Účinnost tepelného čerpadla: co nám říká
Vyžádat si konzultaci
Při hodnocení výkonu topného systému hraje důležitou roli účinnost. Tím máme na mysli, kolik energie, která se do systému přivádí, se skutečně využije. Zatímco olejové a plynové topné systémy dosahují výsledků nižších než 100 %, účinnost tepelného čerpadla je často mnohem vyšší. Níže vysvětlíme, proč tomu tak je a jak můžete účinnost svého tepelného čerpadla zvýšit.
Standardní ukazatel účinnosti topného systému
K popisu účinnosti procesů a strojů se vypočítává hodnota η (eta). Vyjadřuje se v procentech a závisí na příkonu energie a výstupu využitelné energie. Efektivně platí, že čím je hodnota vyšší, tím efektivněji systém pracuje. Ideální je hodnota 100 %, protože pak lze skutečně využít veškerou vloženou energii.
Příklad plynového topného systému: Pokud do hořáku proudí plyn o energetickém obsahu 100 kilowatthodin a v topném systému lze skutečně využít 95 kilowatthodin, je účinnost 95 % (η = 95/100 * 100 = 95 %). Zbývajících 5 % jsou ztráty, které vznikají v generátoru tepla.
Účinnost vyšší než 100 %
Na rozdíl od plynových topných systémů může být účinnost tepelného čerpadla výrazně vyšší než 100 %. V závislosti na nastavení je možné dosáhnout účinnosti kolem 300 až 500 %. Vložená energie není jednoduše vynásobena jako mávnutím kouzelného proutku - vysokou hodnotu lze naopak vysvětlit způsobem fungování tepelných čerpadel a zvolenými referenčními hodnotami.
Provozní režim tepelného čerpadla umožňuje dosahovat vysokých hodnot účinnosti
Tepelná čerpadla převádějí energii prostředí ze vzduchu, země nebo vody do speciálního média - chladiva, které se při tomto procesu odpařuje. Elektricky poháněný kompresor pak zvyšuje tlak chladiva, což způsobuje zvýšení jeho teploty. Vzniklé teplo se předává topné vodě. To lze vyjádřit následujícím vzorcem:
- Tepelná energie = energie prostředí + elektrická energie
Pokud jde o účinnost tepelného čerpadla, obvykle bereme v úvahu pouze elektrickou energii spotřebovanou kompresorem a vyrobenou tepelnou energii. Nebereme v úvahu energii prostředí, která je do procesu dodávána jinde a bez nákladů. Výsledkem je následující vzorec pro účinnost tepelného čerpadla:
- Účinnost tepelného čerpadla = elektrická energie dovnitř / tepelná energie ven
Výsledkem volby referenčních hodnot je zpravidla účinnost vyšší než 100 %.
Teorie: Carnotova účinnost tepelných čerpadel
U tepelných čerpadel hovoří odborníci také o Carnotově účinnosti nebo Carnotově faktoru. Tato teoretická hodnota označuje maximální možnou účinnost ideálního cyklu. Cyklus je opakovaný proces, při kterém tepelné čerpadlo využívá energii z okolního prostředí k vytápění (odpařování, stlačování, kondenzace, expanze, opětovné odpařování chladiva atd.). Teploty zdroje tepla a topného systému v Kelvinech se používají k výpočtu Carnotova faktoru podle následujícího vzorce:
- Carnotův faktor = teplota proudění / (teplota proudění - teplota zdroje energie prostředí).
Je důležité uvádět hodnoty v Kelvinech. Za tímto účelem se k teplotě ve stupních Celsia přičte 273 (teplota ve stupních Celsia + 273 = teplota v Kelvinech).
Obecně platí, že výsledek nebude pro běžného spotřebitele znamenat mnoho. Lze jej však použít k určení minimální elektrické energie, kterou je třeba za daných podmínek spotřebovat. Vzhledem k tomu, že v různých bodech procesu dochází ke ztrátám, je v praxi obvykle potřeba energie vyšší. Nikdy však není nižší než hodnota vypočtená podle vzorce pro Carnotovu účinnost tepelného čerpadla.
Účinnost tepelného čerpadla: srovnání podle zdroje tepla
Carnotův faktor ukazuje, že účinnost tepelného čerpadla závisí na teplotních podmínkách. Čím menší je rozdíl mezi teplotou zdroje a teplotou průtoku, tím vyšší je účinnost. Je to proto, že kompresor pak musí vykonat méně práce, aby zvýšil teplotu energie z prostředí na využitelnou úroveň. Spotřeba energie tepelného čerpadla se snižuje a účinnost se zvyšuje.
