Za poslední čtyři roky vzrostl raketově počet instalovaných tepelných čerpadel v Česku. Od roku 2010 jich bylo na tuzemský trh dodáno už zhruba 270 000. Polovina z nich přibyla až v posledních dvou letech. V drtivé většině jde ale o tepelná čerpadla poháněná elektřinou. 

Přitom technologie tepelných čerpadel může využívat pro svůj chod i plyn a taková čerpadla nabízí oproti svým elektrickým protějškům řadu výhod. Kde je vhodné taková čerpadla využívat, vysvětluje Alexandr Lužný, vedoucí inovačního oddělení skupiny GasNet, největšího českého distributora plynu.

Tepelné čerpadlo využívá pro vytápění okolní teplo. Jak takové čerpadlo funguje?

Je to poměrně jednoduchý princip. Tepelné čerpadlo si bere teplo ze svého okolí. Díky tomu jde o mimořádně energeticky účinný systém. Navíc teplo získávané ze vzduchu, vody nebo země je obnovitelným zdrojem energie. Teplo získává čerpadlo pomocí komprese. Využívá rozdíl teplot mezi zdrojem tepla (vzduch, voda nebo zemní vrt) a chladicím kapalným médiem (chladivo), které toto teplo přijímá. Pomocí kompresoru se médium stlačí, čímž se zahřeje na vysokou teplotu. Tepelnou energii potom přes výměník odevzdá systému v domě, kde ohřívá vzduch nebo vodu v bojleru či topném tělese. Tepelné čerpadlo začíná svůj cyklus ve výparníku, kde chladicí kapalné médium či chladivo absorbuje teplo z okolního prostředí. Toto teplo způsobí, že se chladivo vypaří a stane se plynem. Plynné chladivo je potom stlačeno kompresorem, což zvýší jeho teplotu. Plynné chladivo s vysokou teplotou a tlakem je následně vedeno do kondenzátoru, kde předává své teplo otopnému systému domu a kondenzuje zpět do kapalné formy. Poté prochází chladivo expanzním ventilem, kde se sníží jeho tlak a teplota. A cyklus se opakuje. Čerpadlo dokáže vytápět budovu a současně připravovat teplou užitkovou vodu.

Jaký je tedy rozdíl mezi elektrickým a plynovým tepelným čerpadlem?

Je to pohon kompresoru. Tepelná čerpadla nejsou žádnou novinkou. Je to technologie, která se objevila už v polovině 19. století, kdy kompresor pohánělo vodní kolo. Je vlastně jedno, čím kompresi poháníte. Elektrické tepelné čerpadlo využívá pro pohon elektřinu. V případě plynového tepelného čerpadla pohání kompresor plyn. Vedle kompresorových tepelných čerpadel existují ještě absorpční tepelná čerpadla. Ta využívají jiný princip. Jejich pohon zajišťuje dodávka tepla z hořáku, který spaluje plyn a ohřívá tlakovou nádobu.

V čem spočívají hlavní výhody plynového tepelného čerpadla?

Je to stabilita dodávek plynu pro pohon kompresoru. Plyn nezná denní a noční proud a v plynárenství v podstatě neexistuje riziko přetížení sítě, které může způsobit black-out. Plynová tepelná čerpadla bývají také méně citlivá na poklesy venkovní teploty, protože část vyrobeného tepla pochází z chlazení motoru a spalin. To z nich dělá efektivní řešení i v chladnějších klimatických podmínkách. Vyznačují se i nízkou energetickou náročností. Elektřina je až druhotná energie, kterou je potřeba vyrobit. Její cena je proto samozřejmě vyšší než plynu. Plynové tepelné čerpadlo pro pohon kompresoru spaluje primární zdroj energie. Jeho celková efektivita pramení z absence ztrát při výrobě a distribuci elektřiny. Kromě toho má plynové tepelné čerpadlo díky své robustní konstrukci a technologii nízké provozní náklady a nevyžaduje náročnější údržbu. Rozdíl je i v pořizovacích nákladech. Tepelné čerpadlo na plyn může být až o třetinu levnější než jeho elektrický protějšek.

