Vrty do horninového masivu - zdroj energie pro tepelná čerpadla (I)

1. Úvod

Tento seriál informuje širokou veřejnost o problematice tepelných čerpadel v České republice se zaměřením na získávání obnovitelného nízkopotenciálního tepla z horninového prostředí.

Česká republika patří k signatářským zemím Kjótského protokolu, jehož smyslem je přimět státy světa ke snížení emisí skleníkových plynů do ovzduší. Jedním z významných zdrojů těchto emisí je spalování fosilních paliv, které se mimo jiné využívají také k výrobě tepelné energie pro bydlení. Proto je kladen zvýšený důraz na využívání obnovitelných přírodních zdrojů energie pro tyto účely.

Jednou z možných cest je aplikace tepelných čerpadel pro celoroční vytápění, klimatizaci stavebních objektů a přípravu teplé užitkové vody.

2. Proč vytápět pomocí tepelných čerpadel?

A) Vytápění pomocí tepelných čerpadel má výrazný lokální ekologický přínos pro čistotu ovzduší. V současné době opět dochází ke zvýšenému spalování tuhých paliv a různého odpadu v rodinných domcích jako reakce na zvýšení ceny el. energie a plynu.

Od počátku světové průmyslové revoluce za posledních 150 let stoupnul obsah CO₂ v atmosféře z cca 280 ppm na 360 ppm, tj. o 30%. Obsah CO₂ v atmosféře by měl podle odhadů stoupnout do r. 2100 na dvoj- až troj-násobek úrovně před průmyslovou revolucí.

Tento ekologický aspekt je významný pro každého z nás. Každý investor, který se rozhodne pro instalaci tepelného čerpadla:

• přestane obtěžovat své okolí zápachem ze zplodin pocházejících z konvenčních otopných systémů,
• nebude přispívat ke vzniku smogu z lokálních topenišť nad svou obcí,
• bude šetrný ke zdraví svému a svých spoluobčanů, protože nebude produkovat spaliny, z nichž mnohé mají karcinogenní a jiné zdraví škodlivé účinky,
• přispěje k ochraně přírody snížením emisí vypouštěných do ovzduší,
• sníží tlak na těžbu neobnovitelných nerostných surovin, které by měly být smysluplněji využívány než jenom spáleny kvůli výroby tepelné energie.

B) Vytápění pomocí tepelných čerpadel má nesporné ekonomické výhody. Tyto jsou dány následujícími fakty.

Tepelná čerpadla využívají k výrobě tepla obnovitelných přírodních zdrojů energie (tepelná energie vzduchu, vody, hornin). Kouzlo jejich nízkých provozních nákladů spočívá v tom, že z 1 kW placené el. energie nutné pro pohon kompresoru jsou schopna vyprodukovat cca 3 kW tepla, a tedy 2 kW dodá zadarmo přírodní obnovitelný zdroj energie. Pro provozování TČ dále platí v České republice zvýhodněná sazba D65 pro odběr el. energie - viz webové stránky distributorů el. energie pro daný kraj s ceníky.

Výrazný vliv na růst počtu instalací v České republice zvláště v minulých letech byly státní příspěvky a/nebo nízkoúročené dlouhodobé půjčky (viz www.sfzp.cz, www.ceacr.cz), případně stavební spoření některých finančních institucí (např. Českomoravská stavební spořitelna). Je však nutné upozornit, že státní prostředky nejsou automaticky dostupné - v případě převisu poptávky mohou být předčasně vyčerpány. Na tyto prostředky není právní nárok - jsou přiděleny investorovi za předpokladu splnění řady podmínek (energetický audit, projekty, souhlas místních orgánů státní správy a další). Podmínky udělení státních příspěvků na tepelná čerpadla se každoročně mění - zpravidla koncem roku jsou stanovovány na rok příští.

V současné době probíhá zdražování ropy a zemního plynu, které je vyvoláno vysokou poptávkou v rozvojových zemích (např. Čína, Indie) a celou řadou dalších faktorů, které investor zpravidla nemůže ovlivnit (cenový diktát dodavatelů energií, přírodní katastrofy, teroristické útoky, politické důvody a další). Pro racionálně uvažujícího člověka není již únosné, aby byl významnou měrou závislý na neobnovitelných surovinách, jejichž cena bude neustále růst v důsledku klesajících zásob těchto surovin a ve spojitosti s dalšími výše uvedenými faktory.

