Spoločnosť Stiebel Eltron poskytla na tento praktický test 16 tepelných čerpadiel sedem čerpadiel systému zemvoda, osem čerpadiel systému vzduchvoda a jeden systém vodavoda. Pri dvoch systémoch zemvoda a vzduchvoda sa vybrali kombinácie na zvýšenie prevádzkovej efektivity systému s cieľom preukázať praktické možnosti systému tepelného čerpadla.

Celkové výsledky praktického testu

Prostredníctvom technickej analýzy rôznych parametrov, ako teplota, prietok, množstvo tepla, spotreba energie tepelného čerpadla a jeho pomocných pohonov, sa hodnotila a kontrolovala ich dôveryhodnosť. Tieto hodnoty boli merané nepretržite a sťahované denne pomocou softvéru. Na opis účinnosti tepelných čerpadiel sa používajú predovšetkým dve veličiny:

  1. Koeficient výkonnosti (COP) stanovený v skúšobni za štandardných podmienok pre konkrétny operačný bod alebo niekoľko typických prevádzkových bodov,
  2. vykurovací faktor (PF) opisujúci účinnosť systému tepelného čerpadla v reálnych podmienkach po určité obdobie, napríklad celý rok.

Vykurovací a ročný (alebo sezónny) vykurovací faktor nemožno priamo porovnávať v dôsledku rôznych období (mierne a studené zimy). Na základe presnosti meraných parametrov, ako je vykurovací faktor a ročné výkyvy počasia, ich možno porovnávať. Aby bolo možné určiť výkonové číslo (COP) spotreby energie, zohľadňujú sa:

  • tepelné čerpadlo (kompresor a meranie),
  • obehové čerpadlo pre primárny okruh soľanky v prípade zemvoda,
  • ventilátor v prípade vzduchvoda
  • elektrické prídavné kúrenie – špirála.

Teplo sa meria priamo na tepelnom čerpadle. V súlade s príslušnými štandardmi neboli tepelné straty zásobníka TÚV a akumulačného zásobníka zohľadnené. Podľa hodnotiacich faktorov sa hodnotila výkonnosť všetkých systémov tepelných čerpadiel a prepočítala sa na mesačný priemer. Na obr. 1 je porovnanie fázy 1 (získané dáta od 07/2007) a fázy 2 (údaje získané od 09/2008). Systém zohľadňuje ústredné kúrenie aj ohrev teplej vody. Elektrické prídavné kúrenie bolo vzaté do úvahy pri výpočte koeficientu výkonu.

Pri 41 tepelných čerpadlách zemvoda, ktoré boli vo fáze 1, bolo priemerné výkonové číslo (COP) pre obdobie od júla 2007 do júna 2009 3,81 vrátane prídavného elektrického vykurovania. Pri 15 tepelných čerpadlách zemvoda vo fáze 2 bolo priemerné výkonové číslo (COP) pre obdobie od septembra 2008 do júna 2009, 4,09 vrátane elektrického prídavného kúrenia. Dôvodom vyššej efektivity sú závery z fázy 1, ktoré boli vzaté do úvahy, ako aj neustály vývoj tepelných čerpadiel a rovnako dokonalejšie inštalácie systémov.

Elektrické prídavné kúrenie – špirála

Väčšina tepelných čerpadiel má integrovanú elektrickú špirálu, ­ktorá má rôznu funkciu v závislosti od zdroja tepla:

  • vysušovanie stavby, v prípade geotermálnej sondy možno predísť neprimeranému ochladzovaniu a následnému poškodeniu sondy;
  • pasterizácia reguláciou na ohrev teplej vody,
  • núdzové vykurovanie.

Elektrické prídavné kúrenie bolo vzaté do úvahy pri výpočte ­koeficientu výkonu. Pri všetkých čerpadlách systému zemvoda bol po celé obdobie sezónny vykurovací faktor (PF) = 3,88. Na ­porovnanie vykurovací faktor (PF) bez zohľadnenia elektrickej špirály je PF = 3,93. To znamená, že elektrické prídavné kúrenie sa používa v čerpadle systému zemvoda iba na vysúšanie ­budov aj v prípade krátkeho obdobia, keď je tepelné čerpadlo mimo ­prevádzky. Elektrický kotol zabudovaný v čerpadle Stiebel Eltron má tri výkonové stupne. Maximálny výkon špirály je 8,8 kW.

