Venkovní jednotka popisovaného tepelného čerpadla Vitocal 100-S, typ 101.B08. Vyšší výkonové řady mají již 2 ventilátory nad sebou.

Splitové tepelné čerpadlo Vitocal 100-S: první zkušenosti

V srpnu 2020, po delším výběrovém řízení, kdy jsme hledali definici potřeby tepla (v zimě) a chladu (v létě), padla volba na splitové zařízení Vitocal 100-S s regulací Vitotronic 200, které umožňuje vytápění, letní chlazení a také celoroční ohřev vody (bivalentní provoz). Dnes, cca pět měsíců před završením prvního roku jeho provozu, lze říct, že volba byla správná.

Nebylo reálné ani v našich silách porovnávat a testovat více tepelných čerpadel „vedle sebe“ za účelem definice vítěze. Zaměřili jsme se proto na deklarované parametry různých zařízení na trhu a na to, jak tato odpovídala charakteru temperovaného objektu.

Splitové tepelné čerpadlo

Jde o tepelné čerpadlo, které se skládá z vnitřní a venkovní jednotky. Ve venkovní jsou zabudovány všechny komponenty, které mohou způsobovat hluk. K nim patří ventilátor, výparník a kompresor. Tiché součásti tepelného čerpadla jsou umístěny ve vnitřní jednotce.

Proč tepelné čerpadlo?

Dokonce ani dnes (rok 2021) nejsou zažité výhody tepelného čerpadla ve srovnání s přímým vytápěním a ohřevem vody pomocí elektřiny nebo pálení tuhých paliv pod kotlem. Nemluvě o letním přehřívání budov od sluncem rozpálených střech a fasád, které je reálné i navzdory oficiální stavební fyzice s jejími teplovzdušnými výpočty a řešeními.

Budova, o níž je řeč, tento problém neměla. Věděli jsme, že zimní vytápění, letní chlazení a celoroční přípravu teplé vody nejlépe vyřeší tepelné čerpadlo „na míru” s trvalým provozem.

Ve venkovní jednotce jsou zabudované komponenty, které mohou působit hluk: ventilátor a kompresor. Vnitřní jednotka je ale tichá, dá se instalovat prakticky kdekoli v domě.

Splitová tepelná čerpadla

Při výběru tepelného čerpadla typu vzduch/voda hrají roli různé věci, mezi nimi i míra hlučnosti jednotlivých zařízení. Investor musí rovněž vzít v úvahu nároky, které klade čerpadlo na prostor. Realizují se proto takzvaná splitová čerpadla, která sestávají z oddělené vnitřní a venkovní jednotky.

Ve venkovní jednotce jsou zabudované komponenty, které mohou vydávat hluk: ventilátor a kompresor. Vnitřní jednotka je ale tichá, dá se instalovat prakticky kdekoli v domě. Obsahuje jen kondenzátor, oběhové čerpadlo a regulační či bezpečnostní techniku. Její provedení účelově míří k co nejnižší hlučnosti při současné maximální účinnosti tepelného čerpadla.

Reverzibilní provedení

Jinou předností čerpadla Vitocal 100-S je jeho způsobilost automaticky, to znamená bez „manuálního“ přepínání mezi zimním a letním režimem, obstarat tyto služby:

  • celoroční ohřev teplé pitné vody pro hygienické a jiné účely;
  • zimní vytápění domu pomocí stropního nebo podlahového vytápění;
  • letní chlazení objektu pomocí stropního nebo podlahového chlazení.

Tepelné čerpadlo z pohledu fyziky

Toto zařízení nevyrábí ani teplo ani chlad. V logice známého Carnotova cyklu je tepelné čerpadlo pumpa, která odebírá teplo chladnému venkovnímu vzduchu, který se tak ještě víc ochladí. Odebrané teplo je pak "pumpováno" do interiéru. V případě letní klimatizace je dějství obrácené: pumpa odebírá teplo chladnému vnitřnímu vzduchu, čímž ho ochlazuje, a odebraným teplem „ohřívá“ exteriér. S tím si pak příroda hravě poradí.

Zákon zachování energie je v obou případech v pořádku, potíž je s takzvanou entropií, která v obou případech klesá. Oba děje jsou tak termodynamicky nepravděpodobné a k jejich realizaci je nutné konat práci. V reálných podmínkách je pak tato práce (= čerpadlu dodaná elektřina proměněná v jeho práci) významně menší, než čerpané množství tepla pro vytápění i ohřev vody, jakož i pro letní chlazení domu.

