Tepelné čerpadlá Môžu pokryť potreby vykurovania, narážajú však na limity výroby

Vynález slovenského technického génia Aurela Stodolu – tepelné čerpadlo – sa v ostatnom období stal hitom medzi zariadeniami na alternatívny spôsob výroby energie. Hoci má už sto rokov, až posledné roky priniesli jeho masové rozšírenie a prienik do povedomia širokej verejnosti.

Čítajte tiež

Technický génius Aurel Stodola Jeho princípy parných turbín dodnes poháňajú svet

Erik Potocký

Slovák, ktorý dobyl vedecký svet. Hoci vo vede a v technike videl nádej pre ľudstvo, Veľká vojna ukázala aj temnú stránku technického pokroku.

Nie náhodou sa tepelnému čerpadlu spočiatku darilo najmä vo Švajčiarsku, kde Aurel Stodola pôsobil. Experimenty s touto technológiou sa začali už počas prvej svetovej vojny v reakcii na nedostatky v dovoze energie a naplno sa rozvinuli v druhej svetovej vojne, keď Švajčiarsko – hoci neutrálne – trpelo nedostatkom energie pre problémy s dovozom.

Čo je tepelné čerpadlo

Tepelné čerpadlo využíva inak nevyužiteľnú energiu okolitého prostredia. Či už vzduchu, vody, alebo zeme. Ide o zariadenie, ktoré čerpá teplo z miesta s nižšou teplotou a prenáša ho na miesto s vyššou teplotou. Na prvý pohľad to znie paradoxne, ale ide o jav, ktorý ako prvý teoreticky opísal práve Aurel Stodola. Princíp sa nazýva Gouyov-Stodolov zákon (Georges Gouy bol francúzsky fyzik, ktorý fungovanie tepelného čerpadla opísal nezávisle od Stodolu v približne tom istom čase).

V zásade ide o chladiace zariadenie a prirovnať ho možno k chladničke či mrazničke. Tieto zariadenia odoberajú teplo z vecí, ktoré do nich vložíme, a odvádzajú ho do okolitého prostredia (preto je mriežka na zadnej strane chladničky či mrazničky teplá, niekedy až horúca).

Celý princíp funguje na premene skupenstva chladiacej látky. Pre každú látku platí, že jej energeticky najvyšší stav je plynný, nižšie je kvapalný a najnižšie pevný. Topením či vyparovaním látka odoberá teplo z prostredia, kondenzáciou a tuhnutím teplo prostrediu odovzdáva.

V systéme tepelného čerpadla (podobne ako v chladničke) prúdi v uzavretom okruhu chladiaca zmes. Tá sa pri odoberaní tepla (zo vzduchu, z vody či zo zeme) vyparuje. V tomto plynnom stave putuje do kompresora, kde sa stlačí, a následne smeruje do kondenzátora, ktorý je fakticky vyhrievacím telesom, kde sa opäť premieňa do kvapalného skupenstva a odovzdáva teplo. Navyše, teplo vznikajúce pri kompresii sa pričíta k sume odovzdaného tepla v kondenzátore.

Týmto spôsobom je tepelné čerpadlo teoreticky schopné dodávať neobmedzené množstvo energie, keďže teplo fakticky len presúva prostredím a žiadne nové do prostredia neemituje priamym spaľovaním fosílneho či iného paliva.

Dôležité však je povedať, že takto to funguje len v teórii. Tepelné čerpadlo totiž musí poháňať elektrina a množstvo tepla, ktoré je schopné získať z prostredia, je závislé práve od elektriny. To isté platí o tom, že pri jeho prevádzke nevzniká nové teplo. To teplo totiž vzniká práve pri výrobe elektriny.

Viac ho vzniká spaľovaním fosílnych palív či pri jadrovej reakcii alebo spracovaním biomasy, ktorá patrí medzi obnoviteľné zdroje. No aj pri takých zdrojoch, ako je slnečná či veterná energia, vzniká teplo, ktoré bez úžitku uniká do prostredia.

Pri akomkoľvek zdroji energie preto v praxi neplatí, že prevádzka tepelného čerpadla nové teplo prostrediu nepridáva.

Tepelné čerpadlo však neslúži len na vykurovanie či ohrev teplej vody. Rovnakým spôsobom dokáže v lete čerpať teplo z interiéru, a teda chladiť vnútorné priestory.

Vysoké vstupné náklady, relatívne lacná prevádzka

Množstvo elektriny spotrebované na prevádzku tepelného čerpadla je v zásade nižšie ako získané teplo. Pri bežnej prevádzke je z „investovanej“ 1 kWh elektriny „zisk“ 3 až 4 kWh tepla. Ak však napríklad potrebuje ohriať teplú vodu na úroveň 55 stupňov a vonku je povedzme -11 stupňov, spotreba elektriny vzrastie na 3 kWh pri výrobe 4 kWh tepla.