Vykurovací faktor (PF)

Nasledujúci obrázok ukazuje rastúci vykurovací faktor (PF) – zoradené podľa typu tepelného čerpadla zemvoda. Čísla pod obrázkom sú označenia jednotlivých inštalácií. Príčiny rozdielov vykurovacieho faktora (PF) sú rôzne inštalované tepelné čerpadlá mali rôznu účinnosť a boli inštalované na rôzne zdroje tepla (geotermálne sondy, geotermálne kolektory, energetické koše). Vplyv pomocných pohonov je tiež relevantný, ide napríklad o typ obehového čerpadla, t. j. či štandardne používané čerpadlo alebo čerpadlo s vysokou účinnosťou. Okrem toho zaváži aj celkový koncept systému.

Napríklad jeden zo systémov v skutočnej prevádzke s vodou z geotermálnej sondy, ktorá musí byť dostatočne nadimenzovaná, aby sa zabránilo ochladzovaniu vody. Vďaka tomu dosiahneme optimálnu teplotu, z čoho potom vyplýva aj optimálny vykurovací faktor (PF), ale nie vždy je to typický príklad inštalácie. V systémoch, kde bola zvýšená efektivita zariadenia a kde sa ­dosahovali veľmi dobré výsledky, treba tieto kombinácie systémov prezentovať a informovať spoločnosť aj odborníkov. Tieto riešenia je vhodné využiť v praxi pri návrhoch systémov tepelných čerpadiel so zvýšenou účinnosťou. Spôsob použitia (napr. podiel TÚV) a veľkosť systému má silný vplyv na vykurovací faktor (PF).

Inštalácia tepelného čerpadla systému zem/voda + solárny systém so zvýšenou účinnosťou

Jeden zo systémov Stiebel Eltron bola aj kombinácia tepelného čerpadla systém zemvoda s plochými solárnymi panelmi. V systéme bolo inštalované prémiové čerpadlo systému zemvoda WPF 10 E (výkon 10,0 kW) spolu s kombinovaným stacionárnym akumulátorom tepla SBS 1001 W SOL (objem 1000 l) a so šiestimi solárnymi kolektormi Stiebel Eltron (14,46 m2). Výsledkom trojročného testu bolo zaujímavé zvýšenie efektivity ­celého systému, v dôsledku čoho sa znížili prevádzkové náklady o 20 %. Ročné výkonové číslo tepelného čerpadla WPF 10 E bez solárneho systému pri danom systéme a parametroch je 4,42. Počas sledovaného obdobia sa zvýšilo toto číslo na hodnotu 5,64, čo je zvýšenie efektívnosti celého systému o 20 %. Výsledkom celého testu bolo zvýšenie energetickej efektívnosti celého systému, z čoho vyplynuli viaceré výhody:

  • úspora miesta, nakoľko bol použitý len jeden zásobník, ktorý slúži ako akumulátor tepla a zároveň pripravuje teplú úžitkovú vodu pre domácnosť,
  • zväčšený objem teplej vody pre domácnosť 300 l, nakoľko teplá voda sa pripravuje prietokovým spôsobom,
  • zníženie tepelných strát zásobníka,
  • zvýšenie efektívnosti solárneho systému o 38 %,
  • zníženie prevádzkových nákladov na prípravu TÚV a ÚK.

Závery a vyhodnotenie tohto testu sú základom využitia týchto ­poznatkov v širšom meradle aj v praxi. Výhodou pre komerčnú, ale aj súkromnú sféru je systém akumulovania tepla pre vykurovací systém v kombinácii s prípravou teplej úžitkovej vody prietokovým spôsobom. Prietokový systém odbúrava potrebu mať naakumulované množstvo teplej vody, kde sú pri menších spotrebách vody často väčšie úniky a väčšia spotreba energie. Široké portfólio spoločnosti Stiebel Eltron ponúka možnosti využitia nadobudnutých poznatkov pre širšie spektrum klientov.

Dipl. Ing. Adam Brestovský

referent podpory systémovej techniky
STIEBEL ELTRON