Tepelná čerpadla země-voda v horských oblastech
Tepelná čerpadla země-voda jsou v současné době asi nejefektivnějším stabilním zdrojem tepla a chladu, který je dostupný široké veřejnosti. Tento zdroj stále nabírá na oblibě, a dokonce je i státem podporován, co se týče dotační politiky a tlaku na spotřeby energií v souvislosti s PENB u novostaveb. Dalším důvodem je i snaha o nezávislost na zemním plynu.
Specifickým prostředím, kde tento zdroj má rozhodně své místo, jsou horské oblasti. Klimatické podmínky na horách se značně liší od průměrných hodnot ve zbytku ČR, nemluvě o nížinách a „tepelných ostrovech“ v podobě velkoměst v nižších nadmořských výškách. Pojďme si tepelná čerpadla země-voda, jakožto zdroj energie v horských oblastech, blíže představit a také popsat všechna možná specifika jejich použití.
Zemní plošné kolektory
Zemní plošné kolektory odebírají energii ze svrchní vrstvy zemského povrhu (uložení cca 30 cm pod nezámrznou hloubkou) a odtud jímají více než 90 % veškeré energie. Doslova jen pár procent tvoří zisk z podloží daný naakumulovanou energií prostředí (slunce, déšť), prouděním spodních vod a geotermálním tepelným tokem.
Specifických okolností pro umístění kolektoru v horských oblastech může být hned několik:
- CHKO – je vhodné předem projednat rozsah vzhledem k rozsáhlejším zemním pracem. Horská krajina bývá často chráněna a stejně tak chráněny bývají i horské louky. Samotný kolektor louce nijak neuškodí, stavební záměr však může na určitou dobu vyhnat vzácné druhy hmyzu a poničit chráněnou květenu. Není to však vždy a všude. Je ale dobré s tím počítat.
- Proveditelnost výkopů – v horských oblastech bývají složitější podmínky, co se výkopových prací týče. Je třeba dopředu zjistit provedením více kontrolních sond, zda není v potřebné hloubce (cca 1,5m) již příliš „tvrdo“ na to, aby bylo ekonomické kolektor provádět. Stejně tak se zde mohou často pod zemí vyskytovat „bludné kameny“ (v hloubce např. 30 – 50 cm), které nevidíme a narazíme na ně až při výkopech kolektoru. Tyto kameny mohou být velké a vážit několik tun což realizaci zkomplikuje a prodraží. Výkopy v horských oblastech bývají o něco hlubší právě vzhledem k nižší nezámrzné hloubce. Umisťovat kolektor hlouběji než cca 1,5 – 1,6 m pod úroveň terénu ovšem není ku prospěchu věci – zejména vzhledem ke snížené možnosti přirozené regenerace sluncem a též k narůstajícím nákladům na zemní práce.
- Klimatické a hydrogeologické podmínky – klimatické podmínky mají zásadní vliv na fungování kolektoru. Vždyť v horských oblastech bývá zpravidla průměrná roční teplota vzduchu o 3 – 5 °C nižší než je tomu ve zbytku republiky. Vzhledem k tomu, že kolektor bere energii z teplotně ovlivněné vrstvy, je třeba při dimenzování brát na toto zřetel. Na druhou stranu ve prospěch zemního kolektoru hrají mnohem vyšší srážkové úhrny a větší množství podzemních vod regenerující prostředí, kde je kolektor uložen. Stejně tak se vyplatí kolektor umístit na osvětlenou/otevřenou část pozemku, kde se po zimě vyčerpaný kolektor mnohem rychleji regeneruje, než na severním svahu odkloněném od slunce. Zejména na horách, kde je zima dlouhá, mějme na paměti, že primární okruh nelze předimenzovat a čím větší výměník/kolektor uděláme, tím vyšší účinnost COP bude naše tepelné čerpadlo mít.
Geotermální vrty
Geotermální vrty na rozdíl od zemních plošných kolektorů odebírají maximum energie z horninového prostředí o hloubce cca 10 – 15 m (hranice sezónního teplotního ovlivnění) až cca 300 m – což je v dnešní době již reálně proveditelná hloubka vrtu i v horských oblastech.
I návrh vrtů v podmínkách hor s sebou nese řadu specifik:
- CHKO – pokud leží zájmová oblast v CHKO nebo jinak chráněné oblasti, je třeba se informovat na místně příslušném krajském úřadu, zda záměr nepodléhá zjišťovacímu řízení EIA podle §7 zák. č. 100/2001. Pokud ano, je třeba doplnit projektovou dokumentaci o tuto část a projednat ji se zástupci ŽP. Co se týče výkopových prací, tak zde je zásah oproti plošným kolektorům mizivý a nevýznamný.
