Porovnání účinnosti a hlučnosti tepelných čerpadel aneb První pohled může klamat

Tepelná čerpadla v posledních letech bodují. Jsou moderní, ekologická, bezobslužná, pracují s obnovitelnou energii a dají se vzdáleně řídit a monitorovat. Zatímco před deseti lety bylo v Česku prodáno okolo šesti tisíc tepelných čerpadel, nyní nové instalace atakují hranici 30 tisíc kusů ročně. Konkurence je velká a každý výrobce nebo distributor usiluje ukousnout z trhu co nejvíc. Zákazníci při výběru konkrétního výrobku oceňují zejména vysokou úroveň energetické účinnosti a tichý provoz; nabídka těchto hodnot je tedy pro každého výrobce klíčová.

Před časem se nám do rukou dostala neoficiální porovnávací tabulka několika konkrétních modelů tepelných čerpadel vzduch-voda různých značek, která srovnává jejich energetickou účinnost a hlučnost. Její součástí je i vyhodnocení a přidělení pořadí od prvního do posledního místa. Mezi vítězným a nejhorším tepelným čerpadlem je zjevný rozdíl. Ukažme si porovnávané údaje nejlepšího a nejhoršího výrobku, aniž bychom jmenovali konkrétní značky:

Převaha vítěze nad poraženým je nápadná, technické údaje výrobku A jsou na první pohled výborné. Však také výrobce tepelného čerpadla A na porovnání s konkurencí postavil svůj marketing a své tepelné čerpadlo prezentuje jako špičkově úsporné a velice tiché, dokonce nejtišší na trhu.

Dodejme, že údaje obou výrobků jsou doložené certifikátem z autorizované zkušebny. Podívejme se na uvedená data podrobněji a z certifikátů si doplňme tabulku o podmínky, při kterých byly uvedené údaje naměřeny. Porovnejme také, pro jak velký objekt, respektive jakou velikost tepelné ztráty obě tepelná čerpadla jejich výrobci doporučují.

Dodejme, že klíčový parametr sezónní účinnosti SCOP pro teplotu vody 35 °C je u tepelného čerpadla B stanoven pro větší objekt, resp. vyšší návrhový výkon (11 vers. 10 kW), což koresponduje s poklesem hodnoty SCOP a energetické účinnosti o cca 10 %.

Zajímavý je dále fakt, že výrobce tepelného čerpadla A připouští jeho použití i pro objekty s tepelnou ztrátou až 18 kW. To je o mnoho víc, než je štítkový návrhový výkon Pdesign (10 kW). U tak velkého objektu bude sezónní topný faktor a sezónní účinnost nesrovnatelně, o mnoho desítek procent nižší, než výrobce deklaruje, stejně jako energetická třída.

Topné faktory pro venkovní teploty 7 °C a 2 °C jsou u tepelného čerpadla A změřeny při otáčkách kompresoru o třetinu nižších než u jednotky B (40 vers. 60 rps), což je neporovnatelně mírnější zátěž, která vysvětluje rozdíl v topném faktoru COP. Dům s tepelnou ztrátou 16-18 kW bude potřebovat při venkovní teplotě 2 °C výkon vytápění asi 8 - 9 kW. Tepelné čerpadlo A dosahuje při 2 °C velmi vysoké COP = 4,49, ale při otáčkách kompresoru pouhých 40 rps a tedy při topném výkonu necelých 5,7 kW. Takový výkon zdaleka nebude pro vytápění stačit. Jedná se o parametr naměřený při podmínkách, které v reálném provozu těžko nastanou.

Hluk

Samostatnou kapitolou je hlučnost. Každý rozumí tomu, že porovnávat akustický výkon při otáčkách kompresoru za A) 22 rps a za B) 40 rps a z toho vyplývajících rozdílů v průtoku vzduchu, je hloupost. Zákazník, který si pořídí "nejtišší tepelné čerpadlo na trhu" (A) do objektu o ztrátě 16 - 18 kW, může počítat s tím, že deklarovanou hlučnost 49,3 dBA bude jeho tepelné čerpadlo vykazovat jen při venkovních teplotách vyšších než přibližně +8 °C. Jinak řečeno, téměř po celou topnou sezónu bude hlučnost vyšší, a to vesměs násobně, než je udáváno. Výrobce zde prezentuje fakticky nesmyslný technický údaj.

