návratnost těchto systémů velmi zajímavá. Sice tento typ čerpadel není v současnosti příliš rozšířen, ale se zdražováním energií se předpokládá využití i v průmyslových oblastech v rámci zpětného získávání tepla při rozličných procesech.

Systém  TČ vzduch–voda je v současnosti velmi populární a rozšířený nejen v ČR, ale i v Evropě. Jeho hlavní výhodou je cenová dostupnost a přijatelná účinnost zejména ve střední a jižní části Evropy. Tento systém je velmi citlivý na teplotu okolního vzduchu, který slouží jako zdroj tepla pro TČ. S klesající teplotou se snižuje účinnost vytápění. Standardem je pak výpočtová teplota –12 °C, při které se počítají tepelné ztráty objektů. Mnoho firem ve snaze prodat méně výkonné TČ volí tuto teplotu vyšší, tím i bivalentní bod** (cca –7 °C). Tak však uživatel dostane zařízení, které při teplotách pod touto teplotou již výkonově nestačí, a je třeba další potřebné teplo vyrobit v jiném zdroji – standardně v elektrické topné spirále. Zvyšují se tak celkové náklady na roční otop, v některých případech až o desítky procent. Při teplotě okolního vzduchu cca –20 °C dané tepelné čerpadlo již nefunguje a ani nemá význam ho provozovat. Proto se tento typ hodí do oblastí s mírným nebo teplým klimatem, nížin a obecně míst s celoročně vyšší průměrnou teplotou.

A co systém vzduch–vzduch?

V případě TČ vzduch–vzduch je instalace sice méně náročná, avšak velmi závislá na teplotě okolí, případně dalšího zdroje. S tím souvisí i účinnost celého procesu výroby tepla v TČ. Tento systém však z legislativního hlediska ani žádným tepelným čerpadlem není, je považován za vzduchotechnické rekuperační zařízení.

Co je na tepelných čerpadlech tak složité, že v Německu v 90. letech minulého století vyrábělo tepelná čerpadla 55 firem, ale po deseti letech zůstalo jen 5 výrobců?

Myslím, že je potřeba tuto situaci vnímat spíše z ekonomického úhlu pohledu. Čím více je svět propojený, tím snadněji, rychleji a levněji dopravíte svůj výrobek kamkoli. To znamená, že vám vzniká poměrně silná konkurence ze zahraničí, a leckdy i s výrazně nižšími provozními náklady, které se projeví i v ceně výrobku. Tento stav je všude v Evropě totožný včetně Německa nebo České republiky. Východní země dnes disponují know-how a technologií, která se v mnoha případech i vyrábí přímo u nich. Pokud dokáže asijský výrobce zajistit kvalitní servis a zákazníkovi garantovat záruku delší než 2 roky, je v mnoha případech adekvátní konkurencí pro stávající evropské výrobce. Stále však platí, že kvalitní výrobek by měl mít určitě delší garantovanou záruku než 2 roky, a pro TČ to platí dvojnásob. Samotný výpočet návratnosti se pohybuje u TČ v rozmezí 2,5 až 7 let dle instalace. Pokud má výrobek větší problém s kvalitou, pak se návratnost prodlužuje a v extrémních případech investice nedává smysl. A to vše je zapotřebí zvážit.

Jak se dostala k tepelným čerpadlům vaše společnost?

Tak to se musíme vrátit opět do 90. let, kdy skupinka technicky nadaných spolužáků společně založila společnost Veskom. Od počátku bylo jejich cílem zajistit kompletní servis, který nebude postaven jen na prodeji výrobků pro zamýšlené oblasti. To znamenalo vytvoření několika podpůrných úseků: aplikačního oddělení, projekce, montážního oddělení, zázemí pro kvalitní servis. Aktuálně působíme ve třech hlavních oblastech: vytápění, chlazení a v technologiích stlačeného vzduchu a vakua.

V čem spočívá váš úspěch na trhu s tepelnými čerpadly?

Je to kombinace více faktorů. Určitě dlouhodobá působnost na trhu. Nyní už můžeme využít stávající instalace jako reference, které pomáhají získávat nové zákazníky, a v řadě těchto starších instalací již proběhla výměna původních TČ za nová totožné značky. Životní cyklus řady z nich pak přesahuje 20 let. Dalším faktorem přispívajícím k úspěchu firmy bylo systematické řízení společnosti a vytvoření kompletního funkčního systému se zaměřením na spokojenost zákazníků.

Odkud pocházejí nejdůležitější systémy, které zákazníkům dodáváte?

