V předchozím článku jsme si představili výsledky měření samotných absorpčních tepelných čerpadel. Nezávislé měření realizované ve spolupráci společnosti ROBUR a České zemědělské univerzity potvrdilo, že zařízení dosahují deklarovaných parametrů a při správném provozu mohou dosahovat i vyšších sezónních účinností, než předpokládá metodika ErP.

Samotná účinnost zdroje však ještě nezaručuje vysokou účinnost celé kotelny. Výslednou spotřebu energie budovy významně ovlivňuje také způsob zapojení systému, příprava teplé vody, rozdělení výkonu mezi tepelné čerpadlo a kondenzační kotel nebo provozní teploty soustavy.

Právě proto byla v rámci stejného výzkumného projektu vedle měření samotných tepelných čerpadel vyhodnocena také efektivita celých systémů vytápění.

Proč měřit systém jako celek

V článku věnovaném zásadám návrhu jsme si ukázali, že cílem návrhu není maximalizovat instalovaný výkon tepelných čerpadel ani maximalizovat množství tepla dodaného tepelným čerpadlem.

Pro projektanty, investory i energetické auditory není hlavní otázkou, jakých parametrů dosahuje samotné tepelné čerpadlo za ideálních podmínek, ale jakých výsledků dosahuje celý systém v reálném provozu.

Právě zde se mohou projevit zásady návrhu hybridních soustav:

• návrh výkonu tepelných čerpadel na přibližně 40 až 60 % tepelné ztráty,
• oddělování vysokoteplotních spotřebičů,
• využívání kondenzačních kotlů pro výkonové špičky,
• využití tepelného čerpadla pro předehřev teplé vody.

Otázkou zůstávalo, zda se tyto zásady skutečně projeví ve výsledné účinnosti systému. Za tímto účelem bylo na čtyřech kotelnách měření rozšířeno z hodnocení samotných zdrojů na hodnocení celé soustavy.

Měřené koncepce systémů

Do hodnocení byly zařazeny čtyři kotelny, z nichž každá reprezentovala odlišnou strategii návrhu a provozu.

Všechny kotelny pracovaly ve středněteplotních soustavách při výpočtové venkovní teplotě −15 °C.

1. Dvoutrubková soustava s kombinovaným ohřevem

Nejjednodušší koncepce využívala společný zásobník pro vytápění i přípravu teplé vody. Požadovaná teplota byla trvale udržována v blízkosti technického maxima 60 °C tak, aby bylo dosaženo 55 °C na výstupu teplé vody.

Stejná teplotní hladina byla využívána pro vytápění i přípravu teplé vody.

Parametry soustavy

Tepelná čerpadla zde dodávala největší podíl energie, současně však pracovala při vysokých teplotách vody, tedy mimo optimální provozní rozsah.

2. Čtyřtrubková soustava s oddělenou přípravou teplé vody

Vysokoteplotní spotřebiče byly odděleny od vytápění. Tepelná čerpadla zásobovala pouze nízko a středněteplotní část systému.

Tepelná čerpadla pracovala ekvitermně v optimálním rozsahu provozních teplot. Přípravu teplé vody zajišťoval kondenzační kotel.

Parametry soustavy

3. Čtyřtrubková soustava s předehřevem teplé vody

U objektů s vyšší spotřebou teplé vody by její úplné přenechání kondenzačnímu kotli nebylo hospodárné. Tepelná čerpadla proto zajišťovala předehřev vody a kondenzační kotel pouze finální dohřev na požadovanou teplotu.

Tím bylo možné zachovat vysokou účinnost tepelných čerpadel a současně využít jejich výkon i pro částečný ohřev teplé vody.

Parametry soustavy

4. Dvoutrubková soustava určená pouze pro vytápění

Poslední kotelna představovala soustavu bez vysokoteplotních spotřebičů. Tepelná čerpadla byla využívána výhradně pro vytápění a kondenzační kotel sloužil pouze jako špičkový zdroj.

Tato varianta nejvíce odpovídá ideálním podmínkám uvedeným v článku o návrhu soustav.

Parametry soustavy

Výsledky ukázaly, že rozdíly mezi jednotlivými koncepcemi byly významné, přestože všechny využívaly stejnou technologii tepelných čerpadel. Hodnoty sezónního faktoru využití plynu samotných tepelných čerpadel se pohybovaly v rozmezí: SGUE = 1,16 až 1,41 Hodnoty dosažené celými soustavami pak byly: SGUE = 1,14 až 1,31.

To potvrzuje, že o výsledku nerozhoduje pouze účinnost samotného zdroje, ale i návrh celého systému. Níže je uvedena tabulka energetických toků v rámci kotelny. 