Pro koho je plynové čerpadlo ideální?

Jsou to zejména kancelářské budovy, nákupní střediska, domovy seniorů, nemocnice, školy, průmyslové objekty. Prostě velké budovy. Je to dobrý zdroj tepla, pokud se v místě nachází například už nepoužívaná plynovodní přípojka, která byla postavena pro větší odběr. Typicky to mohou být brownfieldy, kde se developer rozhodl realizovat bytový nebo komerční projekt. Průmysl totiž často odebíral velké množství plynu, zatímco podobný odběr elektřiny tady neexistoval a v těchto odběrných místech není zavedena dostatečně silná elektrická přípojka. Plynové tepelné čerpadlo umí vytvořit vysoký teplotní spád, a proto je vhodnější pro starší budovy. Tepelné čerpadlo dokáže prostory ochladit, takže najde uplatnění například v průmyslových halách pro skladování zboží citlivého na teplotu, jako je čokoláda, kosmetika nebo farmaceutické výrobky. Energetičtí specialisté, kteří zpracovávají projekty dodávek energií pro budovy a hospodaření s nimi, by určitě neměli zapomínat na technologii plynových tepelných čerpadel. V řadě případů zastanou potřebnou práci lépe než jiný způsoby vytápění. Plynová tepelná čerpadla patří rovněž mezi technologie, které splňují požadavky nové evropské směrnice k energetické náročnosti budov. Nemusí je totiž pohánět pouze zemní plyn, ale třeba obnovitelné a bezemisními plyny jako biometan a vodík. Ostatně jako distributor plynu se na jejich příchod dlouhodobě připravujeme.

Jak si stojí plynová tepelná čerpadla výkonově?

V zimním období má plynové tepelné čerpadlo mimořádně vysoký tepelný výkon, a to dokonce i při velmi nízkých venkovních teplotách, kdy mají elektrická tepelná čerpadla výrazně nižší účinnost. Až do –20 °C je jeho účinnost víceméně konstantní. V případě potřeby se dá plynové tepelné čerpadlo zkombinovat s doplňkovým zdrojem tepla (plynový kotel, centrální zásobování teplem).

Výkon plynových čerpadel začíná kolem 35 kW. Jeho efektivitu pak udává parametr COP (Coefficient of Performance, tj. topný faktor). Ten je v případě plynových tepelných čerpadel velmi vysoký – dosahuje až 1,5 COP. To znamená, že na jednu jednotku spotřebovaného plynu generují až 1,5 jednotky tepla.

Proč bych si měl vybrat plynové čerpadlo místo plynového kotle?

Plynový kotel má nadále své místo při vytápění rodinných domů nebo bytů. Například pro byt ve starší zástavbě v historickém centru města není tepelné čerpadlo ideálním zdrojem a kotel je nenahraditelný. Čerpadla jsou vzhledem ke svému vyššímu výkonu vhodnější do větších objektů. Plynové tepelné čerpadlo nabízí řešení dva v jednom – dokáže topit i chladit. Není potom nutné instalovat dvě samostatné jednotky a dokáže přinést teplotní komfort nejen v zimě, ale i v parném létě. Oproti klasickým plynovým kotlům přináší plynové tepelné čerpadlo navíc úsporu provozních nákladů. Servis tepelných čerpadel je náročnější než servis kotlů; s tepelným čerpadlem však lze oproti kotli uspořit na spotřebě až 37 % plynu.

Instalace na regulační stanici Nepřevázka

Máte v GasNetu jako distributor plynu zkušenost s těmito systémy?

Ano. Využíváme je pro předehřev plynu v rámci naší technologie pro regulaci tlaku v distribučních plynovodech. Vítáme hlavně úsporu v objemu spotřebovaného plynu. Počítáme proto s rozšířením plynových tepelných čerpadel na další regulační stanice a letos nainstalujeme dalších 10 plynových tepelných čerpadel. Podařilo se nám tím snížit náklady na plyn o 30 %. Po další optimalizaci počítáme s tím, že se dostaneme v nákladech za plyn až na úsporu 40 %. Tepelné čerpadlo je opravdu velmi čistým zdrojem tepla. Teplo přitom nevyrábí, ale bere si ho ze svého okolí, a takové teplo je plně obnovitelné. Leží všude kolem.

