Princip funkce tepelných čerpadel

Jak funguje tepelné čerpadlo

Princip funkce a základní parametry.

Tepelné čerpadlo je obecně stroj, které čerpá teplo z jednoho místa na jiné a přitom spotřebovává určitou práci. Z pohledu termodynamiky se jedná o obrácený Carnotův cyklus. Tepelné čerpadlo v komplexním pohledu je tedy např. i chladnička a klimatizace. V komerční sféře se ovšem pod pojmem tepelné čerpadlo rozumí zařízení určené převážně k vytápění.

Tepelná čerpadla odebírají teplo půdě, vodě nebo okolnímu vzduchu. Abychom toto teplo mohli použít pro vytápění, je nutné ho převést na vyšší teplotní hladinu kterou se ohřívá topná voda. Toto „převedení“ tepla do vyšší teplotní hladiny spotřebuje určitou energii. Vzájemný poměr dodaného tepla a spotřebované energie vyjadřuje základní, důležitý parametr tepelného čerpadla – topný faktor. Topný faktor je závislý na vstupní a výstupní teplotě. Obecně platí, že čím vyšší máme teplotu zdroje tím lépe, nesmí pouze přesnáhnou maximální teplotu daného tepeleného čerpadla. Topný faktor se u běžných komerčních výrobků pohybuje mezi hodnotami 2 – 5.

Rozdělení tepelných čerpadel.

Tepelné čerpadlo se označuje spojením dvou slov. První slovo znamená zdroj, odkud energii čerpáme a druhé slovo označuje teplosměnné médium.

V praxi lze nejčastěji narazit na systémy:

země / voda

Tento systém najde uplatnění všude tam kde je možné odebírání tepla z půdy. Základem je buď svislý nebo vodorovný kolektor a cirkulace nemrznoucí směsi. Svislý kolektor se používá v místech s malou rozlohou pozemku a je nutné provést vrt o hloubce 50 – 100m. Velmi zde tedy záleží na konkrétním umístění, podloží a ostatních geologických aspektech. Vodorovný podzemní kolektor se používá v místech s odpovídající rozlohou pozemku a není nutné tedy provádět hloubkový vrt.

Výhody

  • stabilní topný výkon
  • dlohodobá životnost
  • úspory až 70% nákladů
  • absolutně tichý chod

Nevýhody

  • vyšší investiční náklady (vrt)
  • pozemní práce (plošný kolektor)

voda/voda

Pro tento systém je přirodním zdrojem povrchová, podzemní nebo spodní voda. Ze zdroje (většinou ze studny) odebíráme vodu, necháme ji projít výměníkem tepelného čerpadla (výparníkem), který z ní odebere část tepla a zase ji vracíme zpět do země druhou (vsakovací) studnou. Vzdálenost mezi vrty by měla být minimálne 10m, nejlépe ve směru podzemních proudů zdrojová -> vsakovací studna.

Kdo má podmínky pro instalaci tohoto systémnu, dává většinou systému voda – voda přednost. Vybudování zdroje většinou totiž nebývá finančně náročné (většinou studna existuje).

Jde o neúčinnější typ tepelných čerpadel. Podzemní voda má totiž stálou průměrnou teplotu cca. 10°C, která se nemění s teplotními změnami na povrchu. Jde tedy o nejteplejší zdroj energie. Topný faktor se tedy pohybuje kolem čísla 6 a tzn., že vám tepelné čerpadlo voda-voda může přinést až 80% úspory.

Výhody

  • Vysoký topný faktor
  • Krátká doba návratnosti
  • Nižší pořizovací náklady

Nevýhody

  • Malý počet vhodných lokalit

vzduch / vzduch a vzduch / voda

V obou případech se získává teplo z okolního vzduchu a předává se přes výparník a kondenzátor do teplovodního topného okruhu objektu nebo se vzduchovým potrubím rozvádí po objektu. Nevýhodou je snížující se topný faktor se snižující se venkovní teplotou.

Výhody

  • poměr cena/výkon
  • univerzálně použitelné
  • jednoduchá instalace

Nevýhody

  • za silných mrazů nižší účinnost