Tepelná čerpadla jsou moderní, stále oblíbenější zdroj tepla i chladu a jejich prodej rok od roku stoupá. Využití nacházejí nejen u malých staveb typu rodinného domku, ale stále častěji i u velkých administrativních, nákupních, skladových, průmyslových a jiných objektů. Je vhodné tepelná čerpadla navrhovat i jako zdroj tepla pro bazény a wellness centra? Podívejme se na toto téma detailněji.
Tepelné čerpadlo je tepelný stroj, jenž odnímá teplo z okolního prostředí a převádí je na vyšší teplotní úroveň. Takto vyrobené teplo lze následně využít pro ohřev topné vody. Princip fungování je podobný jako u dobře známé chladničky, s tím rozdílem, že u tepelného čerpadla častěji využíváme „teplou část“ chladivového okruhu. Pojmem okolní prostředí je myšlen venkovní vzduch, země, případně podzemní a povrchová voda. S ohledem na to, odkud tepelné čerpadlo energii získává, rozlišujeme čerpadla typu země–voda, vzduch–voda a voda–voda. Vzhledem k hydrogeologickým podmínkám v ČR je využití typu voda–voda v potřebných výkonech pro bazénové haly značně omezeno, a článek je proto zaměřen na zbylé dva systémy.
Stejně jako u jiných provozů i v bazénových halách a wellness centrech je nutné zajistit náležité tepelně-vlhkostní mikroklima, a to nejen pro pocit pohody návštěvníků, ale také s ohledem na nebezpečí vzniku plísní, degradaci konstrukcí aj. Pro plavecké bazény a wellness centra je typická vyšší teplota vnitřního prostředí a vysoká relativní vlhkost vzduchu, která je důsledkem odpařování z vodní hladiny, mokrých osob, podlah a zařízení. Běžné teploty vzduchu v bazénových halách se pohybují okolo 30 °C, teplota vody bývá o 2 až 3 °C nižší. Tepelnou pohodu obstarává nejčastěji vzduchotechnika, která kromě pokrytí tepelných ztrát zajišťuje odvod vodních par a brání jejich kondenzaci na skleněných plochách. Pro pokrytí tepelných ztrát lze použít i topná tělesa či konvektory, ty se však pro nutnost antikorozních úprav nedoporučují. Podlahové vytápění v bazénových halách je používáno obvykle jako komfortní zařízení pro ohřev nášlapné vrstvy, s ohledem na plochu a nutnou teplotu v hale ale celkovou tepelnou ztrátu takový systém není schopen pokrýt. Nejvyšší náklady na provoz bazénové haly jsou ovšem spjaty s ohřevem bazénové vody. Tu ochlazuje proudící vzduch i dno a stěny bazénu, a proto je nutné ohřívat ji celý rok; v celkových provozních nákladech pak hraje cena tepla významnou roli.
I u bazénů se nabízí moderní způsob vytápění a ohřevu pomocí tepelných čerpadel. Vzhledem k vysokým nárokům na dodávku tepla během celého roku je vhodné využití tepelných čerpadel země–voda s hloubkovými geotermálními vrty, které jsou pro tento typ nejvýkonnějším zdrojem energie. Systém se vždy skládá z technologie tepelného čerpadla, geotermálních vrtů s hloubkou nejčastěji 100–150 m a potrubního vedení pro sloučení, hydraulické vyvážení a propojení s tepelným čerpadlem. Takovou soustavu lze při správném návrhu využívat celoročně jako velmi efektivní zdroj tepla pro vytápění, vzduchotechniku i ohřev vody. Návrh je nutné provádět nejen dle požadavků na výkon, ale i s ohledem na primární okruh tepelných čerpadel – geotermálních vrtů. Na straně primárního okruhu je třeba brát v úvahu hlavně uvažované dodávky tepla včetně jejich rozdělení v rámci roku. Pokud bychom vrty navrhovali pouze dle výkonu tepelného čerpadla a nebrali v potaz odlišnosti provozu (např. od bytového domu), mohlo by se snadno stát, že bude systém poddimenzován, vrty vymraženy a celý investiční záměr zmařen.
