Přirozeně tak vzniká otázka:

Jaké je místo plynových tepelných čerpadel mezi současnými zdroji tepla a ve kterých aplikacích mohou představovat zajímavé řešení?

Výhody absorpčních tepelných čerpadel 

Cílem tohoto článku není určit univerzálně nejlepší zdroj tepla. Každá z dostupných technologií má své technické výhody i omezení a vhodnost jejího použití závisí na konkrétní aplikaci. Smyslem článku je ukázat technické a ekonomické souvislosti jednotlivých řešení a identifikovat situace, ve kterých mohou být plynová tepelná čerpadla zajímavou alternativou k ostatním zdrojům tepla.

1. výhoda: Stabilní výstupní teplota

Jak bylo popsáno v článku věnovaném principu plynových tepelných čerpadel, absorpční princip jejich provozu umožňuje dosahovat stabilní výstupní teploty topné vody i při poklesu venkovní teploty. Dokáží ohřívat vodu na 65 °C při venkovní teplotě - 15°C.

To představuje významný rozdíl oproti běžným elektrickým tepelným čerpadlům vzduch-voda, u kterých v závislosti na konstrukci zařízení a použitém chladivu dochází při nízkých venkovních teplotách k poklesu dosažitelné výstupní teploty.

Plynová tepelná čerpadla proto mohou být zajímavým řešením například v soustavách, které při výpočtové venkovní teplotě vyžadují teplotu topné vody vyšší než 60 °C. Typicky se jedná o starší budovy s původními otopnými soustavami.

2. výhoda: Stabilita výkonu

Plynová tepelná čerpadla dosahují nižších sezónních topných faktorů než tepelná čerpadla elektrická. U vzduchových variant však vykazují výrazně stabilnější tepelný výkon při poklesu venkovní teploty.

To může být výhodné zejména u budov s vyšší tepelnou ztrátou, kde potřeba tepla výrazně roste právě v období nejnižších venkovních teplot.

Níže uvedená tabulka porovnává výkon elektrického tepelného čerpadla Robur Hydro (viz. technický list) a plynového absorpčního tepelného čerpadla GAHP-A (viz. technický list).

Z tabulky je patrné, že při zvolených návrhových podmínkách vyžadují elektrická tepelná čerpadla pro pokrytí stejné tepelné ztráty vyšší instalovaný výkon.

3. výhoda: Hybridizace systému

Jak jsme si ukázali v předchozícm  článcích návrh systému a ověřili měřením, optimální návrh větších soustav často spočívá v kombinaci tepelného čerpadla a kondenzačního kotle.

Kondenzační kotel představuje velmi dobrý špičkový zdroj tepla. Oproti tepelným čerpadlům nabízí nízkou pořizovací cenu, stabilní výkon a zároveň stále velmi příznivé provozní náklady ve srovnání například s elektrokotlem.

Elektrická tepelná čerpadla lze samozřejmě také kombinovat s plynovými kotli. U plynových tepelných čerpadel je však tato kombinace naprostým standardem, protože oba zdroje využívají stejný energetický nosič.

Správně navržená hybridní soustava umožňuje pokrýt požadovaný výkon s menším instalovaným výkonem tepelných čerpadel a současně zachovat vysokou sezónní účinnost celého systému.

Ukázkou může být hybridizace výše uvedeného modelového objektu.

Je patrné, že hybridní návrh umožnil výrazně snížit požadovaný instalovaný výkon tepelných čerpadel. Jelikož jsou tepelná čerpadla zpravidla nejdražší částí zdrojové soustavy, vede hybridizace často také ke snížení investičních nákladů.

4. výhoda: Poměr ceny elektřiny a plynu

Ekonomická výhodnost jednotlivých technologií je do značné míry ovlivněna aktuálním poměrem cen elektřiny a zemního plynu.

Zjednodušeně lze říci že náklady na energie jsi sou rovny pokud:

Cena elektřiny / Cena plynu = SCOP / SGUE

Například: 3,0 / 1,3 = 2,3

Pro orientační představu si uveďme modelový příklad:

• roční potřeba tepla: 250 MWh,
• cena elektřiny: 4 393 Kč/MWh (ČEZ- Ceník Elektřina na dobu neurčitou, sazba tepelné čerpadlo D56d -nízký tarif)
• cena zemního plynu: 1 768 Kč/MWh (ČEZ- Ceník Plyn na dobu neurčitou, sazba topím hodně nad 63 MWh),

Zvolené účinnosti

• SCOP = 3,1 (vychází z výsledků projektu WP Monitor realizovaného institutem Fraunhofer ISE, který u monitorovaných vzduchových tepelných čerpadel dosáhl průměrné hodnoty přibližně 3,1).

• SGUE = 1,3 vychází z publikovaných provozních měření absorpčních tepelných čerpadel v impaktovaném časopise Energy and Bulding kde vzduchová tepelná čerpadel dosáhla průměrné hodnoty přibližně 1,32.

• η = 0,9 odpovídá běžně dosahované sezónní účinnosti kondenzačních kotlů.

Skutečné faktory se mohou lišit v závislosti na návrhu soustavy, regulaci, klimatických podmínkách nebo provozním režimu objektu.

Odhad provozních nákladů na energii

• Elektrické tepelné čerpadlo

Potřebná elektřina: 250 / 3,1 = 80,6 MWh

Roční náklady: 80,6 × 4 393 = 354 274 Kč

• Plynové tepelné čerpadlo

Potřebná energie plynu: 250 / 1,3 = 192,3 MWh

Roční náklady: 192,3 × 1 768 = 339 986 Kč

• Kondenzační kotel

Potřebná energie plynu: 250 / 0,9 = 277,8 MWh

Roční náklady: 277,8 × 1 768 = 491 150 Kč

Ve srovnání s kondenzačním kotlem:

• elektrické tepelné čerpadlo snižuje náklady přibližně o 25 %,

• plynové tepelné čerpadlo snižuje náklady přibližně o 31 %.