Pokud jde o vytápění budovy, lze z toho vyvodit i další závěr: při zachování všech ostatních vlastností závisí účinnost na spotřebě energie prostředí, zejména v zimě. Následující tabulka ukazuje srovnání tepelných čerpadel vzduch a solanka/voda.
Ze srovnání vyplývá, že účinnost vzduchového tepelného čerpadla je v zimě nižší, protože systém tehdy využívá chladnější zdroj energie. Tepelná čerpadla typu solanka/voda, která odebírají teplo ze země, dosahují ve srovnání lepších výsledků, protože rozdíl mezi teplotou zdroje a průtoku je během topné sezóny menší. To vyvrací mýtus, že tepelná čerpadla v zimě nefungují dobře.
Alternativní ukazatele environmentální účinnosti vytápění: COP, SCOP a další
Kromě účinnosti tepelného čerpadla existuje řada dalších informativních parametrů. Zde je přehled těch nejdůležitějších:
- COP: Koeficient účinnosti (COP) udává účinnost v definovaném bodě (příklad: teplota vzduchu 2 °C a teplota průtoku 35 °C). Stanovuje se na zkušebním zařízení vydělením topného výkonu přiloženým elektrickým výkonem.
- SCOP: Stejně jako COP se na zkušebním zařízení stanovuje i sezónní topný faktor (SCOP). Zohledňuje však účinnost za různých klimatických podmínek, a proto má ještě větší vypovídací hodnotu.
- Roční COP: Stejně jako účinnost, COP a SCOP dává roční koeficient výkonu tepelného čerpadla do vzájemné souvislosti přínosy a náklady. Podstatné jsou zde však naměřené energetické veličiny (přenesené teplo a spotřeba energie), proto nám tato hodnota umožňuje vyvodit závěry o účinnosti v provozu.
- ETA: Sezónní energetická účinnost vytápění prostor (ETAs) zohledňuje také faktor primární energie spotřebované energie, který je třeba vydělit hodnotou SCOP, aby bylo možné stanovit hodnotu ETAs. To je důležité zejména pro dotace na tepelná čerpadla, protože je třeba dodržet určité limity ETAs.
Odborné poradenství pro zlepšení účinnosti tepelných čerpadel
Pokud je účinnost tepelného čerpadla nízká, bude potřeba více elektřiny a náklady na vytápění se zvýší. Abyste tomu předešli, měli byste optimalizovat účinnost již ve fázi návrhu. Cílem všech takových opatření je udržet co nejmenší teplotní rozdíl mezi zdrojem tepla a průtokem. K dispozici jsou následující možnosti:
- Zvolte nákladově nejefektivnější zdroj tepla: Pokud je na výběr více zdrojů tepla, nejvyšší účinnost zajistí ten nejteplejší, při zachování všech ostatních podmínek. Zemní tepelná čerpadla jsou proto účinnější než vzduchová tepelná čerpadla.
- Instalujte velké otopné plochy: Po určení typu zdroje tepla lze v mnoha případech snížit teplotu průtoku. K tomu je obzvláště účinná instalace velkých radiátorů, nízkoteplotních otopných těles nebo plošných topných systémů. Pokud máte nárok na dotaci na tepelné čerpadlo, můžete do ní zahrnout i náklady na otopné plochy.
- Optimalizujte topný systém: Optimalizace distribuce tepla rovněž přispěje ke zvýšení účinnosti vašeho tepelného čerpadla. Toho lze dosáhnout například pomocí hydronického vyvážení, které snižuje teplotu průtoku. Pokud již tepelné čerpadlo používáte, nabízí vláda dotaci na optimalizaci topného systému.
- Upravte nastavení tepelného čerpadla: Pokud je váš topný systém řízen v závislosti na venkovní teplotě, můžete účinnost optimalizovat také úpravou topné křivky. Ta určuje, jak vysoká musí být teplota průtoku při různých venkovních teplotách. Při regulaci v závislosti na teplotě v místnosti pomáhá optimalizovat teploty v místnosti.
Kromě modernizace topného systému můžete také provést izolační opatření nebo vyměnit okna. To sníží potřebu tepla a umožní vám to snížit teplotu průtoku. V porovnání s provedením prací na vašem topném systému jsou však úsilí a náklady s tím spojené obvykle vyšší.