Schéma venkovní jednotky tepelného čerpadla Vitocal 100-S. Lze ji namontovat na venkovní stěnu budovy nebo instalovat volně v prostranství.

Proč Vitocal 100-S

Tepelné čerpadlo jsme plánovali už od samého začátku, konkrétní model Vitocal 100-S (jeden z výkonnostně nejslabších modelů firmy Viessmann) vykrystalizoval až později, kdy byl dům podroben testování skutečné energetické spotřeby. Přitom bylo zjištěno, že se chová energeticky lépe, než se čekalo, hlavně v zimním období.

Naše volba řečeného tepelného čerpadla tak nebyla rozhodně náhodná, rozhodovali jsme se ostatně víc než rok. Viessmann jako jediný nám přitom zprostředkoval i možnost exkurze do několika realizací svých produktů. Na jednotlivých místech jsme pak měli možnost pohovořit jak s montéry, tak uživateli. A dnes můžeme u tohoto zařízení (Vitocal 100-S) konstatovat nejen naplnění našich očekávání. Toto tepelné čerpadlo dokonce změnilo i náš pohled na tepelnou ochranu budov.

První statistiky

Za prvních sedm měsíců provozu tepelného čerpadla (začátek září 2020 až konec března 2021) vykazovalo popisované tepelné čerpadlo Vitocal 100-S v podmínkách řečeného domu tyto výsledky:

  • Vytápění a chlazení domu: COP = 3,4
  • Ohřev vody (boiler): COP = 2,5

Přeloženo do běžného jazyka: Při přímém vytápění domu bychom vynaložili 3,4× více energie na dosažení požadované vnitřní teploty, než k tomu potřebuje tepelné čerpadlo. V případě přímého ohřevu pitné vody na 40 °C by pak šlo o 2,5× více energie.

Dům s TČ Vitocal 100-S

Jde o patrový rodinný dům ze 70. let minulého století, připomínající tvarem krychli. Ten byl roku 2016 zakoupen naší vydavatelskou skupinou a během dalších dvou let přestavěn do podoby kancelářské budovy při zachování jeho původního tvaru i statutu rodinného domu. Dnes je dům stavebně prakticky nový, původní jsou jen sklepní konstrukce a pak nosné zdi v prvním nadzemním podlaží domu, včetně jeho obvodových stěn.


Energetika domu

Dům je izolován minimálně na úrovni doporučených součinitelů prostupu tepla U pro obvodové stěny, střechu a okna pasivního domu. Plochá střecha je svrchu vybavena pravidelně obnovovaným reflexním povrchem (nátěr Reflexol), fasáda domu je světlá, doplňková fasádní barva je světle hnědá. Všechna okna jsou osazena trojskly s U2 = 0,7 W/(m2K). Dům má průměrný součinitel prostupu tepla U2 = 0,171 W/(m2K).

Do vzorců se součinitelem U dosazují projektanti (ve smyslu normy) jen teploty vzduchu (uvnitř a venku). To by však znamenalo, že všechny venkovní povrchy přebírají teplotu vzduchu. Jenže to je nesmysl; teplotě vzduchu se blíží jen sněhově bílé povrchy domu! Příklady:

  1. Přímé sluneční záření ohřálo tmavý obvodový sokl řečeného domu, který sahá do výše 70 cm nad úroveň zatravnění, až k 80 °C.
  2. Světlá fasáda nad tímto soklem se přitom na Slunci ohřála jen na 30 až 31 °C. Stejnou či blízkou teplotu měla i plochá střecha domu natřená Reflexolem (stříbrný odrazivý nátěr).
  3. Světle hnědá osluněná fasáda na domu vykazovala ve stejný čas teplotu mírně nad 40 °C.

Je zřejmé, že barevné podání osluněných ploch domu má podstatný vliv na jejich povrchovou teplotu a tudíž i na energetickou bilanci celého domu, zejména letní. Za slunných letních dní závisí energetika domu (a tudíž i intenzita chlazení) zejména na barevném podání střechy a fasády domu.

Vzhledem ke kompaktním rozměrům se dají vnitřní jednotky Vitocal 100-S jako jiné topné zařízení instalovat ve sklepě nebo technické místnosti domu. Již ve výrobním závodě je jednotka vybavena všemi potřebnými komponenty.

