Návrh na optimalizaci celoroční spotřeby elektřiny
s využitím solární energie, tepelného čerpadla
a velkorozměrového vodního akumulátoru tepla.

Stále rostoucí ceny energií předbíhají projektanty, kteří se snaží navrhnout co nejvýhodnější způsoby vytápění. Ti samozřejmě nedokáží extrapolovat možný vývoj cen na dobu životnosti staveb a tak se stavebník brzo ocitá v situaci, kdy musí uvažovat o radikálních změnách topení. Přes značné investiční náklady, je topení s použitím tepelného čerpadla v ročních nákladech srovnatelné s topením hnědým uhlím avšak bez zatížení životního prostředí.

Ekonomické výhody tepelného čerpadla dané tzv. topným faktorem, který se pohybuje v závislosti na teplotních podmínkách kolem hodnoty 3, jsou významně znehodnocovány nedostatkem vhodných nízkoteplotních zdrojů. Odebírání tepla vzduchu je zejména v zimě málo efektivní, což platí i pro zemní plošné kolektory a ani hloubkové vrty nezaručují při případném možném promrznutí, dodávku potřebného tepla. Možnost využití povrchové vody je velmi omezená.

Řešením těchto nedostatků tepelného čerpadla by bylo použití akumulátoru letního tepla. Akumulátorem by byl dobře izolovaný bazén s vodou, umístěný nejlépe v podloží stavby. Teplo by do něj v letním období dodávaly sluneční kolektory umístěné na střeše objektu. Nebylo by vyloučeno dodávat do akumulátoru v letním období i teplo získané z klimatizace objektu.

Hospodaření s teplem v průběhu roku by mohlo probíhat podle následujícího časového schématu

· Od května do září : Kolektory (eventuálně klimatizace) dodávají teplo do vody v akumulačním bazénu. Jeho teplota se postupně zvyšuje až k 55⁰.

· Od října do listopadu : Voda v bazénu s teplotou 55⁰ – 40⁰ se přímo využívá k přitápění. Topný systém je samozřejmě dimenzován na nízkoteplotní medium (velké
radiátory či podlahové topení) , jak je obvyklé při použití tepelných čerpadel.

· Od prosince do dubna : Teplo v bazénu se odebírá při teplotách pod 40⁰ až k 5⁰ pomocí tepelného čerpadla a transformuje se na teplotu kolem 50⁰ použitelnou pro vytápění objektu.

Celé řízení energetického hospodářství je samozřejmě dalekosáhle řízeno a regulováno automaticky.

Orientační energetická rozvaha pro uvažovaný návrh

Použity tyto podklady :

[1] Bronislav Bechník, Akumulace tepelné energie - fyzikální principy, http://stavba.tzb-info.cz/t.py?t=2&i=1482

Porovnání vybraných způsobů akumulace tepelné energie, http://stavba.tzb-info.cz/t.py?t=2&i=1490

[2] Sluneční kapalinové kolektory, http://www.ekosolaris.cz/default.asp

[3] Vytápění - vytapeni.tzb-info.cz : Tepelná čerpadla pro každého I.,II.,III

Předpoklady :

· Objekt má roční spotřebu tepla 10 MWh, z toho 8 MWh v období od října do dubna

· Akumulační bazén má vnitřní rozměry 7m × 7m × 3m » 150 m³ » 1,5 . 10⁵ kg vody.
Při měrné tepelná kapacitě vody 4,2 kJ . (kg . DT⁰)^-1 a předpokládaném rozmezí teplot 50⁰ (na př. 55⁰ – 5⁰) , máme k dispozici

1,5 . 10⁵kg. 4,2 kJ.(kg . Dt⁰C)^-1.50⁰C @ 31,5.10⁶kJ @ 8,7 MWh

Bazén je dokonale izolovaný jak od spodní vody tak zejména tepelně pro zamezení ztrát do podloží.

· Jako sluneční kolektory jsou uvažovány kolektory Therma I fy Ekosolaris s tím, že byly použity jejich výpočtové manuály pro přípravu TUV. Je použito 20 kolektorů o celkové ploše » 40 m²

odklon od jižní orientace	0°
sklon kolektorů	35°
TUV	1 000	Litrů / den
vstupní teplota vody	10	°C
požadovaná teplota vody	55	°C
tepelná ztráta zásobníku a rozvodů	5	%
Dt	45	°C
denní potřeba energie TUV	55,0	kWh

zisk 20 kolektorového systému duben - říjen

2 235,0

2 625,9

2 635,7

2 696,8

2 484,0

2 035,9

1 323,8

Celkem

16 037,1 kWh

Z uvedeného vyplývá, že množství tepla předaného kolektory dostačuje, s vysokou rezervou potřebnou ke krytí ztrát, k předehřátí akumulačního bazénu

· Tepelné čerpadlo může v případě dobře vyčištěného akumulačního bazénu používat přímo předehřáté vody, která se bude nasávat od úrovně horní hladiny, kde je teplejší a po odevzdání tepla a ochlazení vypouštět ke dnu nádrže.
Při projektování je nutné respektovat nutnost použití nízkoteplotní topné soustavy a zvážit, zda je nutný další rezervní zdroj pro bivalentní zapojení při mimořádných okolnostech jakými může být mimořádně nepříznivé léto či silné mrazy v zimním období. Vhodné také je uvážit, zda tohoto zdroje tepla použít také pro přípravu TUV.

Závěr

Realizace uvedeného ideového návrhu je komplikována skutečností, že spojuje oblasti odborné činnosti několika profesí. Spojit projekci a výstavbu nového objektu s výstavbou podzemního dokonale izolovaného bazénu , s instalací slunečních velkorozměrových kolektorů a konečně s velmi sofistikovanou aplikací tepelného čerpadla je zřejmě zatím nad síly dosavadních dodavatelů v tomto oboru. Existence čím dál tím většího počtu mimořádně náročných a majetných investorů by snad mohla vznik firmy, která by dokázala uvedené profese spojit, inspirovat.

Ing. Josef Kočí

koci.senior@quick.cz