V předchozích článcích jsme si představili princip absorpčních plynových tepelných čerpadel, vysvětlili hodnoticí parametry GUE, PER a sezónní energetickou účinnost vytápění η_s, ukázali jejich použití v energetických auditech a PENB a popsali základní zásady návrhu systémů.

Přirozeně tak vzniká otázka:

Odpovídají deklarované parametry absorpčních tepelných čerpadel skutečnému provozu?

Právě na tuto otázku mimo jiné odpověděla rozsáhlá studie realizovaná ve spolupráci společnosti ROBUR a Katedry mechaniky a strojnictví České zemědělské univerzity v Praze. Výsledky byly publikovány v prestižním mezinárodním časopise Energy and Buildings zařazeném do prvního kvartilu vědeckých časopisů.

Cílem studie nebylo pouze ověřit parametry samotného zařízení, ale především posoudit, jakých výsledků dosahují absorpční tepelná čerpadla v běžném provozu budov a zda správně navržené systémy skutečně dosahují deklarovaných hodnot.

Měřené zařízení

Předmětem laboratorního i provozního ověřování bylo absorpční plynové tepelné čerpadlo vzduch/voda ROBUR GAHP-A, dnes nahrazené modernější variantou GAHP A Plus, které představuje nejrozšířenější typ absorpčních tepelných čerpadel v Evropě. 

Základní parametry měřené jednotky:

• pracovní látka NH₃/H₂O,
• jmenovitý výkon přibližně 41 kW při podmínkách A15/W35,
• GUE = 1,64 při podmínkách A15/W35,
• sezónní energetická účinnost vytápění ηs = 113 % pro průměrné klimatické podmínky dle metodiky ErP.

Hodnocení bylo provedeno na základě energetické bilance zařízení. Byla měřena spotřeba plynu, spotřeba elektrické energie pomocných zařízení a dodaná tepelná energie.

Ověření deklarovaných parametrů zařízení

První část studie byla zaměřena na ověření katalogových parametrů zařízení.

Měření probíhalo za podmínek blízkých běžně používaným provozním bodům:

• A15/W45,
• A7/W45,
• A15/W55.

Naměřené výkony i hodnoty GUE vykázaly velmi dobrou shodu s technickou dokumentací výrobce.

Současně bylo potvrzeno, že výslednou účinnost významně ovlivňuje požadovaná teplota topné vody. Pouhým zvýšením výstupní teploty o 10 °C došlo ve shodě s dokumentací výrobce k poklesu výkonu o 2,8 kw a poklesu GUE o 0,12. V krajním případě při změně teploty z 35 °C na 65 °C může dojít k poklesu faktoru využití plynu až o 25 %.

Tento závěr potvrzuje zásady návrhu uvedené v předchozím článku: čím nižší požadovaná teplota topné vody, tím lepších výsledků tepelné čerpadlo dosahuje.

Měření sezónní účinnosti v reálném provozu

Samotné ověření výkonu zařízení však nestačí. Skutečný provoz budovy je vždy ovlivněn způsobem návrhu systému, charakterem spotřeby a klimatickými podmínkami.

Proto bylo provedeno dlouhodobé měření na dvanácti skutečných instalacích s výkony od 50 do 500 kW. Měření probíhalo nepřetržitě po dobu jednoho roku v klimatických podmínkách odpovídajících České republice.

Všechny sledované instalace využívaly kaskádu absorpčních tepelných čerpadel a kondenzačních kotlů. Soustavy byly vybaveny akumulací a byly navrženy pro vytápění budov, případně kombinované systémy vytápění a přípravy teplé vody.

Skutečné sezónní faktory využití plynu

Výsledky sezónního měření ukázaly hodnoty SGUE v rozsahu: 1,16 až 1,43 s průměrnou hodnotou 1,33.

Zásadní rozdíl se projevil mezi instalacemi, které respektovaly základní projekční zásady, a instalacemi s fixně nastavenou teplotou a kombinovaným vysokoteplotním provozem.

Nejlepší sledovaná instalace dosáhla: SGUE = 1,43.

Tyto výsledky potvrzují, že správně navržené soustavy dosahují velmi vysokých sezónních faktorů využití plynu a že doporučené zásady návrhu nejsou pouze teoretickým doporučením, ale mají přímý dopad na skutečný provoz.

Porovnání se sezónní energetickou účinností ηs

V článku věnovaném hodnoticím parametrům jsme si ukázali, že pro metodiku ErP je klíčovým ukazatelem sezónní energetická účinnost vytápění η_s.

Pro jednotku GAHP-A výrobce deklaruje: η_s = 113 %

pro průměrné klimatické podmínky. 

V rámci studie byl vedle SGUE sledován také sezónní faktor primární energie SPER, který zohledňuje nejen spotřebu zemního plynu, ale také spotřebu elektrické energie pomocných zařízení. Je tedy ekvivalentní k sezonní energetické účinnosti η_s.

Naměřené výsledky ukázaly:

Hodnota deklarované sezónní energetické účinnosti ηs = 1,13 tak velmi dobře odpovídá méně kvalitně navrženým systémům. Průměr všech sledovaných instalací dosáhl hodnoty přibližně 1,21, což představuje zlepšení o přibližně 7 % oproti hodnotě ηs. Správně navržené systémy pak dosahovaly hodnot kolem 1,25, tedy přibližně o 11 % vyšších, než předpokládá standardní metodika ErP.

Metodika ErP se v případě absorpčních tepelných čerpadel ukazuje jako konzervativní. Správně navržené a provozované systémy mohou v reálném provozu dosahovat lepších výsledků, než jaké předpokládá standardizovaný výpočet.

Co studie dokazuje

Výsledky publikované v časopise Energy and Buildings potvrzují několik důležitých skutečností:

• deklarované hodnoty GUE odpovídají skutečnému provozu zařízení,
• správný návrh systému má zásadní vliv na dosaženou sezónní účinnost,
• hodnoty používané metodikou ErP nejsou nadhodnocené laboratorní parametry.

Shrnutí

Dlouhodobé měření realizované ve spolupráci společnosti ROBUR a Katedry mechaniky a strojnictví ČZU představuje jednu z nejrozsáhlejších studií věnovaných absorpčním plynovým tepelným čerpadlům ve středoevropských klimatických podmínkách (článek je v režimu open acess volně k dispozici). Výsledky publikované v časopise Energy and Buildings potvrdily shodu mezi deklarovanými a skutečně naměřenými parametry technologie.

Současně bylo ověřeno, že při dodržení základních zásad návrhu systému dosahují plynová tepelná čerpadla velmi vysokých sezónních faktorů využití plynu a že jejich skutečný provoz odpovídá nebo dokonce překonává hodnoty předpokládané metodikou ErP. [robur.cz], [sciencedirect.com]