Jak funguje tepelné čerpadlo: Princip, typy a výhody

Ptáte se: „Jak funguje tepelné čerpadlo?“ Je to zařízení, které využívá principu přeměny tepla z okolního prostředí na teplo, jímž se vytápí prostory či ohřívá voda. Tato technologie umožňuje získávat teplo i z prostředí s nižší teplotou, než je teplota uvnitř domu.

Princip fungování tepelného čerpadla

Tepelné čerpadlo funguje na principu přenosu tepla z místa s nižší teplotou na místo s vyšší teplotou. Tepelné čerpadlo funguje jako uzavřený okruh, kde se teplo přenáší od zdroje k cíli pomocí cyklického procesu. Tento proces umožňuje tepelnému čerpadlu efektivně transferovat teplo z místa s nízkou teplotou na místo s vyšší teplotou.

Aby čerpadlo dokázalo přenést a maximálně využít tepelnou energii z venkovního prostředí, využívá k tomu speciální teplonosné médium (chladivo). Nejdříve chladivo projde výparníkem, kde absorbuje teplo z okolního prostředí. Chladivo se při nízké teplotě mění z kapalného na plynné skupenství a přebírá energii ze zdroje tepla.

Kompresor je srdcem tepelného čerpadla a zodpovídá za stlačení chladiva. Je-li chladivo stlačeno, zvýší se jeho teplota, což umožní přenos tepla z místa s nižší teplotou na místo s vyšší teplotou. V kondenzátoru předá chladivo teplo do vnitřního prostoru budovy. Chladivo v plynném stavu putuje do kompresoru, kde se zvýší tlak. Právě pro tuto fázi je potřeba dodat elektrickou energii, která pohání kompresor. Zvýšení tlaku zvýší také teplotu chladiva.

Horká pára nyní proudí do kondenzátoru, kde se ochlazuje a mění se zpět na kapalinu. K tomu dochází při sníženém tlaku, který je vytvořen v expanzním ventilu. Snížený tlak způsobí, že teplota odpařování chladiva klesne pod teplotu venkovního vzduchu.

Čtěte také: Uhelné elektrárny v Německu a emise

Tepelná čerpadla jsou zařízení, která na své primární straně odnímají teplo z jedné teplonosné látky (vody, vzduchu nebo země) s nižší teplotou a převádějí ho na své sekundární straně do jiné teplonosné látky (vzduch, voda) s vyšší teplotou. Proto mohou být využita pro vytápění a přípravu teplé vody, přestože na jejich primární straně je venkovní vzduch, země či voda s teplotami okolo nuly, v případě vzduchu i s významně podnulovými teplotami, a na sekundární straně dokážou připravit teplou vodu o teplotě 55 °C a vyšší.

K tomu, aby došlo k transportu tepelné energie z prostředí o nižší teplotě do prostředí s teplotou vyšší, tedy opačným směrem, než tento proces probíhá samovolně v přírodě, musíme dodat energii. Nejčastěji jde o elektrickou energii pro elektromotor pohánějící kompresor v tepelném čerpadle, případně plyn pro plynový motor, nebo tepelnou energii na podporu procesů probíhajících v sorpčním materiálu.

Typy tepelných čerpadel

Tepelná čerpadla se liší podle toho, jaká prostředí k přenosu tepla využívají. Celkem existují 4 typy tepelných čerpadel, přičemž tři z nich dodávají tepelnou energii otopné soustavě (radiátory, podlahové vytápění), která ji pak rozvádí po domě. Čtvrtý typ teplo v podobě ohřátého vzduchu „fouká“ napřímo do domácnosti bez pomoci otopné soustavy.

• Tepelné čerpadlo vzduch-vzduch: Je v podstatě každá klimatizace. Ta totiž získává teplo ze vzduchu v interiéru budovy a následně ho prostřednictvím chladicího média přenáší ven, kde ohřívá vzduch kolem budovy. Tímto způsobem klimatizace chladí vnitřek budov.
• Čerpadla vzduch-voda: Pracují na principu odebírání tepla z okolního vzduchu a přenášení jej do vnitřního prostoru budovy. Hodí se např. pro menší objekty a lze je snadno instalovat na venkovní stěnu budovy.
• Voda-voda tepelná čerpadla: Potřebují vodu jako zdroj tepla (nutný přístup ke zdroji vody) a jsou ideální pro větší objekty (bytové domy nebo průmyslové budovy). Voda se nasává ze studny nebo z jiného zdroje a pomocí čerpadla se přivádí do výměníku tepla a po ochlazení se vrací zpět do země.
• Tepelné čerpadlo typu země-voda: Odebírá teplotu ze země pomocí zemních kolektorů, plošných výměníků nebo vrtných sond.

V České republice vede u zákazníků tepelné čerpadlo vzduch-voda. Při porovnání veškerých plusů a mínusů představuje skvělou rovnováhu mezi výkonem, cenou a (ne)náročností technického řešení.

