Tepelná čerpadla, princip fungování, typy

Princip fungování tepelného čerpadla

Fyzikální základ

Obvykle lze tepelnou energii získat z energetických zdrojů, které mají vyšší teplotu než jejich okolí. Například z plamene v kotli ustředního vytapění. Topné medium – obvykle voda – protéká kolem tohoto zdroje energie a odebírá z něj tepelnou energii díky velkému rozdílu teplot.

V tomto procesu se tepelná energie přelevá z vyšší teploty do nižší. Tato energie, ktera je odnimána z plamene hořáku, transportuje medium (voda) pryč a dodavá ji tam, kde je potřeba – do topné soustavy. Technologie tepelných čerpadel v podstatě pracuje podle velmi podobných principů. Jediným rozdílem je zdroj energie – geotermalní energie nebo tepelná energie, obsažená ve vzduchu místo tepelné energie plamene hořáku. Protože však teplota okolního prostředí není vysoká, musí být medium, které se použivá na jeho získání velmi chladné, aby vznikl použitelný teplotní spád. Zde plati fyzikální zákon, který říká, že teplo proudí jen z teplejšího prostředí do chladnějšího. To je důvod, proč je místo vody použiváno jiné tekuté chladivo. Princip tohoto systému je v podstatě stejný jako je princip chladničky.

Jednoduchý princip – komentář ke schématu.

1. Chladné, tekuté chladivo je čerpáno do vyměníku tepla tepelného čerpadla (výparníku). Zde je absorbována tepelná energie z okoli jako výsledek rozdílu teplot chladiva a okolniho zdroje tepla. V tomto procesu chladivo mění stav a stavá se plynem.
2. Plynné chladivo je stlačeno v kompresoru. Zvyšení tlaku má za následek narůst teploty.
3. Druhý výměník tepla (kondenzátor) předá tuto tepelnou energii do vody v topné soustavě a chladivo se vrací do tekuté formy.
4. Tlak chladiva je v expanzním ventilu prudce snížen, a tím připraveno k odebíraní tepla okolnímu zdroji tepla.

Energetický cyklus

Tepelné čerpadlo odčerpavá tepelnou energii z okolí a přenaší ji do topného systému. Tento proces probiha nasledovně: Chladné tekuté chladivo je nejdříve čerpáno přes první vyměník tepla, tzv. vyparník tepelného čerpadla. Ten absorbuje tepelnou energii z okolí a chladivo se odpaří. Chladivo, které je nyní plynné, je nasáto dovnitř a stlačeno kompresorem pro zvýšení tlaku a tím i teploty. Dále je v cestě druhý tepelný vyměník – kondenzátor – který zajišťuje, že je takto vzniklá tepelná energie předána vodě v topné soustavě. Chladivo postupně opět kondenzuje a vraci se do tekutého stavu. Nakonec dochází ke snížení tlaku a teploty chladiva v expanzním ventilu a cyklus se opakuje.

Účinnost

Využitím vysoce efektivni technologie je každý výrobce schopen trvale zvyšovat účinnost svých tepelných čerpadel. Energie, která je nutná k pohonu kompresoru, je prakticky jedinou primární energií nutnou pro činnost tepelného čerpadla. Některá tepelná čerpadla jsou schopna dodávat až 6kW použitelné tepelné energie na každou kWh primárni energie. Systémy jsou vysoce spolehlivé a prakticky bezúdržbové. Výsledkem je, že mohou fungovat nepřetržitě více než 25 let bez nutnosti řešení jakýchkoli problemů a chyb.