Bivalentný bod a záložný zdroj: kedy pomoc neznamená zlý návrh

Zapnutý elektrický dohrev ešte sám osebe nedokazuje, že tepelné čerpadlo je malé alebo že návrh zlyhal. Rozhodujúce je, pri akých podmienkach má záložný zdroj pomáhať, aký vykurovací výkon v kW dopĺňa a koľko tepla v kWh má podľa simulácie dodať za celú sezónu.

Návrh preto nemožno posúdiť podľa jednej teploty v katalógu ani podľa toho, či vnútorná jednotka obsahuje elektrickú špirálu. Treba porovnať potrebu konkrétneho domu s dostupným výkonom konkrétneho tepelného čerpadla pri teplote vody, ktorú vyžaduje vykurovacia sústava. Až toto porovnanie ukáže rovnovážny bod danej kombinácie a prípadný chýbajúci výkon.

1. Ako vzniká bivalentný bod konkrétneho domu

S klesajúcou vonkajšou teplotou rastie vykurovací výkon potrebný na udržanie požadovanej teploty v dome. Túto závislosť možno zjednodušene znázorniť ako krivku potreby domu. Jej poloha vychádza z tepelnej straty, miestnej návrhovej vonkajšej teploty, požadovanej vnútornej teploty a zvoleného spôsobu výpočtu.

Dostupný vykurovací výkon tepelného čerpadla má vlastnú krivku. Pri zariadení vzduch – voda sa mení s vonkajšou teplotou, požadovanou teplotou vykurovacej vody, režimom kompresora a prevádzkovými obmedzeniami výrobku. Názov modelu ani výkon uvedený pri priaznivom katalógovom bode preto neurčujú výkon pri miestnej návrhovej vonkajšej teplote.

Miesto, kde sa obe krivky pretínajú, je rovnovážnym bodom tejto konkrétnej kombinácie domu, tepelného čerpadla a požadovanej teploty vody. Na teplejšej strane môže tepelné čerpadlo potrebu domu pokrývať samostatne. Na chladnejšej strane môže medzi potrebou domu a dostupným výkonom zariadenia vzniknúť rozdiel, ktorý musí pokryť záložný zdroj alebo iné vopred navrhnuté opatrenie.

Ak vykurovacia sústava pri chlade potrebuje vyššiu teplotu vody, výkonová krivka tepelného čerpadla sa môže zmeniť a priesečník posunúť. Preto nestačí pracovať iba s tepelnou stratou domu. Výkon zariadenia treba čítať pri zodpovedajúcej teplote vody.

2. Výkon v kW nie je energia v kWh

Vykurovací výkon vyjadrený v kW opisuje okamžitú schopnosť zdroja dodávať teplo alebo okamžitú potrebu domu. Ak pri návrhovom bode domu chýba určitý výkon, ide o deficit v kW. Tento údaj je dôležitý na dimenzovanie záložného zdroja, elektrického pripojenia a ostatných prvkov systému.

Dodanú energiu za čas vyjadrujeme v kWh. Sezónne teplo zo záložného zdroja preto nevznikne jednoduchým prečítaním najväčšieho deficitu. Závisí od veľkosti deficitu v jednotlivých teplotných intervaloch a od počtu hodín, počas ktorých sa tieto podmienky vyskytnú. Veľký deficit pri zriedkavom návrhovom bode môže predstavovať menšiu sezónnu energiu než malý deficit, ktorý trvá dlho.

Ani hodiny s vonkajšou teplotou pod vypočítaným priesečníkom nie sú automaticky hodinami zopnutia záložného zdroja. Skutočné spínanie ovplyvňuje regulácia, časové oneskorenie, aktuálna teplota v dome, vnútorné a solárne zisky, tepelná zotrvačnosť, požiadavka na teplú vodu aj konkrétne prevádzkové obmedzenia zariadenia. Simulácia preto musí jasne uviesť, akú logiku predpokladá.