Pri bežnej prevádzke je odhadovaná návratnosť investície zhruba necelých desať rokov (náklady na čerpadlo + spotrebovaná elektrina – nespotrebovaný plyn či iné palivo).

Popularita tepelných čerpadiel výrazne narástla s rastúcimi cenami energií, ale aj snahou získať určitú nezávislosť od dodávateľov. Pri vhodnej kombinácii fotovoltaiky a tepelného čerpadla dokáže byť jeho prevádzka prakticky bezplatná.

Vstupné náklady sú, samozrejme, niečo iné. Tie sa stále pohybujú v násobkoch toho, čo stojí klasický plynový kotol. Ceny najpoužívanejšieho typu vzduch – voda sa pohybujú od 5-tisíc eur vyššie, nájsť sa dajú aj za 7- či 10-tisíc.

Čítajte tiež

Novela smernice o bývaní Ako chce Brusel zaviesť povinné rekonštrukcie budov a zakázať plynové kotly

Erik Potocký

Bez zodpovedajúceho energetického certifikátu svoju nehnuteľnosť nepredáte, neprenajmete ani si nebudete môcť vziať či refinancovať hypotéku.

Záujem o dotácie

Existuje však aj možnosť získať štátnu dotáciu na inštaláciu tepelného čerpadla pre rodinný dom. V závislosti od jednotlivých podmienok sa dotácia v programe Zelená domácnostiam Slovenskej inovačnej a energetickej agentúry pohybuje od 2 720 po 3 400 eur. Dotáciu na inštaláciu tepelného čerpadla je teoreticky možné získať aj z programu Obnov dom z plánu obnovy, ten sa však borí s komplikáciami pri vybavovaní žiadostí a ministerstvo životného prostredia ho už muselo pred časom prepracovať.

Hoci záujem o tepelné čerpadlá v ostatnom čase výrazne stúpol, o jeho inštaláciu, a teda aj o štátnu podporu majú záujem najmä bohatší ľudia. Hoci veľkú časť obyvateľov, ktorí žijú vo vlastných, no energeticky nezateplených domoch, tvorí skôr kategória ľudí s nižšími príjmami.

Ukázal to prieskum spoločnosti Institut2050 Energetické profily slovenských domácností.

Reprezentatívny prieskum rozdelil obyvateľstvo Slovenska do šiestich skupín: chudobnejší obyvatelia vidieka (15-percentný podiel), zabezpečenejší obyvatelia vidieka (8 %), chudobnejší obyvatelia vidieka a menších miest (17 %), bohatší obyvatelia predmestí (15 %), chudobnejší obyvatelia miest (24 %) a zabezpečenejší obyvatelia miest (22 %).

Až 87 percent chudobnejších obyvateľov vidieka žije vo vlastnom rodinnom dome, no až 40 percent z nich uviedlo, že ho nemajú vôbec zateplený, navyše 60 percent z nich si nemôže dovoliť neočakávaný výdavok nad 400 eur. Zväčša kúria drevom, plynom či uhlím.

Najpočetnejšiu skupinu tvoria chudobnejší obyvatelia miest (majú zo všetkých skupín najnižší priemerný príjem – 660 eur) a takisto majú problém uhradiť neočakávaný výdavok vyšší ako 400 eur. Väčšina, 74 percent, žije vo vlastnom byte, rovnaké percento uviedlo kompletné zateplenie. Títo sú však pre dotácie na tepelné čerpadlá či fotovoltaiku nezaujímaví, keďže všetci uviedli, že sú pripojení k centrálnemu zdroju tepla.

Najzaujímavejšiu skupinu z tohto pohľadu tvoria bohatší obyvatelia predmestí a zabezpečenejší obyvatelia vidieka. Vo väčšine nemajú problém s neočakávanými výdavkami, majú vlastný rodinný dom, kompletne zateplený, a vlastný vykurovací systém.

A práve títo prejavujú aj najväčší záujem o získanie dotácií na niektorú z alternatívnych technológií získavania energie či jej úspory. Spomedzi bohatších obyvateľov predmestí by záujem o dotáciu malo 33 percent respondentov a spomedzi bohatších obyvateľov vidieka 28 percent. Časť z nich je zároveň svojimi príjmami na takej úrovni, že by si jednorazovú investíciu napríklad do tepelného čerpadla dokázali zabezpečiť aj bez dotácie.

Celkové čísla sú však opačné. Až 82 percent respondentov totiž odpovedalo, že o žiadnej dotácii neuvažujú. Najviac zvažovanou dotáciou je investícia do solárnych panelov (10 percent), zateplenie domu zvažuje 7 percent a tepelné čerpadlo 5 percent respondentov.