Vlivem značných nároků na dodávku tepla tak pro objekty bazénových hal a wellness center vychází počet i hloubky vrtů zpravidla vždy větší, než je tomu v sektoru administrativních či bytových staveb. Geotermální vrty se v dnešní době běžně umisťují i pod samotné objekty bazénových hal, čímž značně snižují požadavky na velikost pozemku potřebnou pro stavbu. Výhodou správně dimenzovaného systému země–voda s geotermálními vrty jsou jednoznačně jeho téměř konstantní výkon a účinnost v průběhu celého roku. Nevýhodou mohou být vyšší investiční náklady spjaté s potřebou většího počtu vrtů.
Dalším systémem jsou tepelná čerpadla vzduch–voda, která bývají umístěna na střeše objektu (při kompaktním provedení), nebo jsou venku umístěny pouze kondenzační jednotky (při splitovém provedení). Jak už název napovídá, soustava čerpá energii z venkovního vzduchu, a tak je logické, že vzhledem ke změnám venkovních teplot nejsou jejich výkon a účinnost konstantní. Tento systém je nejvýhodnější provozovat v období od jara do podzimu, kdy teplota vzduchu neklesá pod zhruba 5 °C. Při nižších teplotách už účinnost tepelných čerpadel značně klesá a dochází k námrazám, které v celoročním hodnocení významně snižují účinnost systémů.
Vzduchová a zemní tepelná čerpadla si často konkurují a dochází k jejich srovnávání s ohledem na popsané výhody a nevýhody. V provozu bazénových hal a wellness se však vzhledem ke značné celoroční potřebě tepla nabízí možnost kombinace obou typů. Správný návrh povede k zajištění maximálně efektivního provozu v průběhu celého roku s ohledem na prostorové požadavky a investiční náklady. Systém zemních tepelných čerpadel s geotermálními vrty je vhodné navrhnout pro pokrytí plného výkonu v období od listopadu do března, kdy jsou energetické požadavky nejvyšší. Vzduchová tepelná čerpadla naopak pokryjí letní měsíce, kdy je jejich účinnost velmi vysoká a nehrozí energetické ztráty spjaté s jejich namrzáním. V letním období vrtné pole není zatíženo a regeneruje se tak, abychom jej v zimě mohli znova vytížit. Možnou výhodou vrtů je i jejich letní využití k pasivnímu chlazení, kterým za pouhou cenu oběhových prací získáme velké množství chladu pro zvýšení komfortu návštěvníků. Kombinací obou systémů značně snížíme metráž navržených vrtů a celek bude investičně mnohem levnější. Pro ekonomické vyhodnocení investičního záměru je vždy vhodné provést studii proveditelnosti, která dané varianty vyhodnotí s ohledem na konkrétní podmínky provozu, jako jsou velikost objektu, lokalita, doba provozu, přidružené provozy apod.
Při projektování systému tepelných čerpadel je vždy nutné brát ohled na jejich specifika. Aby soustava pracovala co nejefektivněji, je vhodné zajistit optimální pracovní teploty, a to jak na straně zdroje tepla (vzduch, země), tak na straně dodávky tepla. Pro zajištění nejvyšších účinností je vhodné uvažovat s maximálními výstupními teplotami okolo 45 °C, kdy jsou tepelná čerpadla schopna pracovat s účinností COP dosahující až hodnoty 4,0. S tím samozřejmě souvisí i návrh celé otopné soustavy ve smyslu velikosti výměníků pro vzduchotechniku, ohřev bazénové vody apod. Specifikem bazénových hal je také velké množství teplé odpadní vody, kterou je možné energeticky využít – vychladit před jejím definitivním odvedením do systému kanalizace. I tak lze zvýšit účinnost tepelných čerpadel. Bazénové haly a wellness provozy jsou energeticky značně náročné stavby, ve kterých je cena za teplo jedním z rozhodujících faktorů vzhledem k jejich hospodárnému užívání. Aplikací tepelných čerpadel jsme schopni značně snížit každoroční provozní náklady a zároveň zvýšíme tržní hodnotu nemovitosti.
