Tepelné čerpadlo

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání

Tepelné čerpadlo je stroj, který čerpá teplo z jednoho místa na jiné vynaložením vnější práce. Obvykle je to z chladnějšího místa na teplejší.

Princip tepelného čerpadla je základem řady strojů a zařízení:

Princip[editovat | editovat zdroj]

Princip tepelného čerpadla:
1. kondenzátor 2. tryska 3. výparník 4. kompresor

Nejčastějším typem je kompresorové tepelné čerpadlo. Pracuje na principu obráceného Carnotova cyklu (pozn.: Přímý Carnotův cyklus se užívá u tepelných motorů.). Chladivo v plynném stavu je stlačeno kompresorem a poté vpuštěno do kondenzátoru. Zde odevzdá své skupenské teplo. Zkondenzované chladivo projde expanzní tryskou do výparníku, kde skupenské teplo (při nižším tlaku a teplotě) přijme a odpaří se. Poté opět pokračuje do kompresoru a cyklus se opakuje.

Jednou z charakteristik práce tepelného čerpadla je topný faktor.

Tepelná čerpadla k vytápění[editovat | editovat zdroj]

Charakteristikou tepelných čerpadel je jejich relativně omezený výkon, pokud mají zároveň zůstat ekonomická. Ještě před několika lety byla drtivá většina novostaveb energeticky až dvakrát náročnější na vytápění. S příchodem nových materiálů, zateplovacích technologií, úspornějších systémů hospodaření s teplem a především nástupem nízkoenergetických staveb dnes potřebují budovy ke svému provozu mnohem méně tepla než v minulosti. Technologie současných tepelných čerpadel sice zůstává od jejich objevu takřka stejná (princip je znám přes sto let), ale je možné navrhovat mnohem menší a levnější zařízení, jež dokážou běžný dům bez problémů zásobit. Navíc se stoupajícími cenami alternativních zdrojů energie role těchto zařízení díky znatelné návratnosti investic roste.

Dnes je tepelným čerpadlem vybavena takřka každá desátá novostavba.

Nejčastěji se používají tato tepelná čerpadla:

tepelné čerpadlo země/voda[editovat | editovat zdroj]

  • Princip: teplo je ze země do vody předáváno obíhající nemrznoucí kapalinou o nízké teplotě varu. Ta v plynném stavu sbírá teplo v potrubí uloženém do vrtu nebo do kolektoru pod povrchem země. V okruhu je zařazen kompresor pro dosažení požadované vysoké teploty
  • Cyklus: v plastové trubce, několik set metrů dlouhé (zemním kolektoru), teče velmi chladná nemrznoucí kapalina, která se průchodem zemí ohřívá (v nezámrzné hloubce je stálá teplota cca 4 °C). Odtud putuje do prvního výměníku kde předá teplotu plynnému médiu v okruhu kompresoru, kde se plyn stlačí, tím se výrazně zahřeje a ve druhém výměníku předá topné vodě onen tepelný přírůstek.
  • Odebírat nízkopotenciální energii ze země můžeme pomocí horizontálního plošného kolektoru, nebo z vertikálního vrtu.
  • Na 1 kW výkonu tepelného čerpadla potřebujete cca 12 m vrtu. Běžná hloubka jednoho vrtu je 100-150 m. Pokud je třeba pro tepelné čerpadlo zajistit více energie, odnímá se teplo z více vrtů.
  • Obecně lze říci, že na 1 kW výkonu tepelného čerpadla potřebujete cca 30 m2 pozemku.
  • cena od cca 130 tis. topný výkon od cca 7 kW
  • U vrtu je třeba počítat s jeho regenerací, jinak může dojít k jeho vyčerpání a zamrznutí. Poté již zpravidla není vrt možné používat!

tepelné čerpadlo vzduch/voda[editovat | editovat zdroj]

Teplo je odebíráno ze vzduchu přes výparník tepelného čerpadla, přes který proudí venkovní vzduch. Výhodou tohoto zařízení jsou nízké pořizovací náklady a nenáročná instalace. Základ vychází z tepelného čerpadla vzduch/vzduch tedy klasické klimatizace. Systém je doplněn o takzvaný Hydrobox, který převádí teplo do topné vody. Nevýhodou je závislost topného faktoru na teplotě vzduchu. V dnešní době tato zařízení efektivně pracují do -15 °C. Při nižších teplotách je v Hydroboxu instalován malý elektrokotel, který pomáhá tepelnému čerpadlu dosáhnout požadované teploty vody. Momentálně je tento způsob vytápění budov považován spolu s kondenzačními plynovými kotly za nejekonomičtější.

  • tepelné čerpadlo voda/voda - získává teplo z vody, nejčastěji studny. Je potřeba mít dvě studny čerpací a vsakovací. Voda se převádí z jedné studny do druhé přes výparník. Tento způsob se u nás v podstatě nepoužívá vzhledem k jeho náročnosti na podmínky a údržbu. Může dojít k vyčerpání studny.
  • tepelné čerpadlo vzduch/vzduch - jako zdroj vytápění nutno brát s rezervou, tyto systémy jsou většinou konstruovány především jako klimatizace, která ale v zimě může pracovat obráceně, tedy jako tepelné čerpadlo. Hodí se zejména na přitápění v období jara a podzimu.

Moderní tepelná čerpadla disponují elektronickým expanzním ventilem (EEV), např. systém vzduch voda AC Heating, PZP, NUKLEON, SAMSUNG, Master Therm, EKOVY NORDLine, Vaillant. Naopak použití frekvenčních měničů se ukazuje jako ekonomicky nevýhodné, protože se prodlužuje doba chodu kompresoru, který musí na snížený výkon pracovat déle a tím se zvyšuje jeho opotřebení. Velkou nevýhodou inverterových systémů je skutečnost, že při nízkých otáčkách kompresoru je nasáváno malé množství suchých par chladiva a tím i malé množství oleje, který je s chladivem smíchán. Kompresor není dostatečně mazán. K opotřebení a tudíž i ke snížení životnosti dochází mnohem dříve než u motorů bez této technologie. Dalším argumentem proti použití inverteru je jeho hlučnost. Standardní tepelné čerpadlo „fix-speed“ má minimální hlučnost, která se pohybuje okolo 40 dB, vesměs v kmitočtovém pásmu 50/100 Hz. Tento hluk neobsahuje škodlivé vysoké harmonické kmitočty. Naproti tomu inverter často vydává nepříjemné pískání, které se obtížněji eliminuje a může působit rušivě nejen pro lidi, ale také pro zvířata, která slyší vyšší kmitočty daleko lépe než člověk.

Tepelné čerpadlo se označuje dvojslovem, kde první slovo (před lomítkem) znamená zdroj, odkud se energie čerpá a druhé slovo označuje teplosměnné médium.

Zdroje energie[editovat | editovat zdroj]

  • Země - geotermální energie uložená v horninách nebo naakumulovaná sluneční energie v horních vrstvách zeminy. Využívá se u čerpadel země/voda.
  • Vzduch - používá se u systémů vzduch/voda a vzduch/vzduch.
  • Voda - nejčastěji podzemní voda z vrtu, která je v tepelném čerpadle ochlazena a jiným vrtem se vrací zpět do země. Používá se pro tepelná čerpadla voda/voda.

Teplosměnné médium[editovat | editovat zdroj]

Související články[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]

Logo Wikimedia Commons
Wikimedia Commons nabízí obrázky, zvuky či videa k tématu