Jak funguje tepelné čerpadlo

Přemýšlíte nad koupí tepelného čerpadla a zajímá vás, na jakém přesně principu takové čerpadlo funguje? Snažili jsme se vám to jednoduše shrnutou a vysvětlit pár pojmů, se kterými se při výběru tepelného čerpadla pravděpodobně setkáte.

Nejčastějším typem je kompresorové tepelné čerpadlo. Pracuje na principu obráceného Carnotova cyklu (užívá se u tepelných motorů.). Tepelné čerpadlo získává primární (přírodní) teplo z okolního prostředí, nejčastěji prostřednictvím kapaliny – nemrznoucí směsi, tou je většinou denaturovaný líh, která proudí v trubkách zakopaných v zemi a získává teplo z okolí. Kapalina ohřátá „přírodním teplem“ se odvádí do výparníku tepelného čerpadla, kde se nízkopotenciální teplo předá chladivu kolujícímu uvnitř zařízení. Takto fungují systémy, kdy se tepelná energie obsažená v zemi přenáší do domu. Tedy tepelná čerpadla typu Země/Voda.

Tepelná čerpadla typu Vzduch/Voda pracují obdobně. Z venkovního vzduchu, který prochází výparníkem čerpadlo odnímá teplotu a předává do chladiva. To funguje i při velmi nízkých teplotách vzduchu. Většina výrobců uvádí cca -25 C°.  Chladivo přechází do výparníku, kde se vypaří a vzniklý plyn je nasán kompresorem. Kompresor tepelného čerpadla plyn prudce stlačí a díky fyzikálnímu principu komprese, kdy při vyšším tlaku stoupá teplota, jako teplotní výtah „vynese“ ono nízkopotenciální teplo na vyšší teplotní hladinu. To může být až 80 °C.

Kompresorem zahřáté chladivo putuje do kondenzátoru, zde předá teplo do topného okruhu. Topné vody k vytápění celého domu, nebo ohřevu vody v bojleru, nebo třeba bazénu. Plynné chladivo změní svoje skupenství na kapalné. Z kondenzátoru putuje kapalné chladivo přes expanzní ventil, kde se prudce ochladí, zpět do výparníku kde se opět ohřeje. Tento cyklus se neustále opakuje.

V praxi se také můžete setkat s označením primární a sekundární okruh. Primární okruh je v podstatě ta část tepelného čerpadla, která „sbírá teplo z okolí“, sekundární okruh pak představuje topný systém.

Jednou z charakteristik práce tepelného čerpadla je topný faktor. Ten ukazuje účinnost tepelného čerpadla poměrem vyrobeného tepla k spotřebované energii. Při výběru tepelného čerpadla je vždy nutné dívat se, k jaké okolní teplotě se výrobcem uvedený topný faktor vztahuje.

Primární a sekundární okruh tepelného čerpadla

Část tepelného čerpadla, do které se přivádí nízkopotenciální teplo z okolního prostředí (země, vzduchu, vody) se označuje jako primární okruh. Část, ze které se odvádí teplo pro vytápění se označuje jako sekundární okruh.

Teplonosná látka

Je to látka, která přenáší teplo – voda, vzduch. U tepelných čerpadel země/voda je to nemrznoucí směs kolující v kolektorech.

Nemrznoucí směs

Nemrznoucí směs je náplň plošných zemních kolektorů nebo kolektorů ve vrtu. Jedná se o směs vody s látkou zabraňující zamrzání na bázi etylalkoholu. Jiné nemrznoucí směsi se používají ve slunečních kolektorech, otopných soustavách, automobilech apod.

Výparník

Tepelný výměník, v kterém je nízkopotenciální teplo z okolního prostředí předáno chladivu, které změní své skupenství.

Chladivo

Je látka, která má velmi nízký bod varu. Ve výparníku tepelného čerpadla přijme teplo od primárního média - teplonosné látky, zvýší se jeho teplota a změní se v plyn. V tepelných čerpadlech se používají ekologická chladiva, která nepoškozují ozónovou vrstvu. V podstatě se dá říci, že podobné látky naleznete v klimatizačních systémech.

Kompresor

Kompresor je nezbytnou částí čerpadla. Zde jsou páry chladiva stlačovány a díky tomu se dále zvýší teplota. Ta je použitá pro předání do dalšího média a zajišťuje tak přísun tepla pro Vaše bydlení. V tepelných čerpadlech se používají jak pístové kompresory, tak rotační (scroll) kompresory.

Kondenzátor

Tepelný výměník, ve kterém se předá teplo ohřátého chladiva vodě v topném okruhu.

Expanzní ventil

Expanzní ventil je součást tepelného čerpadla. Po předání tepla v kondenzátoru prochází chladivo expanzním ventilem, kde se dále ochladí a je schopné přijmout opět teplo z okolí. Je to nutná součást sestavy tepelného čerpadla, která umožňuje správnou funkci.