Elektrická spotreba je ešte ďalší krok. Pri elektrickom dohrevnom telese treba od tepla dodaného tepelným čerpadlom a záložným zdrojom oddeliť ročnú elektrickú spotrebu tepelného čerpadla a elektrického záložného zdroja osobitne. Ak zálohu tvorí kotol alebo iný zdroj s odlišnou energiou, treba samostatne rozlíšiť dodané teplo v kWh a príslušnú vstupnú energiu alebo množstvo paliva.

3. Čo je záložný alebo doplnkový zdroj

Záložný zdroj môže pomáhať tepelnému čerpadlu pri špičkovej potrebe, prevziať vykurovanie za hranicou jeho prevádzky alebo zabezpečiť teplo pri poruche. Tieto úlohy nie sú totožné a nemusia používať rovnakú regulačnú logiku. V rodinnom dome býva doplnkovým zdrojom elektrické teleso vo vnútornej jednotke, môže ním však byť aj existujúci kotol alebo iný zdroj tepla.

Pri monoenergetickej prevádzke využíva tepelné čerpadlo aj druhý zdroj rovnakú konečnú energiu, spravidla elektrinu. Pri bivalentnej paralelnej prevádzke tepelné čerpadlo a zdroj s inou vstupnou energiou pracujú v určitej oblasti súčasne. Pri bivalentnej alternatívnej prevádzke sa tepelné čerpadlo odstaví a potrebu prevezme druhý zdroj. Čiastočne paralelná prevádzka môže najprv oba zdroje kombinovať a po dosiahnutí prevádzkovej hranice ponechať v činnosti iba druhý zdroj.

Samotná prítomnosť záložného zdroja preto nie je známkou zlého návrhu. Rozhodujú jeho funkcia, dostupný výkon, podmienky spínania, predpokladané dodané teplo za sezónu a nároky na elektrické pripojenie alebo palivo. Návrh musí zároveň preveriť hydraulickú a teplotnú kompatibilitu zdrojov; napríklad kotol nesmie nevhodnou teplotou vody vytvoriť režim, v ktorom tepelné čerpadlo nemôže bezpečne pracovať.

Osobitne treba odlíšiť dohrev vykurovania od elektrického telesa určeného na dohriatie zásobníka teplej vody. Informácia, že zariadenie obsahuje špirálu, bez opisu jej účelu a regulácie nestačí.

4. Väčšie alebo menšie tepelné čerpadlo

Väčšie tepelné čerpadlo môže posunúť priesečník smerom k chladnejším podmienkam a znížiť potrebu záložného zdroja. Neznamená to však, že najväčšie dostupné zariadenie je automaticky najlepšou voľbou. Dôležitý je aj jeho minimálny modulovaný výkon, správanie pri čiastočnom zaťažení, hydraulika, elektrický príkon, cena a schopnosť sústavy odoberať dodávané teplo.

Ak je zariadenie vzhľadom na bežnú potrebu domu priveľké a nevie dostatočne znížiť výkon, môže častejšie cyklovať. Konkrétne riziko nemožno určiť iba z menovitého výkonu; treba poznať regulačný rozsah výrobku, objem a zapojenie sústavy aj prevádzkové podmienky domu.

Menšie zariadenie môže pracovať dlhšie a väčšiu časť roka v priaznivom rozsahu, no pri chladnejších podmienkach bude chýbajúci výkon väčší. Také riešenie môže byť technicky aj ekonomicky rozumné, ak simulácia preukáže obmedzený podiel záložného tepla a návrh zohľadní kapacitu elektrickej prípojky alebo druhého zdroja. Bez sezónneho výpočtu sa však iba presúva neistota z veľkosti tepelného čerpadla na neznámu prevádzku zálohy.