Je třeba zdůraznit, že výsledky jsou citlivé na dosaženou sezónní účinnost zdrojů i na aktuální ceny energií. Při odlišných provozních podmínkách nebo jiném poměru cen elektřiny a zemního plynu se mohou výsledky ekonomického porovnání změnit.

Podstatným závěrem však je, že navzdory výrazně odlišným hodnotám topných faktorů mohou plynová i elektrická tepelná čerpadla dosahovat velmi podobných provozních nákladů. 

5. výhoda: Snížení emisí oproti kotelně s kondenzačními kotli

Při použití současných emisních faktorů (MPO) pro českou elektroenergetiku a zemní plyn vycházejí emise obou tepelných čerpadel výrazně nižší než u samostatného kondenzačního kotle.

Pro uvažované sezónní účinnosti vychází přibližně:

• elektrické tepelné čerpadlo (SCOP = 3,0): 110 kg CO₂/MWh tepla,

• plynové tepelné čerpadlo (SGUE = 1,3): 154 kg CO₂/MWh tepla,

• kondenzační kotel (η = 0,9): 222 kg CO₂/MWh tepla.

Elektrické tepelné čerpadlo při současném českém energetickém mixu dosahuje nižších emisí CO₂ než tepelné čerpadlo plynové. Současně však platí, že obě technologie vykazují výrazně nižší emise než samostatný kondenzační kotel.

Stejně jako v případě ekonomiky je však tento výsledek ovlivněn konkrétními provozními podmínkami a aktuální strukturou výroby elektřiny.

Co čísla neukazují

Předchozí výpočty porovnávají především technicky a ekonomicky kvantifikovatelné parametry. Ve skutečných projektech však výsledný návrh i ekonomiku významně ovlivňují také investiční náklady, dostupná infrastruktura, požadavky na připojení k distribučním sítím nebo prostorové nároky technologie. Těmi jsou například:

Pro plynová tepelná čerpadla:

• realizace plynové přípojky,

• eventuelně spalinové cesty.

Pro elektrická tepelná čerpadla

• kapacita elektrické přípojky,

• rezervovaný elektrický výkon,

• distribuční poplatky.

Obecně:

• akumulační nádrže,

• stavební úpravy,

• protihluková opatření,

• prostorové nároky technologie.

Právě tyto položky často rozhodují o tom, která technologie bude pro konkrétní objekt ekonomicky výhodnější.

Shrnutí hlavních výhod plynových tepelných čerpadel

Z výše uvedeného nabízí plynová tepelná čerpadla zajímavých technických nebo ekonomických benefitů. Jsou to:

• stabilní výstupní teplota,

• stabilní výkon při nízkých venkovních teplotách,

• snadná hybridizace s plynovými kotli,

• konkurenceschopné provozní náklady,

• nižší emise CO₂ oproti samostatným kondenzačním kotlům.

Kde mohou být plynová tepelná čerpadla vhodnějším řešením?

Plynová tepelná čerpadla nepředstavují univerzální náhradu elektrických tepelných čerpadel. Existuje však řada aplikací, ve kterých mohou díky svým vlastnostem představovat technicky i ekonomicky velmi zajímavé řešení:

• rekonstrukce stávajících plynových kotelen, kde lze využít stávající vybavení,

• budovy s omezenou kapacitou elektrické přípojky,

• aplikace vyžadující teploty nad 60 °C při nízkých venkovních teplotách,

• zdroje s vyššími tepelnými výkony a existující plynovou infrastrukturou.

Právě v těchto případech se mohou projevit výhody stabilního výkonu, menších nároků na elektrickou síť a snadnější integrace do stávajících systémů.

Kde naopak plynová tepelná čerpadla obvykle nedávají smysl?

• novostavby s požadavkem na nulové lokální emise,

• objekty bez dostupné plynové infrastruktury,

• aplikace úzce propojené s fotovoltaickými systémy,

• nízkoteplotní otopné soustavy, kde elektrická tepelná čerpadla dosahují velmi vysokých topných faktorů,

• aplikace vyžadující teploty nad 70 °C, které zůstávají doménou kotlů nebo speciálních vysokoteplotních tepelných čerpadel.

Závěr

Univerzálně nejlepší řešení neexistuje. Vhodnost jednotlivých technologií vždy závisí na charakteru budovy, požadovaném výkonu, dostupné infrastruktuře, provozních podmínkách a aktuálních cenách energií.

Elektrická tepelná čerpadla nacházejí velmi vhodné uplatnění zejména v novostavbách a nízkoteplotních soustavách. Plynová tepelná čerpadla mohou být naopak zajímavou alternativou především při rekonstrukcích, u větších výkonů, v objektech s omezenou elektrickou přípojkou nebo tam, kde již existuje plynová infrastruktura.

Zkušenosti z provozu i výsledky prezentované v této sérii potvrzují, že o výsledné ekonomice nerozhoduje pouze samotná technologie, ale především kvalita návrhu celé soustavy. Vhodně navržené hybridní řešení dokáže efektivně využít přednosti jednotlivých zdrojů a dosahovat vysoké sezónní účinnosti při rozumných investičních i provozních nákladech.

Pro komplexní hodnocení je vždy nezbytné posuzovat každý projekt individuálně. Úspěšné realizace s výsledky ověřenými energetickým auditem představíme v závěrečném článku této série. Pokud chcete konzultovat konkrétní projekt, neváhejte se nezávazně obrátit na naše specialisty.