Tepelná čerpadla chrání klima, protože přibližně tři čtvrtiny energie na vytápění získávají z okolního prostředí. Nejběžnějšími zdroji tepla je teplo ze vzduch, země nebo podzemní vody.
K využití tepla z okolního prostředí potřebují tepelná čerpadla pouze malé množství elektrické energie k pohonu procesů a provozu oběhového čerpadla. V závislosti na tom, zda získávají energii ze vzduchu, země nebo vody, se mírně liší technologií a cenou.
Tepelné čerpadlo: nic více než obrácený princip chladničky
Když se venku ochladí, je jen otázkou času, kdy se ochladí i uvnitř budovy, protože teplo se vždy šíří ve směru změny teploty: od teplejšího k chladnějšímu. Tento zdánlivě nevyhnutelný přírodní zákon tepelné čerpadlo „obchází“ pomocí triku. Umožňuje přenos tepla v opačném směru, tj. z chladnějšího prostoru do teplejšího. Jak je to možné? Provoz tepelného čerpadla je v podstatě totožný s provozem známého spotřebiče denní potřeby: chladničky. Zatímco však chladnička odebírá teplo zevnitř a předává ho ven, tepelné čerpadlo odebírá teplo zvenku a předává ho do domu ve formě tepla. Tepelné čerpadlo využívá fyzikální princip, takzvaný Jouleův-Thomsonův jev.
Tepelné čerpadlo: geniální a jednoduchá technologie
Topný systém s tepelným čerpadlem se skládá ze tří částí:
- systém zdroje tepla, který získává potřebnou energii z prostředí;
- samotné tepelné čerpadlo, které umožňuje využití získaného tepla z prostředí;
- systému rozvodu a akumulace tepla, který rozvádí nebo dočasně uchovává teplo v domě.
Technický proces probíhá ve třech krocích.
Krok 1: Extrakce tepla ve výměníku
V systému zdroje tepla cirkuluje kapalina, často roztok glykolu (dříve známý jako solanka), tj. voda smíchaná s nemrznoucí směsí. Kapalina absorbuje teplo z okolního prostředí, např. ze země nebo podzemní vody, a přenáší ho do tepelného čerpadla.
Výjimkou jsou tepelná čerpadla na bázi vzduchu. Ty nasávají venkovní vzduch prostřednictvím ventilátoru, který přivádí teplo z okolí přímo do tepelného čerpadla.
Krok 2: Využití tepla v otopném systému
Tepelná čerpadla mají také okruh, ve kterém cirkuluje plynné chladivo. Ve výměníku tepla, tzv. výparníku, se energie prostředí z prvního okruhu předává chladivu. Výsledkem je odpařování chladiva. U vzduchových tepelných čerpadel ohřívá chladivo venkovní vzduch.
Krok 3: Ohřev chladiva od vnějšího zdroje
Ve vytápěné budově je topný systém a zásobníky tepla. Jako topné médium obvykle cirkuluje voda. Voda odebírá teplo, které chladivo odevzdalo v kondenzátoru při kondenzaci, a odvádí je do rozvodného systému, jako je povrchové vytápění nebo radiátory, do zásobníku topné vody nebo do teplé vody pro domácnost.
Krok 4: Stlačování chladiva v kompresoru
Kompresor odsává páry chladiva. Zvyšuje teplotu chladiva tím že jej stlačuje. V dalším výměníku tepla, tzv. kondenzátoru, horký chladicí plyn pod vysokým tlakem kondenzuje a odevzdává teplo. Zkondenzované chladivo pak putuje do expanzního ventilu. Tam se jeho tlak opět sníží a chladivo změní svůj fyzikální stav na kapalný.
Ohřáté chladivo je stlačováno v kompresoru. Stlačováním zvyšuje svou teplotu. Výsledná teplota chladiva je tedy dána teplotou získanou ohřevem ve výměníku plus teplota získaná stlačováním. Teplo získané ve výměníku je to co dělá tepelným čerpadlem tepelné čerpadlo.
Historie tepelných čerpadel
Vývoj technologie tepelných čerpadel sahá až do 19. století: Francouz Nicolas Carnot zveřejnil první principy fungování tepelného čerpadla v roce 1824. O dobrých 100 let později byly v Curychu uvedeny do provozu první rozsáhlé systémy tepelných čerpadel, které vytápěly radnici, kongresovou budovu, vládní úřady a krytý plavecký bazén. První tepelné čerpadlo se zdrojem tepla ze země bylo uvedeno do provozu v USA v roce 1945 v domě Roberta C. Webbera v Indianapolisu. Čerpadlo bylo vybaveno kompresorem o výkonu 2 kW a využívalo ventilátor k pohonu systému ohřevu vzduchu, který byl v té době v USA již populární. Od té doby se tepelná čerpadla pro vytápění prostor a ohřev vody stala spolehlivou a ekologickou možností vytápění. Díky dlouholetým zkušenostem se tato technologie neustále vyvíjí a uplatňuje inovace objevené v oboru.
