Jít na vyhledávání

Tepelná čerpadla

Výklad

 

Instalace tepelného čerpadla vzduch/voda je rozumným, komfortním a efektivním řešením vytápění rodinných domů (Zdroj: © JPC-PROD / stock.adobe.com)

Instalace tepelného čerpadla vzduch/voda je rozumným, komfortním a efektivním řešením vytápění rodinných domů

Tepelné čerpadlo je perspektivní a stále častější volba pro vytápění domů i bytů. Může využívat energii odpadního tepla nebo jen všudypřítomné entropické teplo okolního prostředí. Jeho největší výhodou je uživatelský komfort. Během roku nevyžaduje systém žádnou údržbu a odpadá také starost o nákup a skladování paliva, jako je tomu u konvenčních kotlů. K nevýhodám lze přičíst závislost na dodávce elektrické energie a vyšší hlučnost, ale také vyšší pořizovací náklady.

Obecně lze říci, že tepelné čerpadlo je stroj, který čerpá teplo z jednoho místa do druhého vynaložením vnější práce. Na tomto více než sto let známém principu pracuje například lednička nebo klimatizace. Nejčastějším typem je kompresorové čerpadlo, které pracuje na principu obráceného Carnotova cyklu. Kompresor je poháněný elektromotorem.

Uvnitř tepelného čerpadla se nachází 4 základní části – výparník, kompresor, kondenzátor a expanzní ventil (Zdroj: © Дарина Федосенко / stock.adobe.com)

Uvnitř tepelného čerpadla se nachází 4 základní části – výparník, kompresor, kondenzátor a expanzní ventil

Systém tepelného čerpadla se skládá ze čtyř základních částí, kterými postupně proudí teplonosné médium. Jsou to výparník, kompresor, kondenzátor a expanzní ventil. Pracovní látkou (chladivem, zprostředkovávajícím přenos tepla v okruhu) je většinou plyn s nízkou teplotou vypařování a kondenzace.

Do výparníku vstupuje pracovní látka v kapalném stavu a s nízkým tlakem. Vlivem tepla přijatého z venkovního prostředí při relativně nízké teplotě se látka odpaří (změní své skupenství) a její páry jsou nasávány kompresorem. Prací kompresoru je látka prudce stlačena, přičemž se díky fyzikálnímu principu komprese zvýší její teplota. Nízkopotenciální teplo z výparníku se tak dostane na vyšší teplotní úroveň řádu několika desítek stupňů Celsia. Ohřáté chladivo je následně tlačeno kompresorem do kondenzátoru – druhého tepelného výměníku, kde se dostává do styku s chladnější topnou nebo užitkovou vodou. Vlivem ochlazení pracovní látka v kondenzátoru opět kondenzuje na kapalinu. Uvolněné kondenzační teplo je předáno užitkové vodě. Z kondenzátoru putuje kapalná pracovní látka do expanzního ventilu, kde se vlivem expanze prudce ochladí a sníží se její tlak. S výchozími parametry opět vstupuje do výparníku, kde je připravena přijímat další nízkopotenciální teplo z okolního prostředí. Celý proces se cyklicky opakuje.

Nejtypičtější částí tepelného čerpadla vzduch/voda je pomaluběžný ventilátor, zajišťující proudění vzduchu přes velkoplošný výparník (Zdroj: © Calek / stock.adobe.com)

Nejtypičtější částí tepelného čerpadla vzduch/voda je pomaluběžný ventilátor, zajišťující proudění vzduchu přes velkoplošný výparník

Tepelné čerpadlo vlastně funguje jako násobitel energie. Poměr mezi výstupním tepelným výkonem a vstupním příkonem (například elektromotoru pohánějícího kompresor) určuje základní charakteristiku tepelného čerpadla – topný faktor. Pokud je například roven třem, tak z každé kWh přivedené energie získáme v čerpadle trojnásobek energie tepelné. Topný faktor není konstantní veličina, ale závisí na konstrukci čerpadla a především na aktuálních parametrech zdroje nízkopotenciálního tepla (okolí) a parametrech topné soustavy.