Výhody tepelných čerpadel

O tepelná čerpadla je v poslední době obrovský zájem. Jejich hlavními výhodami jsou:

Čtěte také: Nové Biotopy v Sokolovsku

• Nenáročnost na údržbu
• Bezpracnost (žádné uskladňování paliva, přikládání dřeva, ani čištění komínu)
• Stabilní výkon bez nežádoucích výkyvů teplot
• Možnost využívání chytrých funkcí a vzdáleného ovládání přes internet
• Nezávislost na uhlí a zemním plynu
• Nízké náklady na provoz (efektivní způsob, jak ušetřit za plyn i elektřinu)
• Ekologie - provoz bez produkce emisí
• Dotace na tepelná čerpadla - možnost snížit pořizovací náklady až o polovinu díky dotačnímu programu Nová zelená úsporám
• Design - čerpadlo se hodí i do menších prostorů a skrze estetický design zapadá téměř kamkoliv.

Energetická účinnost a topný faktor

V závislosti na konstrukci tepelného čerpadla, vlastnostech primárního zdroje tepelné energie ať již má přírodní nebo odpadní původ, a na rozdílu teplot, který musí tepelné čerpadlo překonat, se odvíjí velikost topného faktoru. Ten číselně udává poměr mezi využitelnou tepelnou energií na vytápění, přípravu teplé vody a pomocnou energií, kterou jsme museli tepelnému čerpadlu na jeho činnost dodat. Proto je topný faktor zásadním kritériem energetické efektivity tepelného čerpadla a z jeho velikosti v konkrétních provozních poměrech vyplývají náklady, které provozovatel za vytápění, přípravu teplé vody zaplatí.

Tepelné čerpadlo může pomoci zlepšit energetickou účinnost domácnosti a snížit náklady na vytápění tím, že si bere energii z okolí - vzduch, voda nebo země, která je obnovitelná a dostupná zdarma. Energetickou účinnost domácnosti rovněž zlepší kombinace s jinými technologiemi, jako jsou solární panely nebo rekuperace tepla z odpadní vody. Díky tomu se sníží spotřeba energie ze sítě a zvýší se tak celková účinnost vytápění a ohřevu vody v domácnosti.

Jedná se o typ vytápění s vůbec nejvyšší účinností, která za optimálních podmínek překračuje 300 %. Jak je to možné? Tepelné čerpadlo funguje na principu přenosu tepla z jednoho prostředí do druhého (v případě vytápění odebírají teplo z venkovního prostředí a dodávají ho do vytápěného objektu). Díky tomu, že tepelnou energii nemusí samo vyrábět, ale „pouze“ ji přenáší, je mimořádně energeticky úsporné. K provozu sice i tak potřebuje dodávku elektrického proudu, ale pouze k zajištění svého chodu (konkrétně pro provoz kompresoru).

Účinnost tepelného čerpadla není jedno pevně dané číslo. Mění se v závislosti na venkovní teplotě a liší se také podle toho, na jak vysokou teplotu potřebujete ohřívat topnou vodu. To, že je tepelné čerpadlo nejúčinnějším zdrojem tepla současnosti, je nezpochybnitelné (na druhé příčce stojí s velkým odstupem plynový kondenzační kotel s maximální účinností „jen“ 110 %; ostatní typy vytápění nepřesáhnou 100 %).

Vysoká účinnost čerpadla však neznamená, že je jeho provoz ze všech zdrojů tepla také nejlevnější. Proto je třeba před případným přechodem na tepelné čerpadlo důkladně propočítat, jak se změní vaše očekávané náklady na vytápění. Důležité je mít od přechodu na tepelné čerpadlo realistická očekávání - ne vždy ušetříte na provozních nákladech: náklady na vytápění výrazně snížíte, pokud přecházíte z elektrokotle (až o ⅔) nebo z klasického atmosférického kotle (až o ½).

Čtěte také: Článek o uhelných elektrárnách

Základní komponenty tepelného čerpadla

Základní komponenty tepelného čerpadla jsou:

• Výparník
• Kompresor
• Kondenzátor
• Expanzní ventil

Poměr získané tepelné energie a dodané hnací energie se nazývá topný faktor (COP - Coefficient of Performance). Jinými slovy topný faktor udává, kolikrát více energie získáme při určitém množství dodané hnací energie. Čím je vyšší, tím je provoz TČ ekonomičtější. V praxi se hodnota topného faktoru pohybuje v rozmezí od 2,5 do 5. Z logiky věci dále vyplývá, že se nejedná o veličinu, která by byla pro danou instalaci TČ konstantní. Hodnota topného faktoru se v průběhu roku mění v závislosti na podmínkách, ve kterých TČ pracuje.

Přehled typů tepelných čerpadel, jejich výhody a nevýhody

Následující tabulka shrnuje různé typy tepelných čerpadel, jejich výhody a nevýhody:

tags: #uhelne #cerpadlo #princip #fungovani

Oblíbené příspěvky:

• Benzo[a]pyren ve Žďáru nad Sázavou
• Tipy na výlet do přírody v ČR
• Iva Pazderková: Cesta k fitness
• Udržitelné dětské hřiště v JMK
• Aktuality z AOPK ČR