|
TEPELNÁ ČERPADLA PRO TOPENÍ JSOU HISTORICKOU ANOMÁLIÍ
Fyzikální základy
Tepelná čerpadla jsou stará jako termodynamika, už dávno vzala práci ledařům. Lidé trochu znalí fyziky dobře vědí, že mezní účinnost čerpadel, braná jako podíl tepla odebraného ochlazované lázni a práce vykonané čerpadlem, je daná prostým zlomkem Ts / (Tt - Ts), kde Ts je (absolutní) teplota studené lázně a Tt teplota lázně teplé, kam teplo přečerpáváme. Když jde naopak o topení, pak nám jde o teplo dodané, a mezní účinnost je ještě lepší, totiž Tt/(Tt-Ts). Kupříkladu, při čerpání z mrznoucí vody do vody teplejší o padesát stupňů je to 323/(323-273)=6,5. Účinnosti skutečně používaných tepelných čerpadel jsou běžně jen poloviční. Při chlazení nezbývá, než se s tím smířit (i když je vždy dobré dávat přednost účinnějším technologiím), při topení je to na pováženou.
Problém je v tom, že čerpadla bývají poháněna elektřinou, která se někde jinde vytváří opačným procesem, totiž tepelným strojem, který využívá naopak přesunu tepla z prostředí horkého do chladného. Ten má účinnost vždy menší než jedna, ještě další teplo se uvolňuje přenosem elektřiny na místo spotřeby a dohromady tak činí využitá elektrická práce jen čtvrtinu až třetinu tepla uvolněného spalováním. (Horší je to u štěpných reakcí, kterými se záměrně ohřívá pára na nižší teploty než uhlím, aby to bylo bezpečnější, a zcela jinak je to ovšem u vodních elektráren, ale každá ušetřená elektřina ve skutečnosti omezí provoz fosilních elektráren, kde je cena paliva rozhodující, takže se omezme na ty.) Pokud by mělo být výrazně lepší topit tepelným čerpadlem než rovnou na místě spalovat nějaké fosilní palivo, musí být účinnost topného systému v budově vyšší než čtyři, a to obvykle není, aspoň ne v celoročním průměru.
Jak je možné, že tepelná čerpadlo někdo pro topení doporučuje?
Jedno doporučení mohu dát i já, totiž pro malé jednotky podobné běžné chladničce, které odebírají teplo z odpadního vzduchu a mají topné výkony max. 1,5 kW. Takové stačí pro topení a ohřev vody v pasívních domech. Díky tomu, že odebírají teplo ze vzduchu s teplotou nad bodem mrazu a ohřívají vzduch či vodu na teploty do padesáti stupňů, může být jejich celoroční účinnost dostatečná. I když běží na fosilní elektřinu, je jí málo a je dost dobře využitá. Jde o nejběžnější způsob topení v pasívních domech, odkazů na internetu je spousta a stále přibývají (jen na českém trhu zatím ne, asi proto, že nemáme tisíce pasívních domů, jaké např. v SRN rostou jako houby po dešti).
Jiná doporučení ale už dát nemohu. Elektřina se pro topení zkrátka nehodí, je jí škoda. Jistě, přes tepelné čerpadlo se využije líp, než když jen ohřívá nějaký velký rezistor (místo aby poháněla motor), ale pro náhradu low-tech elektrického topení vždycky existují i nějaké lepší alternativy. Dokonce investičně i provozně levnější, i při současných dumpingových cenách elektřiny (dumpingových proto, že v nich není zahrnuto poškození zdraví, atmosféry a krajiny).
Jen se o nich nějak pořád dost neví.
