Článek - Tepelné čerpadlo typu země - voda | Katalog

Tento typ tepelných čerpadel patří mezi velmi významné systémy. Vzhledem k jeho provozu vůči venkovním klimatickým podmínkám můžeme tento systém hodnotit jako „nejstabilnější“. Tepelná čerpadla typu země/voda jsou většinou provozována v bivalentním provozu, to znamená, že pod bodem bivalence (teplota kolem -5°C až -8°C) připíná doplňkový zdroj tepla (zpravila elektrokotel) a tepelnou pohodu zajišťují oba zdroje současně. V některých případech je můžeme provozovat i monovalentně, což má svoje výhody a nevýhody.

Jedná se o zařízení, které je umístěno uvnitř objektu, většinou v technické místnosti. Na trhu naleznete jak provedení kompaktní (tepelné čerpadlo včetně zásobníku na teplou užitkovou vodu a doplňkového zdroje), tak provedení standardní (pouze tepelné čerpadlo).

Jeho jedinou nevýhodou jsou zemní práce, které jsou s jeho instalaci velice úzce spjaty. Pro čerpání tepla ze země potřebujeme buď zemní kolektor (někdy též označovaný jako horizontální kolektor), nebo geotermální vrty (zde se můžeme setkat i s označením vertikální kolektor). Prvně jmenovaný zdroj tepla vyžaduje rozsáhlé zemní práce, resp. dlouhé výkopy. Ty se ovšem dají pořídit poměrně levně v porovnání s geotermálními vrty. Vertikální kolektory jsou jednou z nejdražších položek v rozpočtu celého systému vytápění objektu.

Obrázek - Zemní kolektor pro primární stranu tepelného čerpadla země-voda

Zemní kolektor pro primární stranu tepelného čerpadla země-voda

Měrné ceny, úspory, návratnosti

Orientační měrné náklady	Na vytápění: 120 000 + 10 000*výkon v kW + příprava teplé vody +15 až 60 tis. Kč + zemní práce cca 1000 Kč/m vrtu či bagr za cca 400 Kč/hodinu práce. U pasivních domů o tepelné ztrátě 3 kW jsou zemní práce pro plošný kolektor (slinky) kolem 10 000 Kč
Orientační energetická vydatnost vrtu	Podle druhu zeminy 20-100 W/m hlouby. Suché sedimenty maji nejnižší vydatnost kolem 20 W/mPevné horniny s vysokou tepelnou vodivostí 70-80 W/mHorniny s průsakem spodní vody cca 100W/m
Orientační plocha zemních kolektorů	Suchá, nesoudržná půda cca 10 W/m²Soudržná, vlhká půda cca 20–30 W/m²Vodou nasycený písek/štěrk až 40 W/m²
Cena samotného kompresoru	40 a 60 tis. Kč/kompresor
Životnost	15-20 let
Orientační cena energie ze zdroje	0,6-0,8 Kč/kWh podle COP TČ
Návratnost	Záleží na původním zdroji vytápění. V případě přechodu z biomasy (např. štípané dřevo) na tepelné čerpadlo je TČ nenávratné díky vyšší ceně energie. V případě přechodu z elektrokotle je návratnost pod 10 let.

Spočtěte si sami

Pro vyčíslení množství paliva, ročních nákladů na energie a porovnání s ostatními palivy a zdroji je vhodné použít například kalkulačku "Porovnání nákladů na vytápění" na portálu tzbinfo:

https://vytapeni.tzb-info.cz/tabulky-a-vypocty/138-porovnani-nakladu-na-vytapeni-tzb-info

Výhody, nevýhody, mýty

Silné stránky

Alternativní zdroje energie, který lokálně neprodukuje žádné škodliviny
Zdroj energie, o který se nemusíte starat. Spíná dle venkovní teploty a aktuální potřeby na vytápění či přípravu teplé vody
V případě přechodu z vytápění přímotopy na tepelné čerpadlo jsou provozní náklady třetinové. Z přechodu z plynu pak poloviční, ale aditivní úspora je na úspoře zásuvkové běžné elektřiny díky výhodnějšímu tarifu.
Stabilní a úsporný zdroj vytápění, který není jako u TČ vzduch/voda ovlivněno venkovní teplotou.

Příležitosti

Dotační příspěvek od státu do roku 2021 (viz dotace u jednotlivé kategorie)
U RD lze získat na celý objekt výhodnou sazbu D57d (20h nízký tarif).
U bytových domů a podnikatelů je výhodná sazba pouze pro samotný zdroj vytápění C57d. Zbytek objektu má pak druhé hodiny s odlišnou sazbou (většinou C02d)
Tepelným čerpadlem země/voda lze v letních měsících chladit jak pasivně (freecooling) nebo aktivně za použití kompresorů a regenerovat tím tak vrt.