V průběhu 30 let úspěšného podnikání jsme postupně získali výhradní zastoupení předních nadnárodních společností pro český i slovenský trh. V oblasti vytápění odebíráme TČ švédské značky IVT, nově nabízíme také TČ rakouského výrobce Heliotherm. Další alternativou je španělská značka Ecoforest, jejichž TČ již v základním provedení obsahují moduly pro aktivní a pasivní chlazení. Toto TČ navíc umožňuje dosažení vysoké výstupní teploty (až 70 °C) na ohřev TUV***. V oblasti stlačeného vzduchu a vakua dlouhodobě zastupujeme značku Gardner Denver. Ve specifických instalacích vakua pak italskou společnost Pneumofore. V oblasti radiálních turbokompresorů jsme se stali v roce 2004 výhradním zástupcem značky Samsung Techwin (v současnosti pod značkou Hanwha Power Systems). V technologiích chlazení pak dlouhodobě spolupracujeme s italským výrobcem M.T.A. Rovněž spolupracujeme se společností Zehnder, která je špičkou v oblasti vzduchotechnických rekuperačních jednotek (ZZT****) a v kombinaci s tepelným čerpadlem jeho uživatelům zaručuje velmi nízké provozní náklady při udržení vysokého komfortu.

Podle čeho se mám jako zájemce o TČ rozhodnout, které je právě pro náš objekt „to pravé“?

Výhodou švédského TČ IVT je vysoká kvalita zpracování, spolehlivost, dlouhá životnost. Španělské TČ EcoForest je řešeno kompaktně, tzv. vše je v jedné „bedně“ bez dalších nároků na prostor. Je možné je provozovat v režimu topení i chlazení. Předností rakouského TČ Heliotherm je pěkný design a nízká hladina hluku i při dostatečném tepelném výkonu. Hodí se tedy do hustě zastavěných oblastí s přísnými hygienickými normami. Dalším přínosem pro zákazníka je online monitoring zařízení na dálku. V řadě případů přispívá k prediktivnímu zásahu před samotným výskytem poruchy, která může způsobit až odstavení zařízení.

Spolupráce s širokou škálou zahraničních společností je určitě logisticky náročná. Existuje vůbec v Evropě nějaký výrobce tepelných čerpadel, který by si jednotlivé komponenty vyvíjel a vyráběl sám a dále je pak rovněž sám servisoval?

Sice se zdá být rozsah značek v oblasti vytápění široký, nicméně princip a fungování zůstávají totožné. Pro udržení vysoké kvality prováděného servisu procházejí pracovníci pravidelným školením a specifické technické problémy řešíme přímo s dodavateli. V podstatě každé tepelné čerpadlo vyráběné v Evropě je složeno z komponent dnes již převážně globálních výrobců v oblasti TČ a chlazení. Je to dáno vysokými náklady na vývoj a výzkum jednotlivých prvků, které musejí být rozpočítány v rámci masové výroby. Při současném konkurenčním prostředí není možné řešit vlastní výzkum pouze pro vlastní potřeby. I samotná výroba vlastního TČ z globálních komponent je velmi náročná a vyžaduje vysoké vstupní náklady.

Co bývá při realizaci tepelného čerpadla „slabým článkem“?

Určitě je to zadání zákazníka a jeho představa o fungování celého systému současně s TČ. V poslední době je standardem dálkové ovládání přes mobilní zařízení apod. Zákazník má v mnoha případech pocit, že skokovou změnu musí jeho zařízení akceptovat a příslušnou hodnotu dosáhnout během několika vteřin. To bohužel nelze, a to z fyzikální podstaty systému, jako je kapacita, výkonnost systému…Dalším možným problémem jsou subdodávky instalačních firem, které pro zákazníka řeší část topného systému (podlahové topné systémy a rozvody), na které se posléze dopojí TČ včetně instalovaného příslušenství v místnosti vytápění. V řadě případů se lze těmto problémům vyhnout jednoznačným projektem, který pro své zákazníky nabízíme za velmi příznivé ceny. Nejde tedy jen o propojení potrubí, případně položení podlahy a dalších částí systému, ale i o provedení a dodržování pravidel tak, aby bylo možné systém jednoduše odvzdušnit, napustit, nastavit a též posléze servisovat.

Má smysl trvat na ponechání dosavadních radiátorů?

Pokud máte na mysli rekonstrukci stávajících objektů, pak je třeba zvážit, jaké TČ budete používat, jelikož starší radiátory nejsou vhodné pro standardní TČ. Pokud rekonstrukce zahrnuje kompletně i podlahy, potom jsou stávající radiátory zbytečné. Každopádně se tyto případy musejí řešit individuálně a na základě vstupních informací lze pak navrhnout optimální kombinaci tepelného čerpadla a topného systému.