Správna otázka preto neznie „má tepelné čerpadlo pokryť všetko bez špirály?“, ale „aká kombinácia výkonu, modulácie a záložného zdroja dosiahne požadovaný komfort a prijateľnú spotrebu v podmienkach tohto domu?“ Odpoveď musí rešpektovať miestnu návrhovú vonkajšiu teplotu aj požadovanú teplotu vody.

5. Tbiv a TOL nie sú bodom vášho domu

V technických podkladoch výrobku sa môžu objaviť skratky Tbiv a TOL. Obe sú užitočné, ale ich význam nemožno bez ďalšieho preniesť na konkrétny dom.

Podľa európskeho výrobkového hodnotenia je Tbiv výrobcom deklarovaná vonkajšia teplota, pri ktorej sa deklarovaný výkon výrobku rovná čiastočnému zaťaženiu použitému v referenčnom sezónnom výpočte. Pod touto teplotou výpočet potrebuje dodatočný výkon. Referenčné zaťaženie, klíma a teplotná aplikácia však nie sú automaticky tepelnou stratou, lokalitou a vykurovacou sústavou vášho domu.

TOL je výrobcom deklarovaná prevádzková hranica. Pri zariadení vzduch – voda znamená vonkajšiu teplotu, pod ktorou výrobok v príslušnom hodnotení nedodáva vykurovací výkon. Nie je to údaj o tom, že zariadenie má tesne nad touto hranicou dostatočný výkon pre dom alebo priaznivý COP.

Pre konkrétny návrh preto treba výkonovú mapu zariadenia pri relevantnej teplote vody, krivku potreby domu a vysvetlenie regulácie. Samotné Tbiv alebo TOL tieto podklady nenahradia.

6. Čo má ukázať kvalitná simulácia

Použiteľná simulácia musí najprv transparentne uviesť vstupy. Patrí medzi ne tepelná strata alebo spôsob jej odhadu, miestna návrhová vonkajšia teplota, požadovaná vnútorná teplota, vykurovacia krivka, potrebná teplota vody, výkonové údaje konkrétneho zariadenia a predpokladaná regulačná logika. Príprava teplej vody má byť od vykurovania rozlíšená.

Výkonová časť má ukázať krivku potreby domu a dostupný vykurovací výkon tepelného čerpadla pri zodpovedajúcej teplote vody. Pri miestnej návrhovej vonkajšej teplote má osobitne uviesť potrebu domu v kW, výkon tepelného čerpadla v kW a chýbajúci výkon v kW spolu so zdrojom, ktorý ho doplní.

Sezónna časť má pracovať s teplotnými intervalmi a počtom hodín, nie iba s jedným návrhovým bodom. Výstup má rozlíšiť teplo dodané tepelným čerpadlom a záložným zdrojom v kWh. Pri elektrickej zálohe má uviesť ročnú elektrickú spotrebu tepelného čerpadla a elektrického záložného zdroja osobitne. Pri inom záložnom zdroji treba oddeliť dodané teplo od príslušnej vstupnej energie alebo paliva.

Výpočet má tiež pomenovať hranice a citlivosť výsledku: ktoré výkonové body boli namerané alebo deklarované, kde sa interpolovalo, ako sa zohľadnil pokles výkonu, odmrazovanie, cyklovanie a prevádzkové limity a čo sa pred realizáciou ešte overí. Výsledok bez týchto predpokladov môže pôsobiť presne, ale neumožňuje posúdiť, prečo záložný zdroj pracuje a či je jeho podiel prijateľný.

Pri čítaní výkonových a sezónnych údajov nadväzuje článok Prečo katalógový COP nestačí. Keď už máte konkrétny návrh, skontrolujte aj ako čítať cenovú ponuku na tepelné čerpadlo, aby boli výkon, záložný zdroj, regulácia a rozsah dodávky opísané za rovnakých podmienok. Ani simulácia, ani tento článok nenahrádzajú projekt alebo odborné posúdenie konkrétnej inštalácie.