Mýty

TČ není obnovitelný zdroje energie. Kompresor je poháněn elektřinou ze sítě. Čistý obnovitelný zdroj energie je například biomasa že energie ze slunce (fotovoltaika).
Není třeba se obávat, že TČ dům nevytopí. Je potřeba jen správně výkon navrhnout na 90-100% z tepelné ztráty domu a navrhnout vhodné otopné plochy pro nižší teplotní spád.
Mýtem také je, že po 15-20 letech končí životnost TČ, ale stačí vyměnit pouze kompresor v řádu 40-60tis. Kč a ne celé TČ.
Mýtem také je, že levná tepelná čerpadla z "hobby" obchodů určených pro ohřev malých bazénu v létě dokáží také vytápět rodinný dům.

Slabé stránky, hrozby

Je potřeba zkontrolovat jistič, zda „utáhne“ také tepelné čerpadlo a bivalentní zdroj energie
Výstupní teplota z TČ je pouze max 60°C. Ideální pracovní bod (účinnost COP) je kolem 35-50°C a venkovní teplota kolem 0-2°C. Je třeba projektantem zkontrolovat otopnou soustavu, zda radiátory předají potřebné teplo do prostoru.
Životnost TČ je závislá od správného návrhu
Hrozbou může být promrznutí zeminy. Při špatném návrhu hloubky vrtu či velikosti kolektoru (potrubí blízko sebe) se zemina natolik prochladí odebíráním energie, že zcela zamrzne a nelze již energii odebírat. Proto je vhodné zeminu tzv. regenerovat a například v letních měsících pomocí TČ chladit a teplo předávat do zeminy. Případně se zemina regeneruje solárním systémem, což je z ekonomického pohledu neefektivní.
Slabou stránku je, že u tohoto typu TČ je nutné vyhloubit hlubinný vrt (cca 1000 Kč/m hloubky) nebo upravit terén pro zemní plošný kolektor
Slabší stránkou tedy oproti TČ vzduch-voda je vyšší požizovací cena díky zemním pracem.
Nutný projekt a stavební povolení. Jedním z dotčených orgánů může být báňský úřad (v případě hlubšího vrtu než 40m)

Související úsporné opatření

Tepelné čerpadlo typu vzduch - voda
Tepelné čerpadlo typu voda - voda
Tepelné čerpadlo typu vzduch - vzduch

Plynové absorpční tepelné čerpadlo

Podlahové vytápění

Elektrokotel teplovodní

Změna distribuční sazby

Změna velikosti jističe

FAQ

Proč jsou vrty nebo zemní kolektory potřebné pro tepelná čerpadla země-voda?
Tepelná čerpadla země-voda odebírají tepelnou energii ze země nebo podzemní vody a využívají ji k vytápění domu nebo ohřevu užitkové vody. K tomu je nezbytné instalovat buď hlubinný vrt (minimální hloubka 12 metrů pro 1 kW energie, optimálně až 150 metrů) nebo zemní kolektor (minimální plocha 30 m² pro 1 kW energie). Tyto primární okruhy slouží k výměně tepla mezi zemí a tepelným čerpadlem.

Jaké legislativní požadavky se vztahují na vrty pro tepelná čerpadla v České republice?
V roce 2023 došlo ke zjednodušení a zrychlení povolování vrtů pro tepelná čerpadla (LEX OZE I). Vrty již nejsou považovány za stavbu a nepodléhají posouzení stavebního úřadu. Legislativní proces probíhá výhradně přes vodoprávní úřad, který vydává souhlas s realizací vrtu podle § 17 vodního zákona. K získání souhlasu je obvykle nutný hydrogeologický posudek a dokumentace záměru, včetně souhlasných stanovisek dalších úřadů (Krajský úřad, Báňský úřad, Povodí). Doporučuje se předem kontaktovat příslušný vodoprávní úřad pro informace o potřebných podkladech. Výjimkou je změna zdroje vytápění z centrálního zásobování teplem na TČ, která vyžaduje stavební povolení.

Jaká je typická cena za provedení vrtu pro tepelné čerpadlo?
Cena realizace vrtu se pohybuje od 1 200 až po 2 500 Kč za metr hloubky. Cena se liší v závislosti na geologických podmínkách podloží – čím méně stabilní podloží, tím je vrt dražší. Do celkové ceny je nutné započítat také náklady na geologický průzkum, úpravu okolí a instalaci zařízení.