To v prepočte na celkový počet obyvateľov podľa autorov výskumu znamená, že existuje 150-tisíc potenciálnych záujemcov o dotáciu na solárne panely, 110-tisíc ľudí by zvážilo zateplenie domu a 75-tisíc investíciu do tepelného čerpadla.

Čítajte tiež

Slovensko potrebuje nové elektrárne Elektroáut je zatiaľ málo, no výrazne sa zvýši spotreba elektriny v priemysle

Erik Potocký

Dekarbonizácia priemyslu či dopravy nebude dávať zmysel, ak dosť elektriny nevyrobíme z bezemisných zdrojov – napríklad z jadra.

Rekordné predaje a črtajúce sa problémy

Trend v úspechu tepelných čerpadiel je celoeurópsky. Rekordné predaje hlási Nemecko, kde tvorí až 50 percent inštalovaných vykurovacích zariadení v nových domoch, ale aj Česko či Poľsko. V roku 2022 sa v celej Európskej únii predali 3 milióny tepelných čerpadiel, čo je medziročný rast o zhruba 38 percent. Celkovo je v EÚ inštalovaných približne 20 miliónov týchto zariadení.

Nie je však všetko ružové. S prudkým rastom trhu s tepelnými čerpadlami prichádzajú aj problémy. Výroba a ponuka prestala stíhať za dopytom.

Európska komisia pripravuje akčný plán na ďalší rozvoj používania tepelných čerpadiel, ktorý chce predstaviť v najbližšom čase. Európska asociácia tepelných čerpadiel ako zainteresovaná strana však už spísala vo svojej nedávno publikovanej správe päť hlavných problémov, ktoré môžu ohroziť tento rozvíjajúci sa energetický segment.

Prvým sú vysoké vstupné náklady, ktoré si veľká časť obyvateľov nemôže dovoliť zaplatiť, bez funkčného a dostupného systému dotácií sa na túto technológiu môžu pozerať len z diaľky. K tomu treba prirátať aj vysoké prevádzkové náklady v niektorých krajinách spôsobené vysokými cenami elektriny, ktorá, ako spomíname vyššie, je základným pohonom pre tepelné čerpadlo.

Druhým problémom sú informácie. Ľudia podľa správy nemajú dostatočný prehľad v možnostiach, ktoré im tepelné čerpadlá ponúkajú – či už ide o vhodný typ, výkon pre rozsah obydlia, či administratívnu komplikovanosť povoľovacieho konania.

V treťom identifikovanom problematickom bode sa už dostávame k nesúladu ponuky a dopytu. Na európskom pracovnom trhu chýba dostatok kvalifikovaných pracovníkov, ktorí by dokázali uspokojiť žiadosti o inštaláciu tepelných čerpadiel, ale aj ich následný servis. Takisto chýbajú aj kvalifikovaní pracovníci pre samotnú výrobu zariadení. Čakacie lehoty na inštaláciu sa preto predlžujú.

To súvisí so štvrtým bodom – nedostatkom výrobných kapacít. Iba 60 percent inštalovaných tepelných čerpadiel sa vyrába v Európe, pričom výrobcovia sú aj subdodávateľsky závislí od krajín mimo EÚ, najmä v surovinách a niektorých komponentoch – napríklad kompresoroch.

Ostatným, no nie menej závažným problémom je kapacita siete. Tým, že sa rozvíja využívanie tepelných čerpadiel, rastie aj potreba dodávok elektriny. Doteraz vo vykurovaní dominantný zemný plyn má vlastnú distribučnú sieť. Nároky na prenosovú sústavu elektriny budú rásť, a to nielen pre tepelné čerpadlá, ale aj fotovoltaiku, ktorá je v mnohých prípadoch pridruženou technológiou.

Čerpanie vo veľkom

Hoci si pri téme tepelných čerpadiel väčšina predstaví zariadenie na individuálnu potrebu využitia napríklad v rodinnom dome, existujú aj omnoho väčšie „mašiny“, ktoré tento systém získavania tepla využívajú vo veľkom meradle.

Príkladom je nemecké mesto Hamburg, ktoré sa rozhodlo túto technológiu využiť na vybudovanie centrálneho systému vykurovania a teplo preň získava z odpadovej vody v čističkách. Zásobovať teplom a teplou vodou chce takto 40-tisíc domácností.

Možnosti odpadového tepla sú však omnoho vyššie. Odhaduje sa, že celkový objem odpadového tepla v Európe je približne 2 860 TWh ročne, čo zhruba zodpovedá dopytu po teple na vykurovanie a teplej úžitkovej vode v obytných budovách a službách.

Nejde však len o teplo z odpadovej vody. Aj v uvedenej správe Európskej asociácie tepelných čerpadiel sa uvádza, že veľkým zdrojom energie je aj priemyselná výroba či veľké dátové centrá.