Plošné zemní kolektory obstály

(JiT) – Před časem provedl jeden z významných dodavatelů tepelných čerpadel průzkum u majitelů čerpadel s plošnými zemními kolektory. Cílem bylo zjistit, jak se chovají na konci relativně studené zimy a zároveň zjistit, zda jsou na místě obavy ze zamrznutí země kolem kolektoru, ovlivnění vegetace, nutné letní odstávky a devastace zahrady.

Do průzkumu firmy Tepelná čerpadla IVT byly zařazeny instalace, které jsou v provozu nejméně dvě a nejvýše deset topných sezon. Technické provedení bylo skandinávské, to je dimenze potrubí 40 x 3,7, délka smyček až 300 m, rozteč mezi potrubím 1 m. Hloubka uložení se podle lokality pohybovala od 1,1 do 1,5 m.

Dotazování uživatelů tepelného čerpadla probíhalo na přelomu března a dubna, kdy se nejnižší denní teploty pohybovaly v rozmezí -3 °C až +3 °C. Tomuto období předcházel leden, který byl o 1,2 °C chladnější než dlouhodobý normál, a únor, který teplotně odpovídal dlouhodobému normálu.

Nejde o zemní vytápění

V souvislosti s průzkumem se ukázalo, že i dokonce mezi provozovateli tepelného čerpadla země - voda s plošným zemním kolektorem je rozšířena mylná představa, že jde o jakési „zemní“ vytápění. Kolektor však odebírá ze spodní vrstvy jen asi dvě procenta tepelné energie, zbývajících asi 98 % odebere z vrstvy zeminy nad sebou. Tam ale již nepřevažuje geotermální teplo ze země, ale akumulovaná solární energie ze slunce. Plošný kolektor je tak ve své podstatě rozměrný sluneční kolektor s nízkou účinností, doplněný o obrovský „hliněný“ akumulátor tepla s ročním cyklem nabíjení a vybíjení. Na 1 m² povrchu země dopadne ročně asi 2000 kWh tepelné energie ze slunce, přitom plošný kolektor za rok ze stejné plochy odebere pouhých 40 až 70 kWh, což je jen 2,5 % z toho, co mu slunce dodá.

Po pochopení tohoto principu je tedy jasné, že dobře provedený plošný kolektor se nemůže ani v dlouhodobém horizontu energeticky vyčerpat, protože během léta vždy s bohatou rezervou 100 % regeneruje. Zároveň je to i odpověď na nucenou odstávku pro regeneraci plošného kolektoru během léta: není potřebná, nepoť energie dodávaná v létě ze slunce je tak vysoká, že kolektor s rezervou zvládá zároveň svojí regeneraci i dodávku tepla pro ohřev teplé vody nebo třeba pro bazén.

Velikost plošného kolektoru závisí na tepelné ztrátě vytápěného objektu, typu zeminy a typu topného systému. V běžných podmínkách pro dům s tepelnou ztrátou 9 kW postačí plocha pro kolektor kolem 320 m². Takto velké kolektory lze obvykle umístit na stavební parcelu o celkové velikosti od 500 m², což je velikost, kterou většina stavebních parcel splní.

Co bylo zjištěno

Průzkumem bylo zjištěno, že u 70 % zkoumaných plošných kolektorů se teplota na výstupu z kolektoru (tj. na vstupu do tepelného čerpadla) pohybovala na konci zimy v rozmezí od 0 do + 2,6 °C. Průměrná teplota na výstupu z kolektoru u všech sledovaných instalací pak byla + 1,3 °C. Průměrná teplota na výstupu z tepelného čerpadla do kolektoru byla - 1,7 °C.

Od průměru se výrazněji odchýlilo 30 % instalací, z toho 15 % mělo vyšší teplotu než 2,6 °C a 15 % teplotu nižší než 0 °C. Nejvyšší výstupní teplotu +5,6 °C vykázal experimentální plošný kolektor, uložený v hloubce dva metry, který je ale zásobován i odpadním teplem z klimatizace domu. Nejde tedy čistě o plošný kolektor jako v ostatních případech, a proto je i uložen hlouběji, než je u běžných kolektorů doporučeno.

Nejhorší kolektor pracoval s výstupní teplotou - 1,5 °C. V tomto případě bylo podrobnějším zkoumáním příčin této odchylky zjištěno, že kolektor je ze zhruba poloviny uložen v písku a štěrku a je oproti původnímu návrhu dodavatele (firma IVT) o přibližně 15 % poddimenzován. Viníkem byly hodně nestandardní geologické podmínky pozemku, kdy část pozemku měla normální hliněné podloží a část byla náplava štěrků a písků, o které se dopředu nevědělo. Díky velikosti pozemku nebylo možné plochu kolektoru dodatečně zvětšit. Pozitivní je, že i při takto výrazném poddimenzování není teplota z kolektoru nijak kritická a tepelné čerpadlo pracuje jen s přibližně o 5 % nižším topným faktorem, než byl celkový průměr.

Aby byly zohledněny oblasti s různou výpočtovou venkovní teplotou, byly do průzkumu zahrnuty i instalace v lokalitě Zdíkov (-18 °C, 750 m n. m.) a Borová Lada (-21 °C, 900 m n. m.) na Šumavě a tři instalace v Jizerských horách s výpočtovou teplotou -18 °C. U těchto instalací ležících v oblastech s extrémně nízkými teplotami byla průměrná teplota z kolektoru +0,4 °C. Naopak, když ze zkoumaných instalací vybereme pouze kolektory ležící v teplejších oblastech s výpočtovou teplotou -12 °C, byla průměrná teplota na výstupu z kolektoru +2,7 °C..

Součástí průzkumu byl i dotaz, zda kolektor nějak zásadně ovlivňuje stav zahrady. U všech dotazovaných provozovatelů k žádným zásadním negativním změnám nedošlo. U některých plošných kolektorů došlo v prvních letech provozu k mírnému poklesu terénu nad výkopy, což je způsobeno nedostatečným zhutněním při zásypu výkopů. Další zjištěným jevem na více instalacích byla změna kvality a barvy trávy nad kolektorem, která je hustší a zelenější. Tento jev je způsoben větší vlhkostí v okolí trubek kolektoru, která trávě prospívá. Vlhkost vzniká postupným rozpouštěním ledu vytvořeného v průběhu zimy v okolí trubek.

Průzkum potvrdil dosavadní zkušenosti a poznatky, že tepelná čerpadla s plošnými kolektory si v zimě zachovávají vysoký výkon a topný faktor jako čerpadla se zemními vrty a v přechodných obdobích mají dokonce topný faktor lepší. Negativní jevy, jako zamrznutí kolektoru nebo zásadní ovlivnění vegetace nad kolektorem, se objevují pouze u instalací, kde nejsou dodrženy základní parametry kolektorů, jako je správná hloubka a velikost.

(Zdroj: Asociace pro využití tepelných čerpadel)