Tepelná čerpadla

Tepelná čerpadla jsou ekonomická a ekologická zařízení, která využívají energii okolního prostředí a přeměňují ji na teplo používané k vytápění budov a ohřevu vody. Ve vyspělých zemích jsou praktickým nástrojem k řešení energetických problémů i problémů životního prostředí. Tepelné čerpadlo odebírá nízkopotenciální energii vodě (povrchová, spodní, odpadní), vzduchu (okolní, odpadní) nebo země (prostřednictvím nemrznoucí kapaliny obíhající v uzavřeném kolektoru) a na termodynamickém principu ji mění v potřebné a využitelné teplo, které se pak rozvádí vodou nebo vzduchem. Podle konkrétních podmínek uživatele je možno dodat a instalovat tepelná čerpadla s různými kombinacemi vstupní a výstupní energie, tzn. tepelná čerpadla typu voda (země)/voda, vzduch/voda, voda/vzduch nebo vzduch/vzduch.

Princip práce tepelného čerpadla

Tepelná čerpadla fungují na principu opačné chladničky - ochlazují vnější prostor (odebírají mu teplo) a vytápí prostor vnitřní. Toto teplo však ještě převádí (přečerpávají) z nízkých teplot na vyšší - např. tepelné čerpadlo typu země-voda ochladí půdu kolem budovy z 10° C na 5° C a toto získané teplo využije na zvýšení teploty vnitřního vytápěcího systému ze 40° C na 45° C.

Tepelná čerpadla. využívají tzv. teplý okruh, tzn. že motorkompresor stlačí pracovní medium - chladivo, které tak získá teplo, které ve výměníku kondenzátoru předá vodě ( nebo vzduchu ) pro vytápění a ohřev užitkové vody. Poté redukční ventil podstatně sníží tlak pracovního media.Tím se zároveň prudce sníží jeho teplota. K jejímu opětovnému zvýšení se v dalším výměníku - výparníku využije již vzpomenutá energie okolního prostředí ( vzduch, voda, země ) a tento cyklus se opakuje. Pomocí reverzního ventilu, který je mnohdy součástí tepelného čerpadla, je možno kromě topení využít i chlazení.

Zdroje nízkopotencinální energie
pro tepelné čerpadlo

• Vzduch - Tepelná čerpadla vzduch/vzduch nebo vzduch/voda odebírají tepelnou energii většinou venkovnímu vzduchu, v některých. případech i do -23°C. Vzhledem k příznivému poměru cena/výkon, patří k nejpoužívanějším zejména v bytové zástavbě a v aplikacíách pro vytápění rodinných domků.
• Voda - Zde tepelná čerpadla voda/voda nebo voda/vzduch převážně využívají povrchové nebo spodní vody. Přitom zvláště spodní voda je pro své příznivé stabilní teploty a malou závislost na venkovní teplotě velmi vhodná pro tepelná čerpadla. V tomto případě jde nejčastěji o dvě studny ve vzdálenosti min. cca 15 m, kdy z jedné se čerpá voda o určitém průtoku, tato voda nám ve výměníku - výparníku odevzdá požadovanou energii - ochladí se a poté se vrací do druhé studny.
• Země - V tomto případě odebírá tepelné čerpadlo energii z nemrznoucí kapaliny, která průchodem uzavřeného plastového kolektoru v zemi opět tuto energii získá. Tyto kolektory můžeme uložit plošně do rýh nebo do vrtů.

Výstupní energie z tepelného čerpadla

• Voda - Při tomto způsobu topení lze využít klasického radiátorového topného okruhu nebo pro tepelné čerpadlo velmi vhodného podlahového topení.

TČ tvoří:

Tepelné čerpadlo tvoří dvě části - venkovní část - výparník odebírající tepelnou energii zdroji tepla (vzduch, země, voda) a vnitřní část - kompresor, tepelný výměník a regulace tepelného čerpadla. Díky tepelné energii získané z přírodních zdrojů spotřebovává tepelné čerpadlo jen cca 1/3 vnější elektrické energie - díky tomu zaujímají tepelná čerpadla přední místo v ekologickém a alternativním vytápění.

Topný faktor

Poměr, kterým tepelné čerpadlo přečerpá více tepla, než spotřebuje elektrické energie se udává tzv. topným faktorem, zkráceně TF - např. TF 3 znamená, že tepelné čerpadlo "přečerpá" třikrát více tepla, než spotřebuje elektrické energie.

Dimenzování výkonu

Výkon tepelného čerpadla se zpravidla navrhuje tak, aby tepelné čerpadlo krylo tepelnou potřebu objektu do určité venkovní teploty - např. -12° C. Tato určená teplota se nazývá teplota bivalence, při jejímž dosažení je zapnut bivaletní zdroj, který do topného systému dodává potřebnou tepelnou energii nad výkon tepelného čerpadla.

Poddimenzováním tepelného čerpadla omezíme četnost startů kompresoru, díky čemuž se zvýší životnost nejen tohoto kompresoru, ale i celého systému. Také lze díky poddimenzování tepelného čerpadla použít menší venkovní zdroje (výparník, vrty, kolektory).

Bivalentní zdroj

Bivalentním (přídavným) zdrojem tepla může být elektrokotel, kotel na zemní plyn, dřevoplyn, LTO, propan - lze také použít přímotopných tyčí v akumulační nádrži (tuto variantu je nutno avizovat předem, neboť přímotopné tyče jsou do akumulační nádrže instalovány již při výrobě.)

Výhodou renovace současného topného systému pomocí tepelného čerpadla je to, že coby bivalentní zdroj lze použít stávající zdroj tepla.