Pasivní domy
Tou nejlepší alternativou je právě stavba pasívních domů nebo adaptace těch současných na pasívní či téměř pasívní standard. To "pasívní" znamená, že není v domě potřeba samostatný aktivní topný systém, stačí v případě potřeby přihřát čerstvý vzduch přiváděný větracím systémem (ten v takovém domě vždycky je, nepleťte prosím se zastaralou klimatizací), a to na max. 50 stupňů, z čehož vyplývá max. přípustná "měrná tepelná ztráta domu" 10 wattů na metr čtvereční. Znamená to obvykle nějaké přídavné náklady, ale menší než náklady na instalaci velké soustavy s tepelným čerpadlem (u domů stavěných řekněme na hranici současné české stavební normy, tedy stále ještě velmi neúsporných). Malinké tepelné čerpadlo takový dům obsahovat může, ale nemusí, snadno lze tu trochu potřebného tepla dodat jedněmi kamny na nějakou formu dřeva a pro ohřev vody za slunného počasí používat kousek zasklené střechy či fasády (s hi-tech plochým absorbérem). Obě varianty jsou běžné.
Biomasa
Jinou alternativou, když už je dům postavený a důkladné opravy jsou v nedohlednu, je topit sice mnohem více, ale alespoň nefosilně, třeba biomasovou výtopnou nebo dokonce teplárnou. Nebo lokálně kusovým dřívím či automaticky štěpkami. V takovém případě se beztak užívá velkorysý tepelný zásobník, takže není už tak drahé přidat také solární okruh. I taková soustava může vyjít investičně levněji než soustava s velkým tepelným čerpadlem a provozní náklady mohou být i menší, a to už dnes, nemluvě o době za deset, dvacet, padesát let.
I jednodušší systém s plně regulovatelným výkonem je dnes k dispozici, před deseti lety takový neexistoval, totiž automatické topení peletami (tvrdými "křupkami" lisovanými z pilin). U nás obvykle jako přídavným palivem k běžnému kotli na kusové dříví, což je šikovná možnost, jak občas topit levnějším dřívím, když máme čas jednou, dvakrát denně přiložit.
V sousedním Rakousku jsou ostatní možnosti automatického lokálního topení (kromě tepelných čerpadel jsou to také dosud hojné olejové kotle) peletovými kotli a kamny postupně vytlačovány. Je na čase, aby se tak co nejrychleji stalo i u nás. Nemusí jít jen o topení lokální, skvělou možností je vytápět ze sklepa jednoho domu ještě několik staveb sousedních (bez předávacích stanic, jen s měřením odebraného tepla z takového "většího ústředního topení"). Bariérou je, kromě neznalosti a chybějící podpory ze strany obcí, krajů a státu, jen to, že pelety se nederou na český trh, výrobci (je jich už jistě přes deset a rychle jich přibývá) je bez problémů vyváží do Německa... Naproti tomu elektřiny se do Německa vyváží "jen" třetina a o prodej na českém trhu se všichni výrobci perou.
Proč netopit elektřinou
Velkým rizikem při instalaci drahého systému s tepelným čerpadlem je nejistota ohledně tempa růstu cen elektřiny, ne v horizontu let, ale desetiletí. Ceny porostou jistě, jak bude nutno eliminovat používání fosilních paliv (a budou např. zdaňována), aby byly splněny cíle EU v této oblasti. Její cena musí být taková, aby se potřeba elektřiny pokryla zdroji nefosilními, a pokud možno i nejadernými, zkrátka malými zdroji rozptýlenými v celé Evropě, bez budování velkých zdrojů nových. Jedinou nadějí je, že alespoň v některých částech dne (či noci) bude elektřiny obvykle nadbytek, a pokud se tedy má (zne)užívat na topení, měl by být systém navržen tak, aby (např. po opravě domu na standard blízký pasívnímu) bylo možné topit jen tím nadbytkem, řekněme po dobu v průměru čtyřiceti hodin týdně.
