Princip tepelného čerpadla

Tepelné čerpadlo je zařízení, které umí využívat tzv. nízkopotenciální energii, která je kolem nás téměř v neomezeném množství. Jako zdroj tepelné energie se obvykle používá vzduch, voda a země. Tepelné čerpadlo potřebuje ke svému provozu také určité množství elektrické energie. V ideálním případě je poměr: 3/4 nízkopotenciální energie a 1/4 elektrické energie. Tepelné čerpadlo tedy energii nevyrábí, pouze ji „přečerpává“ (od toho je odvozen název tepelné čerpadlo) na vyšší teplotní úroveň.

Druhý zákon termodynamiky konstatuje, že chladnější těleso samovolně nepředává teplo tělesu teplejšímu. Určuje tedy směr předávání tepelné energie a vymezuje možnosti přeměny tepla na jiné druhy energie. Jak tedy můžeme ohřát vodu do topení od vzduchu s teplotou 5 °C? Je to jednoduché! Ve výše uvedeném zákonu je velmi důležité slůvko samovolně. Pokud totiž dodáme nějakou vnější energii (v případě tepelného čerpadla je to elektrická energie pro pohon kompresoru), pak můžeme i teplo z relativně chladného tělesa převést (přečerpat) na vyšší teplotní hladinu. Třeba teplotu okolo 45 °C, kterou již použijeme v topné soustavě.

Velmi důležitým faktem je, že tepelné čerpadlo využívá skutečnosti, že teplota varu látek závisí na tlaku. Ukažme si to na příkladu:
Čpavek (chemický vzorec NH3) se vaří při atmosférickém tlaku (100 kPa) již při – 33 °C. Pokud ho ale stlačíme na tlak 2 MPa začne vřít až při 50 °C. Čpavek je tedy možno použít jako chladivo pro tepelná čerpadla. Skutečnost je ale taková, že v dnešní době se již čpavek nepoužívá. Čpavek, ale byl první látkou které se používala v hojné míře. V dnešní době jej můžeme najít ve starých průmyslových chladicích zařízení, nebo na zimních stadionech. V současnosti se používají ekologická chladiva, která jsou šetrná k životnímu prostředí.

Tepelné čerpadlo je jako obrácená chladnička

O funkci tepelného čerpadla se často říká, že je stejná jako funkce chladničky, pouze naruby. Teplo, které chladnička odebírá potravinám, předává do vzduchu svojí zadní stranou. Trvale tak vytápí naši kuchyni. Co se stane, pokud bychom chladničku posadili do okna tak, aby dvířka směřovala ven a zadní strana do místnosti? Pokud dvířka zůstanou otevřená, bude chladnička celý den chladit venkovní vzduch a v místnosti topit. Tak získáme tepelné čerpadlo vzduch – vzduch, které nepochybně bude nějaký čas fungovat. Chladnička odebírá teplo z ochlazovaného prostoru a uvolňuje ho při vyšší teplotě do místnosti. Tepelné čerpadlo odebírá teplo z chladného venkovního prostředí (vody, vzduchu, půdy). Toto prostředí se ochlazuje a získané teplo se předává při vyšší teplotě do topného systému. Funkce se liší pouze v tom, že u ledničky využíváme prostor, kde je teplo odebíráno, kdežto u tepelného čerpadla prostor, kde je teplo předáváno.

Schéma tepelného čerpadla

tepelne-cerpadlo-schema

Na obrázku jsou uvedeny přibližné teploty pro tepelné čerpadlo voda – voda.

Na primární (vstupní) straně tepelného čerpadla je vždy výměník tepla, který nazýváme výparník. Sem se pomocí vhodné látky (vzduch, voda, nemrznoucí směs) přivádí nízkopotenciální teplo z venkovního prostředí. Do jeho druhé poloviny se tryskou expanzního ventilu vstřikuje pod velkým tlakem kapalné chladivo. Tlak za expanzním ventilem ve výparníku je nižší a kapalné chladivo se proto rychle odpařuje. Tím se celý výparník podchlazuje na teplotu nižší, než je teplota prostředí, ze kterého se odebírá teplo. Tak je dosaženo toho, že teplo (i minusové teploty) ze vstupní strany ohřívá podchlazený plyn a tento ohřátý, ale stále ještě studený plyn, je nasáván kompresorem. Nasávaný plyn si s sebou nese zvenku získanou energii. Po stlačení plynu kompresorem se silně zahřeje. V kompresoru se k energii nesené plynem přidá další část energie získaná prací elektromotoru při stlačení plynu. Stlačený plyn vycházející z kompresoru dosáhne vyšší teploty než voda v topném systému a je veden do sekundárního výměníku, který se nazývá kondenzátor, přes který proudí topná voda. Tam horký plyn zkapalní a předá teplo chladnější topné vodě. Kapalina je opět přivedena do expanzního ventilu. Celý cyklus běží spojitě stále dokola. 

Celé tepelné čerpadlo můžeme rozdělit na tři základní části: 

  • Primární okruh – část, která zprostředkovává přívod nízkopotenciálního tepla ze zdroje do výparníku.
  • Chladivový okruh – hlavní část, která zajišťuje „přečerpání“ energie na vyšší teplotní úroveň. Druhy kapalin používané v tomto okruhu jsou stejné, jako druhy kapalin používané u chladniček, proto se nazývají chladiva. Z toho také plyne název okruhu.
  • Sekundární okruh – část, která slouží k rozvodu tepla pro vytápění.

Topný faktor tepelného čerpadla

Měřítkem energetické efektivity tepelného čerpadla je poměr celkové výstupní energie a el. energie pro pohon kompresoru. Tento poměr je nazýván topným faktorem K. Velmi často se pro jeho označení používá zkratka COP (Coefficient of Performance). Topný faktor je bezrozměrné číslo, jeho velikost se pohybuje podle druhu tepelného čerpadla a provozních podmínek běžně v mezích 2,5 – 5, za mimořádně příznivých podmínek i více.

Druhy tepelných čerpadel

Podle zdroje nízkopotenciální energie dělíme čerpadla na:

  • TČ vzduch / voda, kde zdrojem je vzduch
  • TČ vzduch / vzduch, zdrojem je opět vzduch pouze požadovaný prostor je vytápěn zase přímo vzduchem (standardní split klimatizace v reverzním režimu)
  • TČ voda / voda, kde zdrojem je buď povrchová, nebo podzemní voda
  • TČ země / voda, kde zdrojem je buď půdní vrstva (zemní kolektory), nebo suché zemské teplo hornin (zemní vrty)
Jste zde: Home Tepelná čerpadla Princip tepelného čerpadla

Kde nás najdete

 

mapa cr footer

 

Blue team, s.r.o.
U vodojemu 1450
252 28 - Černošice

Aktuality na webu

Nabízíme pracovní příležitost v naší firmě, zabýva...
Spustili jsme nový web nejen o bytové klimatizac...

Služby a produkty

  • Klimatizace do bytu
  • Blue box - klimatizace a chlazení
  • Tepelná čerpadla - prodej, montáž a servis
  • Servis a opravy klimatizace
  • Instalace a montáže klimatizace
  • Naše řešení na míru
  • Projekční a poradenská činnost

Kontaktujte nás

Blue team, s.r.o.

tel: + 420 251 511 620
e-mail: info@blueteam.cz

Sledujte nás

facebook blueteam google + blueteam