Instalace na regulační stanici Kolová

Plynová tepelná čerpadla na předávací regulační stanici Dobříň

PR/ GasNet, Foto: Archiv GasNet

H&B Group vyvíjí a dodává digitální technologie a komponenty včetně hardwaru pro globální hráče již řadu let. Nyní vám představujeme PWS CISA – zařízení pro snižování provozních nákladů v segmentu hospitality, tedy v ubytovacích zařízeních všech velikostí a formátů, které je však využitelné pro jakýkoli provoz.

PWS (Power Saving System) je zařízení, které slouží k úspoře elektrické energie tím, že odpojuje silové okruhy napájení 230 V v hotelových pokojích v době, kdy host není přítomen. Vedle toho však může zajistit, aby byla teplota v pokoji upravena na ekonomickou úroveň – aby se v zimě příliš netopilo a aby v létě zbytečně neběžela klimatizace. Tuto funkci zajišťuje PWS tím, že je schopen ovládat pokojový regulátor.

Není karta jako karta

Úspora elektrické energie pouhým odpojením světel a zásuvek se pohybuje v řádech jednotek procent, avšak úspora vzniklá úpravou teploty dosahuje až desítek procent. A to už je zajímavý efekt.

Systém funguje na principu přítomnosti pokojové karty ve snímači (slotu) umístěném obvykle na stěně v blízkosti prvního spínače světel u vstupních dveří do pokoje. Aby tento slot byl vidět i za tmy, mívá obvykle místo, kam je třeba kartu zasunout, osvětlené pomocí LED.

Filozofie je taková, že host potřebuje mít svou kartu u sebe v okamžiku, kdy chce do pokoje vstoupit. Bez ní si totiž neodemkne zámek. Navíc když kartu při otevírání pokoje musí mít u sebe, nemůže ji nechat ve slotu. V té době proto PWS odpojí všechny silové okruhy v pokoji – kromě těch, které odpojeny být nesmějí (chladnička, zabezpečení apod.), a pokud je v pokoji regulátor teploty, nastaví ho na ekonomickou hodnotu.

Nejjednodušší jednotky PWS pracují s jednoduchým mechanickým spínačem, který zasunutá karta sepne. Takový systém však lze snadno oklamat zasunutím kusu kartonu či jiné karty než pokojové. Aby se stal efektivním, je třeba, aby rozpoznal, zda ve slotu je skutečně právě to, co jej má sepnout, tedy hotelová karta. A právě to je předmětem vývoje společnosti H&B Group.

Chytré karty přispívají k úsporám

Firma H&B Group dlouhodobě spolupracuje s italskou nadnárodní společností CISA, která je členem celosvětové skupiny Allegion a v sortimentu svých kartových zámkových systémů měla snímače PWS, které zpočátku pracovaly s mechanickým spínáním. Později vyvinula systém s optickým snímáním černých polí, která byla natištěna na klíčových kartách. Ten byl sice dokonalejší a neaktivoval se v případě předmětů bez černých polí na správných místech, ale dal se poměrně snadno oklamat. Navíc vyžadoval, aby černá pole byla na kartě natištěna, což její pořizovací cenu neúměrně zvyšovalo.

Změna nastala se zavedením bezkontaktních karet. Tady přišla firma H&B Group s myšlenkou číst obsah paměti a vyhodnotit, zda jde o správnou kartu, či nikoli. H&B Group vyvinula snímače PWS, které dokážou detekovat, že ve spínači je skutečně karta ISO 14443B, kterou ve svých zámkových systémech používala firma CISA, a je správně naformátovaná. Snímač sepne stykač pouze v takovém případě a na jinou kartu (nebo na nenaformátovanou) nereaguje. Tento snímač nabídla H&B Group firmě CISA, která jej zařadila do svého portfolia. Od té doby je H&B Group dodavatelem a partnerem CISA a vyvíjí pro ni a dodává inteligentní spořiče PWS. 