Dnešním zájmem výrobců a dodavatelů je docílit rovnoměrné spotřeby elektřiny v průběhu dne. Domnívají se zpravidla, že topení je jedinou snadnou možností, jak spotřebu mimo špičky zvýšit. Není tomu tak. I chladit lze jen mimo špičky - stačí mít chladničky a mrazničky pořádně izolované. To nemusí znamenat tlustě, lze totiž využít místo pěn a běžných vláknitých materiálů také vakua. Ať již ve formě "termosky" s placatými stěnami, nebo ve formě "hi-tech kafe", kdy čtyři centimetry vakuové izolace v pokovené folii izolují jako čtyřicet centimetrů polystyrénu. Výhodou může být nejen lepší sazba na chladicí elektřinu, ale také jistota, že při víkendovém výpadku se žádné potraviny nezkazí. Že to na trhu dosud není běžné, je jeho zjevným selháním, kdy výrobci neznají současné izolační technologie (je absurdní, že se drahé vakuové izolace už používají ve vídeňských secesních domech, ale ne ve spotřebičích, kde by jejich cena nehrála zdaleka tak velkou roli).
I methan lze užívat "hi-tech"
Ještě jednu technologii zmíním, totiž účinné využívání methanu, běžně zatím jako zemního plynu, co nejdříve také bioplynu (ten jde dodávat do stejné obecní plynové sítě, ta není nesmyslnou investicí, jeho produkce je zcela jednoduchá).
Je trestuhodné, že dosud z českého trhu nevymizely nekondenzační plynové kotle, které s teplem neuvěřitelně plýtvají, vypouštějí horké spaliny a vůbec nevyužijí skupenské teplo páry vznikající spalováním. V Německu stát dotuje zahazování takových kotlů a jejich náhradu soudobou technologií...
Je pravda, že provozní náklady mohou při současných cenách být vyšší než s levnou elektřinou pro tepelná čerpadla a celý dům (velmi pochybná věc, vedoucí nutně k plýtvání elektřinou vůbec). Investice jsou ale mnohem menší. Co vyjde "lépe", záleží na spotřebě tepla. Je-li dům dostatečně úsporný, může kondenzační kotel vyjít i v horizontu deseti dvaceti let laciněji, a není-li dům úsporný nyní, může se takovým během let stát. Z hlediska zájmů státu a emisí fosilního uhlíku vyjde levněji skoro jistě.
V kondenzačním režimu lze ale nejen ohřívat vodu, napřed lze spalovaným methanem pohánět motor a jím generátor elektřiny. Tedy mít ne kondenzační kotel, ale kondenzační kogenerační jednotku. Využije se přitom skoro veškeré spalné teplo, počítáno konvenčně na "výhřevnost" je účinnost zase oněch obvyklých 105 %. Tolik žádná velká teplárna nemá, už kvůli ztrátám v obecní síti. Oproti pouhému kotli se část spalného tepla vhodně využije na výrobu elektřiny, která je nutná tam, kde pouhé teplo nestačí...
Kondenzační kogenerační jednotka pro dobře izolovaný dům nemusí být dražší než soustava s tepelným čerpadlem. Provozní náklady má menší a dělá přesný opak: místo aby fosilní elektřinu spotřebovávala, tím nejúčinnějším způsobem ji naopak do sítě dodává, rovnou okolním spotřebitelům. Samozřejmě, může to dělat dle potřeby, aby vykryla odběrové špičky. A není problém ji v budoucnu "krmit" nefosilně, methanem produkovaným za tepla z libovolné biomasy.
Závěrem
Tož, alespoň to by měl každý vědět, když se rozmýšlí, jestli pořídit velkou soustavu s tepelným čerpadlem. Jsou i jiné možnosti, zajímavější, lze se s nimi oprávněně chlubit, a to i za dvacet, čtyřicet či šedesát let.
Pro mě je použití velkých tepelných čerpadel na topení z okolního vzduchu, vody nebo půdy passé (na milost bych vzal leda využívání tepelných odpadů z průmyslu, mají cosi takového v Goeteborgu). Jejich nabídka a podpora mi připadá jako past, z níž se utíká hůře než z někdejší pasti přímotopů ("ekologického" to programu jedné z minulých vlád) - přestat používat funkční soustavu s tepelným čerpadlem znamená daleko větší neamortizovaný kapitál.
Jeník Hollan
Ekologický institut Veronica
veronica@ecn.cz
| |