Ukradené teplo

Tepelná čerpadla jsou stále populárnějším zařízením využívaným pro alternativní vytápění. Jsou poháněna elektřinou a pro vytápění umějí využívat nízkopotenciální teplo, tedy teplo z našeho okolí. Fungují jednoduše – jako obrácená lednička. Z vnějšího prostředí (půda, voda apod.) odebírají teplo a dodávají ho do domu či bytu.

Využívání nízkopotenciálního geotermálního tepla má však i svá úskalí. Při použití zemních kolektorů nebo mělkých blízkých vrtů tepelné čerpadlo odebere poměrně velký tepelný příkon, tedy ovlivní podstatně větší prostor, než jaká je plocha kolektoru. Využívání tepelných čerpadel pro vytápění domů nebo ohřívání užitkové vody ještě není v současnosti do té míry rozšířené, aby ze vzájemného ovlivnění odběru geotermální energie sousedícími subjekty vznikl nepřekonatelný problém. Nicméně problém to je a je zajímavé, podívat se na něj s předstihem.

Nad kolektorem přichází jaro později
V okolí kolektoru dochází k velkému podchlazení půdy. V zahradě, v níž byl pod úroveň terénu zabudován kolektor tepelného čerpadla, bývá nástup vegetace o dva měsíce opožděn. Je zde tedy takřka nemožné pěstovat např. zeleninu. Soused, který vybuduje zemní kolektor až ke hranicím svého pozemku, ovlivní podstatně pěstební podmínky i v širším okolí. Když si vybudují zemní kolektory dva sousedi blízko u sebe, může dojít ke zklamání nad nedostatečnou tepelnou kapacitou a tedy nedostatečnou funkcí tepelného čerpadla, nebo ke „stržení“ tepla podobně, jako může nastat ztráta vody ve studni při vyvrtání jiné v její blízkosti.

Co můžeme od tepelného čerpadla u nás čekat
Zemní kolektor pro tepelné čerpadlo se v našich podmínkách umísťuje do hloubky 0,5 až 3 metry a odebírá cca 10 W/m². Plošné tepelné zatížení je stokrát větší, než střední geotermální tepelný tok! Stahuje tedy teplo z mnohem většího prostoru. Odběr tepla je v průběhu sezóny nerovnoměrný – vzniká prostorové nestacionární vedení tepla. Pomocí rovnic pro vedení tepla v tuhých tělesech jde spočítat plochu, která musí být k dispozici pro tepelné čerpadlo s určitým výkonem (viz tabulka 1).

Co ukázal výzkum
Z měření a simulací (analýzy se dělaly zejména ve Švýcarsku, které je v počtu tepelných čerpadel na obyvatele světovým lídrem) vyplývá, že

1. v prvních letech provozu odebírá tepelné čerpadlo teplo akumulované v okolní hornině


2. v létě nestačí tepelné toky v půdě odebrané teplo nahradit a proto teplota okolí klesá


3. pokles teploty v okolí kolektoru snižuje teplotu v okruhu tepelného čerpadla


4. odběrem tepla je ovlivňováno stále širší okolí


5. po několika letech provozu dojde k ustálenému stavu, ale podmínky pro odběr geotermálního tepla jsou podstatně horší než v prvních letech provozu.

---

Průměrný geotermální tepelný tok je 62,8 mW/m² a na jednotlivých místech na Zemi se velmi liší (Afrika – 50,23 mW/m², Asie – 62,35; Austrálie – 67,81; Evropa – 49,81; Severní Amerika – 59,81 mW/m²). Nejčastěji se pohybuje mezi 30 – 120 mW/m². Geotermální energii je výhodné využívat v oblastech, kde vysokoteplotní zdroje (nejlépe v souvislosti s výskytem horkou vodou) vyvěrají na povrch, jako je tomu např. na Islandu, v Itálii, nebo na Azorech. Jde o oblasti s tektonickou činností, geologicky mladé, nejnižší geotermální toky jsou na starých pevninských štítech.

Tepelná čerpadla je možné využívat i v místech s relativně nízkým geotermálním tepelným tokem. Stav v některých místech naší republiky ukazuje tabulka. Nejchladnější jsou jižní Čechy (průměrně 50 mW/m²), nejteplejší Podkrušnohoří (cca 100 mW/m²), a dále hranice mezi Českým masivem a Karpaty od Vsetína po Hodonín a místa na Ostravsku a Litoměřicku. S hloubkou teplota stoupá.

Zdroj:

• J. Kadrnožka: Limity při využívání geotermální energie tepelnými čerpadly, Energetika 6/2008, str. 192 – 195.

Další zdroje:

• P. Čížek: Jak geologické poměry ovlivňují provoz tepelných čerpadel, Alternativní energie 4/2004, str. 14 – 15.


• M. Hadrová: Geotermální energie a její využití, UÚG Praha, 1981


• J. Petrák: Tepelná čerpadla, ČVUT Praha, 2004

O tepelném čerpadlu již psal Třípól – viz: http://www.3pol.cz/index.asp?clanek&view&31