Naopak výrobce "poraženého" tepelného čerpadla B udává hodnoty při daleko reálnějším provozním zatížení. Rozdíl mezi doporučenou tepelnou ztrátou (13 kW) a návrhovým výkonem P design (11 kW) je nízký (cca 20%) a přibližně odpovídá rozdílu mezi výpočtovou tepelnou ztrátou v ČR podle ČSN EN 12 831 a ztrátou ve středním evropském klimatu, pro který je štítkový návrhový výkon stanoven. Hodnota SCOP tedy velmi dobře charakterizuje reálný provoz tepelného čerpadla. Také hlučnost je měřena při zátěži, která je mnohem reálnější. Naměřený nebo nižší akustický výkon bude zařízení vydávat po většinu topné sezóny (při teplotách vzduchu od cca +3°C výše). Je jednoznačné, že certifikát zařízení B mnohem pravdivěji informuje o energetické účinnosti a hlučnosti zařízení v reálném provozu. Výrobce také seriózněji přistupuje k dimenzování z pohledu doporučené velikosti vytápěného objektu, resp. jeho tepelné ztráty.

Rozhodně nelze říci, že tepelné čerpadlo A je nekvalitní, naopak. Ve skutečnosti jsou obě tepelná čerpadla technicky porovnatelná a při vytápění shodně velkého objektu budou také podobně úsporná. Čeho jsme tedy svědky? Výrobci někdy v honbě za nejlepšími čísly deklarují provozní parametry při mnohem nižší zátěži, než jakou předpokládají v reálném provozu. U čerpadel typu on-off něco takového nebylo možné, ale u moderních jednotek s proměnným výkonem stačí při certifikaci uvést nízký návrhový výkon Pdesign. SCOP rázem vychází skvěle, neboť jednotlivá měření topného faktoru může zkušebna provádět při minimální zátěži. Také hlučnost je rázem možné měřit při velice nízkých otáčkách a průtocích vzduchu. Výsledné excelentní certifikované hodnoty energetické účinnosti a akustického výkonu se pochopitelně velmi dobře marketingově prodávají.

Následně se tato "superúčinná" a "supertichá" tepelná čerpadla instalují do objektů - na základě doporučení výrobce - s podstatně větší tepelnou ztrátou, než odpovídá hodnotě Pdesign. To je racionální, neboť v menším objektu by návratnost investice do takového čerpadla byla příliš dlouhá. Nicméně v reálném provozu se pak nedá uváděné účinnosti a hlučnosti ani vzdáleně přiblížit a zákazník může na hodnoty udávané na energetickém štítku rovnou zapomenout.

Bohužel málokdo z laické veřejnosti problematice rozumí a i některé odborné zdroje podléhají tomuto neblahému marketingu, viz porovnávací tabulky zveřejněné na některých poradenských webech o tepelných čerpadlech. Výrobky jsou zde srovnávány výhradně podle dosažené energetické účinnosti, resp. sezónního faktoru, bez ohledu na návrhový výkon. To ovšem málo vypovídá o skutečné kvalitě tepelného čerpadla a o tom, jak se bude chovat při provozu na konkrétním domě.

Je potřeba si uvědomit, že chce-li si zákazník zajistit úsporné, energeticky účinné a tiché vytápění, musí se zaměřit nejen na hodnoty sezónního topného faktoru SCOP a z něho vyplývající energetickou třídu, ale také na velikost návrhového výkonu Pdesign, pro který je účinnost stanovena. Jen v případě, když se tepelná ztráta objektu, který bude tepelné čerpadlo vytápět, výrazně neliší od návrhového výkonu, může provozovatel očekávat účinnost a hlučnost blízkou tomu, co výrobce deklaruje prostřednictvím energetického štítku. V opačném případě údaje energetického štítku neplatí a provoz tepelného čerpadla, jak z pohledu předpokládaných úspor, tak očekávané hlučnosti, bude pro zákazníka zklamáním.

Redakční doplnění

Od tzv. sezónního topného faktoru SCOP se odvozuje další veličina, sezónní účinnost ηS. Ta vyjadřuje množství tepla, dodané tepelným čerpadlem za rok, proti spotřebované primární energii (například energie uhlí, které spálily elektrárny ve prospěch daného tepelného čerpadla za rok se započtení ztrát v přenosové soustavě mezi elektrárnou a tepelným čerpadlem).

Sezónní topný faktor SCOP

Jde o průměrný topný faktor za celou topnou sezónu.

Konkrétně sezónní topný faktor ηS je s SCOP vázána vzorcem:

kde

  • SCOP je sezónní topný faktor (v létě pak EEC – faktor energetické účinnosti chlazení), dále
  • CC je účinnost výroby a přenosu elektrické energie, stanovená evropskou směrnicí jako evropský průměr na hodnotu 2,1 a konečně
  • Σ F(i) [%] je podíl vlastní spotřeby pomocných zařízení tepelného čerpadla kromě kompresoru (oběhová čerpadla, ventilátory, regulace a další elektronika). U čerpadel vzduch-voda je hodnota Σ F(i) 3 %, u čerpadel země-voda 8 % (je větší díky použití nemrznoucí směsi z vrtů).

Podstatné přitom je, že na základě ηS se hodnotí energetická třída tepelného čerpadla, tedy jeho energetický štítek.

Autor: Jiří Svoboda 1)
Foto: Piyawat Nandeenopparit, Shutterstock

1) redakčně doplněno