Z tabulky je patrný jeden velmi zajímavý závěr. Kotelna s kombinovaným ohřevem dosáhla nejvyššího podílu energie dodané tepelnými čerpadly. Přesto vykázala nejhorší výsledky z celé skupiny.

Naopak kotelny s oddělenou přípravou teplé vody nebo s předehřevem dosáhly výrazně vyšší účinnosti, přestože část energie byla dodávána kondenzačními kotli.

1. Varianta s kombinovaným ohřevem

Soustava s kombinovaným ohřevem vytápění a teplé vody dosahovala nejvyššího podílu energie dodané tepelnými čerpadly. Na první pohled by se mohlo zdát, že právě tato varianta bude nejúčinnější.

Ve skutečnosti však tepelná čerpadla pracovala podstatnou část roku při teplotách 60 °C, tedy mimo oblast nejvyšší účinnosti. 

Výsledkem byly nejnižší hodnoty SGUE i SPER z celé sledované skupiny.

Měření tak potvrzuje velmi důležitý závěr:

Nejvyšší podíl energie dodané tepelným čerpadlem automaticky neznamená nejvyšší účinnost systému.

2. Oddělení vysokoteplotních spotřebičů

Po oddělení přípravy teplé vody od vytápění se situace výrazně změnila. Podíl tepla dodaného tepelnými čerpadly sice poklesl, tepelná čerpadla však pracovala ekvitermně v optimálních podmínkách. 

Nárůst účinnosti tepelných čerpadel převážil nad zvýšeným podílem energie dodané kondenzačním kotlem.

Výsledkem byl nárůst SGUE i SPER celé soustavy.

Měření tak přímo potvrzuje projekční zásadu uvedenou v předchozím článku:

Trvalé vysokoteplotní spotřebiče je vhodné od tepelného čerpadla oddělit.

3. Předehřev teplé vody

Ještě zajímavější výsledky přinesla soustava s předehřevem teplé vody. Tepelná čerpadla si zachovala vysokou účinnost a současně se významně podílela na přípravě teplé vody. Kondenzační kotel zajišťoval pouze finální dohřev. 

Zajímavé je, že této koncepce bylo dosaženo téměř dvacetiprocentním podílu energie dodané kotlem. Přesto byly výsledky výrazně lepší než u kombinovaného systému.

Měření tak potvrzuje další zásadu návrhu:

Při vyšší spotřebě teplé vody je vhodné využít tepelné čerpadlo formou předehřevu teplé vody.

4. Soustavy určené pouze pro vytápění

Nejvyšší účinnosti dosahovaly systémy bez vysokoteplotních spotřebičů. Tepelná čerpadla zde pracovala prakticky po celý rok při nízkých nebo středních teplotách vody.

Tento výsledek současně potvrzuje jeden z nejdůležitějších závěrů článku předchozího návrh a projekce.

Tepelná čerpadla nebyla navržena na 100 % tepelné ztráty objektu, přesto pokryla naprostou většinu roční potřeby tepla.

Podíl energie dodané kotlem byl minimální a vliv bivalentního zdroje na výslednou účinnost soustavy zanedbatelný.

Co výsledky potvrzují

Měření celých soustav přineslo několik důležitých poznatků:

• tepelná čerpadla nemusí dodávat maximální množství energie, aby systém dosáhl vysoké účinnosti,
• oddělení vysokoteplotních spotřebičů vede ke zvýšení sezónní účinnosti,
• předehřev teplé vody představuje efektivní kompromis mezi účinností a podílem energie dodané tepelnými čerpadly,
• správně navržené hybridní soustavy dosahují vyšší účinnosti než systémy snažící se maximálně využívat tepelná čerpadla za všech provozních podmínek,
• návrh tepelných čerpadel na 40 až 60 % tepelné ztráty umožňuje pokrýt většinu roční potřeby energie při zachování vysoké účinnosti systému.

Shrnutí

Zatímco předchozí článek ověřil parametry samotných absorpčních tepelných čerpadel, tato část studie se zaměřila na celý systém vytápění.

Výsledky ukázaly, že nejvyšší účinnosti nebylo dosaženo tam, kde tepelná čerpadla dodávala největší množství energie, ale tam, kde byla provozována v optimálních podmínkách.

Měření tak velmi dobře potvrzuje správnost projekčních zásad představených v předchozím článku. Cílem návrhu není maximalizovat podíl tepla dodaného tepelným čerpadlem, ale maximalizovat množství tepla dodaného při vysoké účinnosti.

Tento přístup nejen zlepšuje provozní parametry tepelných čerpadel a zvyšuje účinnost celé soustavy, ale současně umožňuje významně snížit instalovaný výkon tepelných čerpadel a tím i investiční náklady.

Právě ekonomickým souvislostem tohoto přístupu se budeme věnovat v následujícím článku.