Pokud se přesto v nově nainstalovaném TČ vyskytne závada, jak co nejúčinněji postupovat při hledání její příčiny?

Statisticky se většina problémů vyskytuje v části topného systému, a ne přímo v zařízení TČ. To znamená, že je třeba zkontrolovat topný systém, zda je dostatečný průtok vody do TČ, případně zda správně funguje regulace tohoto systému. Častým, i když ne okamžitým problémem, je neprovádění pravidelného servisu, který zaručuje optimální podmínky provozu včetně minimálních provozních nákladů. Zákazník se častokrát domnívá, že ušetřil za neprovedení servisu, ale na druhou stranu platí podstatně více za zbytečně spotřebovanou elektrickou energii z důvodu zanešených výměníků a filtrů, špatně nastavených ventilů apod.

Jak zvládají tyto technologie v „horkých“ provozech dlouhotrvající vedra?

Pro průmyslové technologie, ke kterým patří i námi dodávané chladicí systémy s jednotkami M.T.A., je záruka spolehlivosti prioritní. Zastavení výroby je v mnoha případech fatální a je velmi drahé. Výrobce M.T.A. však patří i díky dlouhodobým investicím v tomto segmentu k premiantům.

Od naší společnosti odebíráte například hadice, manometry, tvarová těsnění, protihlukové desky… K čemu je používáte?

Součástí naší práce je vedle dodávky zařízení (TČ, chladicích jednotek, kompresorů a vývěv) i realizace otopných systémů a příslušenství k TČ, chladicím technologickým okruhům a rozvodům stlačeného vzduchu a vakua. Takže například hadice od vaší firmy používáme k připojení kompresorů a chladicích jednotek, pomocí manometrů měříme tlak v systému, tvarové těsnění nám zaručí dostatečné utěsnění šroubení a všech potřebných spojů.

Dovolte otázku „na tělo“… Jaký způsob vytápění a ohřevu vody, případně i chlazení, používá vaše společnost a s jakými ročními náklady?

V rámci našich obchodních aktivit máme jako ukázku nainstalovány různé typy a značky TČ přímo v naší pražské administrativní budově, kde dlouhodobě sledujeme trendy související s provozem a spotřebou těchto zařízení. Teplo přitom získáváme z vrtů, slinek, zemních kolektorů a okolního vzduchu. Zákazníkům tak poskytujeme cenné ověřené informace, vyplývající ze standardního celoročního provozu konkrétního typu TČ a jeho připojení k primárnímu okruhu. Ale abych byl konkrétní: naše administrativní budova zaujímá užitkovou plochu 1450 m² a skladová hala plochu 640 m². V budově je průměrně 70 zaměstnanců. Roční náklady na vytápění, chlazení a ohřev teplé vody se pohybují okolo 100 tisíc Kč. Myslím, že tento náklad hovoří za vše.

Ing. René Kunčar

Vystudoval ČVUT Praha (fakultu strojní), poté pracoval v technicky zaměřených společnostech: BREMA, spol. s r.o. (projektant energetických systémů, projektový manažer), Veskom, spol. s r.o. (vedoucí technického oddělení), HOERBIGER CZ SK s.r.o. (manažer rozvoje), KAESER KOMPRESSOREN s.r.o. (ředitel divize servisu). Od roku 2017 je výkonným ředitelem společnosti Veskom, spol. s r.o. Volný čas rád vyplní tenisem, lyžováním nebo cyklistikou.

*) Slinky = spirálové kolektory, které se ukládají do větší hloubky (okolo dvou metrů). Zdroj: https://www.stavebni-vzdelani.cz/zemni-kolektor/; kráceno

**) Bivalentní bod, bivalentní teplota = teplota venkovního vzduchu, při které tepelné čerpadlo již není schopno dodat potřebný výkon a potřebuje pomocný (bivalentní) zdroj tepla. Zdroj: https://www.mujdum.cz/rubriky/stavba/abeceda-tepelnych-cerpadel; kráceno

***) TUV = teplá užitková voda; v roce 2006 nahrazena zkratkou TV = teplá voda (viz ČSN 06 0320:2006). Aktuálně se jedná o označení ohřáté užitkové vody, tedy nepitné. Zdroj: https://www.topin.cz/clanky; kráceno

****) ZZT = proces zpětného získávání tepla, často označován jako rekuperace; Zdroj: https://cs.wikipedia.org/wiki/ ; kráceno

Foto: archiv společnosti Veskom, spol. s r.o