Sluneční elektrárna

Z důvodů co nejúčinnější energetické soběstačnosti předmětného domu a také pro účely letního chlazení, které je "proslulé" velkou energetickou náročností, byla na střeše a fasádě domu instalovaná ostrovní fotovoltaická elektrárna o 42 panelech. Toto elektrárna zabezpečuje, s výjimkou zimy, úplnou energetickou potřebu celé budovy. Elektrická přípojka ČEZ je záložním a v zimě pak i doplňkovým zdrojem energie.

Stropní vytápění a chlazení

Pro skutečnou energetickou spotřebu domu, nikoliv jen papírovou ve smyslu ČSN, je klíčový také způsob vytápění domu. Stropní vytápění v popisovaném domě je téměř ryzí sálavé vytápění, v němž sálavá složka sdílení tepla mezi stropem a místností představuje minimálně 95 %. Zbytek připadá na proudění a vedení tepla. Pro toto vytápění je typická velmi nízká povrchová teplota otopného stropu, jen o 3 až 4 °C vyšší, než je požadovaná teplota místnosti (v zimě 20 °C). V létě je tomu naopak: do trubic stropního „vytápění" je vháněna voda jen o 3 až 4 °C chladnější, než je požadovaná vnitřní teplota (do 27 °C).

Zajímavá je i rychlost, s jakou toto vytápění reaguje na regulační zásah nebo změnu venkovní teploty. K ustálení nové požadované vnitřní teploty dojde už po několika minutách po regulačním zásahu. Změny venkovní teploty většinou nelze pod stropním vytápěním/chlazením vůbec zaznamenat.

TČ Vitocal 100-S - výhody

  • Spolehlivé tepelné čerpadlo za příznivou cenu
  • Flexibilní instalace venkovní jednotky (možnost postavení nebo zavěšení na stěnu)
  • Reverzní provedení umožňuje vytápění i chlazení (varianta AC)
  • Regulace Vitotronic s jednoduchou obsluhou, srozumitelným textem a grafickým displejem
  • Možnost připojení k internetu přes modul Vitoconnect 100 (příslušenství)
  • Optimalizované využití vlastní vyrobené elektrické energie pocházející z fotovoltaiky
  • Možnost získání rozšířené komplexní 5leté záruky Viessmann
  • Tepelné čerpadlo splňuje požadavky pro státní dotační programy
  • Třída energetické účinnosti: A++/A+

Závěr

Celostropní vodní vytápění popisovaného objektu s velmi rychlým náběhem požadované teploty stropu umožnilo realizovat vnitřní teplotu na úrovni nad 20 °C v zimě a do 27 °C v létě, a to pomocí otopné vody o teplotě cca 24 °C pro zimu i léto. V létě v extrémních vedrech ca o 2 až 3 °C méně. Jako dodavatel tepla či chladu pro toto stropní vytápění bylo jako nejvhodnější adept vybráno tepelné čerpadlo Vitocal 100-S s regulací Vitotronic 200. To zároveň obstarává i celoroční ohřev vody v boileru.

Shrnutí

  • TČ Vitocal 100 v zimě: V režimu vytápění a přípravy teplé vody k mytí a vaření využívá tepelné čerpadlo jen s elektřinu na "noční tarif" a fotovoltaickou elektřinu.
  • TČ Vitocal 100 v létě: V režimu klimatizace a přípravy teplé vody k mytí a vaření využívá tepelné čerpadlo hlavně fotovoltaickou elektřinu, v nouzi elektřinu na "noční tarif".
  • Otopná (v létě klimatizační) soustava domu obsahuje dvě akumulační nádrže s celkovým objemem 3 m3, ve kterých se s pomocí popsaného tepelného čerpadla v zimě vyrábí teplá voda (cca do 35°C) a v létě chladná voda (cca od do 20°C). Pomocí směšovacího ventilu pak putuje do otopných stropů voda o požadované teplotě.

— kontakty —

Viessmann, spol. s r.o.

Plzeňská 189, 252 19 Chrášťany

E: viessmann@viessmann.cz   T: +420 257 090 900
WWW: https://www.viessmann.cz/

Autor: RNDr. Jiří Hejhálek
Foto: archiv Viessmann, archiv redakce