Tepelná čerpadla

Co je to tepelné čerpadlo?

Tepelné čerpadlo pracuje na stejném principu jako chladnička. Ta odebírá teplo potravinám (chladí) a v zadní části lednice topí. Stejně pracuje tepelné čerpadlo, ale s mnohem větším výkonem. Odebírá teplo venkovnímu prostředí (vodě, vzduchu nebo zemi) a v domě pomocí radiátorů nebo podlahového vytápění topí. Jedná se tedy o topný systém využívající obnovitelné zdroje energie.

Podle toho odkud čerpáme tepelnou energii, rozlišujeme tepelná čerpadla na systémy země-voda (plošný kolektor nebo hlubinný vrt), vzduch-voda (odběr tepla z okolního vzduchu) a voda-voda (např. přečerpávání spodní vody ze studny). Poslední způsob se u nás prakticky nevyužívá - má příliš vysoký požadavek na intenzitu přítoku vody do studny.

Nejběžnějším systémem u nás z hlediska poměru cena/výkon je systém voda-vzduch. V případě tohoto systému je vnější jednotkou (výparníkem s ventilátorem) umístěnou venku nasáván vzduch, ze kterého je odebírána tepelná energie a zpětně je tento vzduch (ochlazený) vháněn do venkovního prostoru. Vnitřní jednotka, umístěná v objektu, zabezpečuje ohřev topné vody.

Jsou v ČR na tepelné čerpadlo dobré klimatické podmínky?

V České republice jsou pro tepelná čerpadla typu vzduch-voda ideální klimatické podmínky. Vzhledem k průměrné teplotě vzduchu během topné sezóny min. +3 °C a schopnosti úsporně vytápět i při venkovní teplotě až -25 °C, je jejich průměrný výkon stejný jako u systému země-voda, jejichž realizace je technicky mnohem náročnější a tedy i podstatně dražší. Vzduch je jako zdroj tepla nejdostupnější a z ekologického hlediska nejvýhodnější.

Co je to "topný faktor"?

Jelikož teplo odebrané zvenku nemůže samo od sebe přecházet z chladnějšího na teplejší těleso (druhý hlavní zákon nauky o teple), musí TČ převádět přijatou tepelnou energii z okolí na teplotní hladinu potřebnou k vytápění a přípravu teplé užitkové vody.

Toto je prováděno za pomoci kompresoru, který ke svému provozu potřebuje elektrickou energii. Tepelný výkon na výstupu TČ tedy nezískáváme úplně zadarmo, ale ve výsledku získáme součet energie odebrané z vnějšího prostředí a elektrické energie dodané pro pohon kompresoru.

Poměr mezi elektrickou energií, která je TČ spotřebována (příkon), a dodanou tepelnou energií (topný výkon) se nazývá topný faktor (anglicky COP), který je ukazatelem účinnosti TČ. Čím vyšší je topný faktor, tím více nám TČ dokáže uspořit.

4 základní části tepelného čerpadla

• výparník
• kondenzátor
• kompresor
• expanzní ventil

Okruh TČ je naplněn kapalinou s nízkým bodem varu, kterou nazýváme pracovním médiem. Pracovní médium (chladivo) hraje ve fungování TČ význačnou roli. Nízkopotenciální teplo vnějšího prostředí je za pomoci pracovního teplonosného média odebíráno z výparníku a přiváděno do kompresoru. Kompresor tedy nasává pracovní médium z výparníku, v němž nastává podtlak, médium se vypařuje, k čemuž spotřebovává výparné teplo ze zdroje. Páry teplonosného média jsou v kompresoru stlačeny, tím se zvýší tlak, páry se ohřejí a vhání se do kondenzátoru. Zde páry předají výparné teplo topné vodě, a tím zkondenzují.

Zkapalněné médium pak protéká expanzním ventilem, expanduje, čímž ztrácí tlak, a výrazně se ochlazuje. Protože je pracovní médium chladnější než nízkopotencionální zdroj tepla, odčerpává z něho teplo, a cyklus se znovu opakuje ve směru výparník, kompresor, kondenzátor, expanzní ventil.