Jak vybrat vhodnou firmu pro projekci a realizaci vrtů?
Při výběru firmy pro projekci a realizaci vrtů je důležité dbát na kvalitu a odbornost. Dobré vodítko představují kladné reference od zákazníků a profesionálů z oboru. Firmy sdružené v Asociaci pro využití tepelných čerpadel (AVTČ) jsou prověřené a dodržují stanovená pravidla. Kvalitní firma by měla být schopna instalovat zařízení v souladu s německou směrnicí VDI 4640, která se zabývá tepelným využíváním podloží. Zhotovitel vrtu musí mít potřebná oprávnění k hornické činnosti a činnosti prováděné hornickým způsobem, hydrogeologii a provádění staveb.

Jak zajistit kvalitu provedení vrtu, pokud jsem laik?
Přestože ověření správnosti projektu je pro laika obtížné, lze si pohlídat kvalitu realizace. Je důležité mít ve smlouvě na realizaci vrtu specifikaci provedení, použitých materiálů (sondy, injektážní směs) a doloženou odbornost dodavatele. Při zapouštění sondy do vrtu si lze ověřit její skutečnou délku podle značek na sondě. Dále je možné kontrolovat kvalitu injektážní směsi z hlediska její hustoty podle doporučení výrobce. V případě nejistoty se doporučuje konzultovat postup s projektantem nebo si najmout odborníka (stavební dozor) na fázi zapouštění sondy a injektáže.

Jaké materiály se používají pro vystrojení vrtů a na co si dát pozor?
Standardy AVTČ pro vrty země-voda do hloubky 150 m zahrnují geotermální sondy z materiálu PE 100 RC (PN 16, SDR 11), injektážní směsi s předepsanou tepelnou vodivostí a potrubní rozvody, rozdělovače a sběrače z materiálu min. PE 100. Důležité je ověřit, zda dodavatel používá materiály předepsané projektem s odpovídající certifikací. Nelze přistupovat na záměny za levnější materiály bez písemného souhlasu projektanta, jelikož to může negativně ovlivnit účinnost a životnost vrtu. Důležitá je také tlaková odolnost sondy, zejména u hlubších vrtů.

Jaká je životnost vrtů a tepelných čerpadel?
Samotné tepelné čerpadlo má životnost danou kvalitou komponentů, přičemž kompresor (nejvíce opotřebovávaná část) může u kvalitních zařízení vydržet až 20 let. Generální opravou lze životnost tepelného čerpadla prodloužit. Vrty pro tepelná čerpadla mají téměř neomezenou životnost a odepisují se s životností stavby (více než 100 let). Kvalitní vystrojení primárního okruhu je klíčové pro dlouhodobou a efektivní funkci celého systému.

Co se stane, pokud je vrt poddimenzovaný?
Pokud je vrt poddimenzovaný (příliš krátký pro požadovaný výkon tepelného čerpadla), může to vést k rychlému vychlazení okolí vrtu. To se projeví zvýšenou spotřebou energie na provoz tepelného čerpadla, snížením topného faktoru a zvýšeným zatížením kompresoru, což zkracuje jeho životnost. Vrt se může dostat až do stavu, kdy jej nebude možné efektivně využívat. Předimenzování vrtu je sice investiční chyba, ale jeho negativní vliv se s časem snižuje, zatímco poddimenzování má rostoucí negativní vliv na provozní parametry.

Dotační potenciál

Rodinné domy	Relevantní. Možno získat státní příspěvek jak z krajské kotlíkové dotace určenou na výměnu kotlů na uhlí 1. a 2. emisní třídy napojených do otopné soustavy nebo lze využít dotace Nová zelená úsporám určenou na výměnu elektrokotlů za tepelné čerpadlo.
Bytové domy	Díky nutné větší hloubce vrtů většinou nerelevantní. V případě pasivních bytových domů lze pak o TČ země-voda již uvažovat.
Školská zařízení	Většinou díky nutné větší hloubce vrtů nerelevantní. Možnost získání dotace z Operačního programu životního prostředí PO 5.1,
Administrativní budovy	Nerelevantní. Pouze ojediněle se objevují instalace TČ země-voda z pilotů. Možnost získání dotace z Operačního programu podnikání inovace pro konkurence schopnost.
Hotely	Relevantní, dotaci lze získat pouze přes finanční nástroj (bezúročnou půjčku) od Českomoravské hypoteční banky – program ÚSPORY ENERGIE
Obchodní centra	Nerelevantní. Pouze ojediněle se objevují instalace TČ země-voda z pilotů.
Sklady	Skladové prostory je většinou vhodné vytápět sálavými panely nebo plynovými teplovzdušnými jednotkami.
Výrobní podnik	Díky nutné větší hloubce vrtů většinou nerelevantní. Možnost získání dotace z Operačního programu podnikání inovace pro konkurence schopnost