Zpočátku se jednalo o jednoduchou detekci vložené karty se záznamem CISA. Tehdy nebylo možné rozlišit, zda se jedná o kartu k danému pokoji, nebo rozpoznat typ karty. Postupem času vznikaly nové verze PWS slotů, které pracovaly i s kartami podle normy ISO 14443 A (MIFARE) a dokázaly rozpoznat, zda vložená karta patří hostovi nebo personálu. Podle toho byl systém PWS schopen ovládat dva stykače a spínat jiné okruhy v případě přítomnosti hosta nebo personálu. Samozřejmě se tato funkce týkala i pokojového regulátoru, který byl nastaven na jinou teplotu, pokud by byl pokoj prázdný, jinou v přítomnosti hosta a jinou, pokud by zde pracoval personál. Tato varianta snímačů PWS už rovněž byla schopna zjistit, jestli vložená karta je naprogramovaná právě pro pokoj, kde se onen spínač nachází, protože jiná jej neaktivuje.

Recepce má přehled o pohybu hosta

V současné době vyvíjí H&B Group pro firmu CISA novou verzi PWS, která bude pracovat jak s kartami MIFARE, tak i DESFIRE. To je technicky náročné, protože každý typ pracuje s naprosto odlišnými komunikačními protokoly, což vytváří tlak na výpočetní kapacitu procesoru snímače PWS, a tedy i na jeho rozměry a energetické nároky.

Dalším rozšířením funkce snímače PWS, jehož vývoj je již dokončen a o jehož zařazení do portfolia firmy CISA se jedná, je detekce přítomnosti hosta a následná informace pro recepci hotelu. Při používání plastových karet k odemykání dveří totiž odpadá nutnost vracet klíč do recepce při odchodu z hotelu. Personál tedy nemá možnost pohledem na věšák s klíči poznat, zda host je nebo není v hotelu, jako tomu bylo dříve. Avšak o tom, kde v hotelu se host nachází, přehled nebyl. Systém PWS vyvinutý H&B Group pro firmu CISA dokáže recepci takovou informaci poskytnout – a nejen to. 

Tato generace snímačů je totiž schopna číst data z paměti karet a analyzovat je. Na základě této analýzy dokáže rozpoznat, čí karta je do snímače vložena. Pomocí vestavěného komunikačního protokolu RS485 pak lze tuto informaci přenést do recepčního PC, na jehož monitoru software vyvinutý rovněž v laboratořích H&B graficky zobrazí, který pokoj v hotelu je prázdný, kde je host a kde personál. Tímto způsobem je možné upozornit recepci, že dveře pokoje nejsou dobře zavřené nebo že do pokoje vstoupil někdo, kdo nemá správnou kartu. Filozofie této funkce je totiž taková, že po rozepnutí dveřního kontaktu, k čemuž může dojít jen otevřením dveří, se předpokládá, že někdo vstoupí do pokoje. Pokud má tato osoba správnou kartu, vloží ji následně do snímače, aby mohla používat osvětlení a elektřinu. Pokud tedy je vložena karta ve stanoveném časovém limitu, systém nic neavizuje. V případě, že se tak nestane, je předpoklad, že v pokoji je někdo cizí. Při odchodu je logika opačná. Pokud jsou dveře otevřeny krátce po vyjmutí karty ze spínače, je vše v pořádku a alarm se neozve. Grafický software v recepci takové situace barevně a akusticky zvýrazní, aby byl personál spolehlivě informován.

H&B Group je díky vlastnímu technologickému inkubátoru schopna vyvíjet, vyrábět a dodávat instalační celky, komponenty a související zařízení včetně ovládacích periferií a obslužného softwaru (nebo API integrací do požadovaného systému) pro finální integrátory na trhu, stavení a montážní firmy. Vše, co je spojené s přístupovými systémy, zabezpečením budov, propojením technologií, senzoriky a sběru dat, a to včetně integrace do chytrých domácností.

Red

Foto: Archiv redakce