O tom, že tepelná čerpadla nejsou "módním výstřelkem", ale výsledkem rozhodnutí nezanedbatelné části investorů svědčí následující tabulka celkového počtu instalovaných tepelných čerpadel ve vybraných státech Evropy (zdroj: European Heat Pump Association Statistics ze 6. 7. 2006):

C) Vytápění pomocí tepelných čerpadel je trendem v řešení moderních otopných systémů:

• provoz tepelného čerpadla je bezobslužný a bezúdržbový, investor již nemusí věnovat svůj čas činnostem, které nejsou jeho hobby,
• je využívána obnovitelná tepelná energie akumulovaná v horninách, která je dostupná na každém pozemku,
• podstatná část energie pro vytápění je získána zadarmo z přírodních obnovitelných zdrojů, investor významnou měrou sníží svou závislost na cenovém diktátu dodavatelů energií,
• nevzniká žádný popel nebo plynné spaliny,
• nízká hlučnost (platí pro tepelná čerpadla renomovaných světových výrobců),
• tepelné čerpadlo využívající vrty pro získání tepelné energie z hornin přináší další obrovskou přednost: v letním období lze reverzovat chod tepelného čerpadla a využít jej pro klimatizaci objektu. Přebytečné teplo z objektu je ukládáno do hornin a z hornin je do objektu přiváděn "chlad". Využití této přednosti tepelných čerpadel ušetří nemalé finanční prostředky za klasickou klimatizaci.

Aktuální výpočet, resp. porovnání nákladů na vytápění stavebního objektu různými zdroji tepla si může každý zájemce provést orientačně sám dle kalkulátoru na stránce "Výpočet nákladů na vytápění".

Literatura:

Eskilson, P. (1987): Thermal Analysis of Heat Extraction Boreholes. Sborník referátů, University of Lund, Švédsko.

Hellstrőm G., Sanner B. (2000): Earth Energy Designer, Version 2.0. Uživatelský manuál software, University of Lund, Švédsko.

Geothermal Resource Technologies, Inc. (2003): Formation Thermal Conductivity Test and Data Analysis. Webové stránky firmy.

Gehlin S. (2002): Thermal Response Test. Doctoral thesis, Lulea University of Technology.

Busso A., Georgiev A., Roth P. (2003): Underground Thermal Energy Storage - First Thermal Response Test in South America, referát RIO 3 - World Climate & Energy Event.

Grmela A., Aldorf J. (2005): VŠB - Technická univerzita Ostrava, aula + CIT vrty pro tepelná čerpadla na parc. č. 1738/30 a 1738/37, k.ú. Poruba. Projekt vodního díla pro územní rozhodnutí a stavební povolení.

Ryška J. (2005): Prováděcí projekt vrtů pro tepelné čerpadlo č. DPV - 047-02-03-2005. OKD, DPB, a.s.

Belica P., Křupka J. (2004): Aula a CIT VŠB - TU Ostrava - Poruba. Energetický audit.

Mareš S. a kol. (1979): Úvod do užité geofyziky, SNTL Praha.

Svoboda J. a kol. (1983): Encyklopedický slovník geologických věd. ACADEMIA Praha.

Rybach L., Sanner B. (2000): Ground - Source Heat Pump Systems: The European Experience, GHC Bulletin.

Žeravík A. (2003): Stavíme tepelné čerpadlo. Vydáno vlastním nákladem.

Dvořák Z. (1986): Základy chladící techniky. SNTL Praha.

Spitler J. D., Rees S. J., Yavuzturk C. (2002): Recent Developments in Ground Source Heat Pump System Design, Modelling and Applications. Referát z webových stránek IGSHPA.

Stiebel-Eltron (2002): Tepelná čerpadla. Projektování a instalace. Firemní technické podklady.

Oklahoma State University (1988): Closed-Loop/Ground-Source Heat Pump Systems. Installation Guide.

Jakeš P. (1984): Planeta Země. Mladá fronta Praha.

Kunz, A., Ryška, J., Koníček, J., Bujok, P. (2002): Využití horninového prostředí jako stálého efektivního zdroje energie pro tepelná čerpadla. Sborník přednášek "Nové poznatky v oblasti vŕtania, ťažby, dopravy a uskladňovania uhľovodíkov. Podbánské, s. 69-75, ISBN 80-7099-895-4

Kunz, A., Ryška, J., Koníček, J., Bujok, P., Mazáč, J. (2002): Speciální technika pro realizaci vrtů umožňujících využití nízkopotenciálních zdrojů tepla. Sborník referátů 7. r. mezinárodní konference "Geotechnika 2002", Štrbské Pleso, s. 199-201, ISBN 80-248-0115-9

Ryška, J., Bujok, P. (2002): Možnosti využití horninového prostředí pro získávání nízkopotenciálního tepla - zkušenosti OKD, DPB a.s. Sborník referátů konference" Současnost a perspektiva těžby a úpravy nerudních surovin", VŠB-TU Ostrava, s. 239-240, ISBN 80-248-0081-0

Časopis Alternativní energie č. 5/2005