Termíny a definice

Nejpoužívanější pojmy	popis	jednotka
AZE	Alternativní zdroj energie. Někdy také jako netradiční zdroje energie. Patří do skupiny obnovitelných zdrojů, ale pro svojí funkci potřebují energii z fosilních paliv. Například tepelné čerpadlo elektřinu z energetického mixu ČR (cca 60% uhlí) nebo kogenerační jednotka zemní plyn pro výrobu elektřiny. Pouze v případě, že tepelné čerpadlo 100 % odebírá energii ze sítě z obnovitelných zdrojů, lze v krajním případě i o tepelném čerpadle mluvit jako o obnovitelným zdroji.
COP	Topný faktor. Bezrozměrové číslo COP udává poměr topného výkonu ku příkonu tepelného čerpadla. Čím je vyšší topný faktor, tím lepší je tepelné čerpadlo, protože je jeho provoz levnější. Topný faktor také závisí na rozdílu teplot v primárním a sekundárním okruhu. Čím je rozdíl teplot nižší, tím je topný faktor vyšší.	(-)
D57d	Distribuční tarif elektrické energie od roku 2017 jak pro tepelné čerpadlo či elektrické vytápění (20h nízký tarif). Dříve pro TČ D56d. Podnikatelská sazba zůstává C56d.
EHPA	Evropská značka kvality tepelných čerpadel (někdy také značka kvality Q).
Energetický koš	Energetický (geotermální) koš je vhodná aplikace, kde není prostor pro klasický zemní plošný kolektor a není možné z jakéhokoliv důvodu provádět hlubinné vrty, se jeví jako velmi ekonomicky zajímavá varianta využití Geotermálních Energetických Košů - zkráceně GEK. Odběr se realizuje ve vrchních geologických vrstvách, kde stále ještě dochází k regeneraci slunečním zářením a sáknutím povrchové vody.
Geotermální koš	Viz energetický koš.
Hlubinný vrt	Není-li k dispozici dostatečné velká plocha pozemku pro položení plošného kolektoru, je možné ukládat kolektor do hlubinného vrtu. V závislosti na tepelných ztrátách domu se hloubí jeden nebo více vrtů o hloubce á 80 až 150 m. Podle druhu zeminy je vydatnost vrtu cca 20-50 W/m hloubky vrtu. Vrty je možné provádět u novostaveb i pod základovou deskou domu. Vzdálenost mezi vrty by měla být ideálně 1/10 hloubky.
Pasivní chlazení	Volné chlazení bez použití kompresorů chladícího okruchu. U tepelných čerpadel země-voda je tento termín brát ve smyslu oběhu chladiva zemí (vrtem) pomocí oběhového čerpadla bez sepnutí tepelného čerpadla.
plošný kolektor	Plastové hadice uložené v zemi v hloubce cca 1 metr, v kterých koluje nemrznoucí směs. Tato směs se v zemi ohřívá a odevzdává své teplo v tepelném čerpadle země-voda.
SCOP	Sezónní topný faktor. Obvykle se pohybuje u kompresorových tepelných čerpadel mezi 2,5 a 4,2, u absorpčních tepelných čerpadlech pak kolem 1,5. Udává průměrný topný faktor za topnou sezónu, tedy poměrvyrobeného tepla za topnou sezónu ku spotřebované pohonné energii. Čím je vyšší topný faktor, tím lepší je tepelné čerpadlo, protože je jeho provoz levnější. Topný faktor také závisí na rozdílu teplot v primárním a sekundárním okruhu. Čím je rozdíl teplot nižší, tím je topný faktor vyšší.
Tepelná ztráta domu	Únik tepla z budovy do okolí. Jde tedy o ztracený tepelný výkon prostupem a větráním. Udává se pro určitou výpočtovou teplotu (např. při -12 °C, -15 °C dle lokality). Hodnota se uvádí běžně v kW.	kW
Tepelné čerpadlo	Stroj, který využívá tepelnou energii okolního prostředí (vzduchu, země, vody) o nízké teplotě a převádí ji do teplonosné látky o vyšší teplotě tak, aby teplo bylo využitelné.
Vydatnost zeminy	Parametr udává, kolik energie lze odebrat ze zeminy na m2 nebo na bm hloubky vrtu. Tento údaj se zjištuje hydrogeologickým průzkumem. Hodnota se pohybuje kolem 10-40 W/m2 či 5-30 W/bm. Čím více vodou nasycená zemina, tím vyšší hodnota vydatnosti.

Reference

Abeceda tepelných čerpadel

Externí články, publikace

Základní zásady návrhu plošného zemního kolektoru pro tepelné čerpadlo země/voda
https://vytapeni.tzb-info.cz/tepelna-cerpadla

Tepelné čerpadlo typu země - voda

Kategorie

Tip

Popis úsporného opatření