Z hlediska prostředí, odkud kam je teplo čerpáno a teplosměnného média, rozlišujeme čtyři základní druhy tepelných čerpadel:

Model rodinného domu se systémem vytápění pomocí tepelného čerpadla s horizontálním plošným zemním kolektorem (Zdroj: © Studio Harmony / stock.adobe.com)

Model rodinného domu se systémem vytápění pomocí tepelného čerpadla s horizontálním plošným zemním kolektorem

Země/voda

Toto čerpadlo je založeno na poměrně stálé teplotě půdy v nezámrzné hloubce, která je přibližně 4 °C. Teplo lze ze země odebírat buď horizontálním plošným kolektorem (obvykle 1,5–2 m pod povrchem země) nebo z vertikálního vrtu. Na jeden kW výkonu čerpadla je potřeba cca 30 čtverečních metrů pozemku nebo asi 12 m vrtu. Běžná hloubka jednoho vertikálního vrtu je 100–150 m. V případě horizontálního plošného kolektoru (systém polyetylenových trubek) je ze země odebíráno teplo do primárního uzavřeného okruhu. V tomto okruhu obíhá nemrznoucí kapalina o nízké teplotě varu. V prvním výměníku předá svou teplotu plynnému médiu, plyn se stlačí pomocí kompresoru a tím se zahřeje a své teplo předá vodě v topném okruhu.

Nejekonomičtější varianta tepelného čerpadla vzduch/voda ohřívá vodu teplem, které odebírá okolnímu vzduchu (Zdroj: © Studio Harmony / stock.adobe.com)

Nejekonomičtější varianta tepelného čerpadla vzduch/voda ohřívá vodu teplem, které odebírá okolnímu vzduchu

Vzduch/voda

Teplo je odebíráno ze vzduchu proudícího přes výparník. Základem je čerpadlo vzduch/vzduch (klimatizace), které je doplněno hydroboxem pro předání získaného tepla do topné vody. Toto řešení se považuje za nejekonomičtější, i když je topný faktor tepelného čerpadla ve větší míře závislý na venkovních teplotách vzduchu. Jednotky vzduch/voda pracují do teploty venkovního vzduchu až −20 °C. Na hodinu vytápění je spotřebováno dva až tři tisíce metrů krychlových vzduchu, proto se tyto jednotky instalují venku, kde je jeho přísun neomezený.

Nejjednodušší tepelné čerpadlo vzduch/vzduch bývá součástí teplovzdušného vytápění budov (Zdroj: © Brebca / stock.adobe.com)

Nejjednodušší tepelné čerpadlo vzduch/vzduch bývá součástí teplovzdušného vytápění budov

Voda/voda

Toto čerpadlo se u nás používá jen výjimečně. Využívá rozdílu teplot dvou studní: čerpací a vsakovací. Teplejší voda z čerpací studny se přes výparník čerpadla, ve kterém odevzdá část tepla, převádí do druhé vsakovací studny. Teplota vody v deset metrů hluboké studně je po celý rok konstantní, mezi 10 a 12 °C. Při provozu tepelného čerpadla je nutné kontrolovat, aby nedošlo k vyčerpání studny.

Vzduch/vzduch

Tento systém se typicky využívá při konstrukci klimatizací. Ta v zimě může pracovat v reverzním režimu a vzduch uvnitř bytu nebo budovy ohřívat. Systémy vzduch/vzduch jsou ze všech čerpadel nejlevnější a nepotřebují vnitřní teplovodní rozvod.

V moderních technologických procesech se nezřídka využívají efektivní tepelná čerpadla přinášející dvojí užitek. Na jedné straně ochlazují technologická média a získané teplo čerpají na vyšší teplotní hladinu, aby se mohlo použít na ohřev jiného média. Nahrazují tak samostatné chladicí a topné technologické jednotky a přitom spotřebovávají jen malou část elektrické energie k pohonu kompresoru (kombinovaný topný faktor dosahuje 10).

Spojením samostatných topných a chladicích jednotek vznikají kombinovaná tepelná čerpadla se schopností vyrobit z 1 kW elektřiny až 10 kW tepla a chladu (Zdroj: © Studio Harmony / stock.adobe.com)

Spojením samostatných topných a chladicích jednotek vznikají kombinovaná tepelná čerpadla se schopností vyrobit z 1 kW elektřiny až 10 kW tepla a chladu

Vrátit se nahoru
detail