- Proveditelnost vrtů – na horách bývá obvykle „tvrdo“ a tak je proveditelnost vrtů zpravidla dobrá. Není tomu ovšem vždy a všude, proto je třeba záměr dopředu konzultovat s hydrogeology a náležitě vyprojektovat.
- Klimatické a hydrogeologické podmínky – klimatické podmínky se u vrtů projeví zpravidla nižšími neovlivněnými teplotami horninového prostředí, které jsou dány tisíci lety nižších teplot a působících podnebních vlivů. Na druhou – pozitivní stranu co se týče jímání tepla bývají zastiženy zpravidla tvrdé horniny vykazující vysoké tepelné vodivosti, případně vydatnější dynamicky působící podzemní vody mající opět kladný vliv na jímání energie z vrtů.
Zemní vs. vzduchové tepelné čerpadlo na horách?
Vzhledem k mnohem chladnějšímu klimatu v horských oblastech, nabývá na hospodárnosti právě zdroj energie v podobě země. Pokud v níže položených oblastech bývá spotřeba elektřiny o 20 – 30 % nižší ve prospěch zemních tepelných čerpadel, v horských oblastech to může být až o 40 %. Čím je to dáno? Odpověď zde již jednou zazněla. Je to právě průměrnou roční teplotou, vlhkostí a délkou zimy v horských oblastech. Teplené čerpadlo vzduch-voda v horských oblastech musí pracovat se zimním, chladným vzduchem s menším energetickým potenciálem.
Jaké jsou tedy v horských oblastech výhody zemních TČ oproti vzduchovým?
- Mnohem nižší spotřeba elektrické energie při řádně nadimenzovaném zdroji (vrty/kolektor).
- Na rozdíl od vzduchových tepelných čerpadel je provoz zemních tepelných čerpadel naprosto tichý a nedochází tak k narušení klidu okolní přírody a sousedů.
- Prostorová nenáročnost a estetika– zemní tepelná čerpadla s vrty nebo kolektory nejsou vně objektu nijak vidět a nenarušují tím tradiční horskou atmosféru a kouzlo „starých časů“.
- Životnost a spolehlivost v řádech desítek let (u samotných vrtů/kolektoru defacto „na pořád“).
- V neposlední řadě má využití tepelných čerpadel země-voda v horských oblastech kladný vliv na snížení uhlíkové stopy – úspora až 40 % elektrické energie na provoz.
Jizerka v Jizerských horách je zářným příkladem využití TČ
Jednou ze známých horských oblastí v ČR, kde tepelná čerpadla země-voda odvádí již několik let dobrou službu jsou Jizerské hory s osadou Jizerka. Malebná osada Jizerka se rozprostírá na malé náhorní plošině v srdci Jizerských hor. Je známa zejména díky svému velmi chladnému klimatu, průměrná roční teplota na Jizerce dosahuje stěží 4 °C, ale v zimě zde mohou být teploty v noci i pod -30 °C.
Osada je obklopena krásnou a chráněnou přírodou. V důsledku toho jsou zde přísná omezení ohledně stavebních zásahů a územního plánování, aby byla zachována zdejší příroda a architektura. Pro stavební zásahy v osadě Jizerka platí přísná pravidla. Většina staveb zde musí být v souladu s místními stavebními předpisy. Zásahy do krajinného rázu, jako jsou například výstavba nových cest, parkovišť nebo turistických tras, jsou přísně regulovány a většinou vyžadují speciální povolení.
A co zemní tepelná čerpadla jako zdroj vytápění?
Tepelná čerpadla země – voda jsou samozřejmě optimálním zdrojem vytápění i v této oblasti a jsou tu četně a stále častěji aplikována. Zajišťují tak pohodlí a komfort pro návštěvníky a ekonomicky přijatelné náklady pro majitele penzionů i trvale žijící obyvatele a chalupáře za minimálního dopadu na životní prostředí.
Jednou z aktuálně probíhajících staveb v horské osadě Jizerka, kde budou využívána tepelná čerpadla s vrty pro vytápění a přípravu teplé vody, je podniková rekreační chata jedné liberecké stavební společnosti. Nasazena zde byla tepelná čerpadla značky Thermia v kombinaci s třemi geotermální vrty o hloubce cca 120 m. Nejde však o jedinou realizaci zde na Jizerce. Referencí je tu hned několik.
Proto až vyrazíte za sportem na běžky, kolo, nebo za turistikou sem do osady Jizerka, nezapomeňte se zeptat místních, jakým způsobem v zimě vytápí své roubenky a zda náhodou sami už nemají tepelné čerpadlo s vrty.