Tepelná čerpadla

Tepelná čerpadla jsou určena předev?ím jako tepelný zdroj pro vytápění rodinných domků, ohřev u?itkové vody a vody v bazénu. Jak ji? napovídá samotný název, tepelné čerpadlo je zařízení, které určitým způsobem přečerpává teplo. Stejně jako vodní čerpadlo přečerpává vodu z ni??í hladiny na vy??í, tak i tepelné čerpadlo dělá toté? s teplem.

Princip tepelného čerpadla
Základním principem je uzavřený okruh, obdobně jako u chladničky, jím? se teplo na jedné straně odebírá a na druhé předává. Zatímco chladnička odebírá teplo vnitřnímu prostoru a potravinám, tepelné čerpadlo ho odebírá z okolního prostředí. Toto teplo, jeho? přímé vyu?ití je s ohledem na nízkou teplotu teplonosné látky nemo?né, je nazýváno nízkopotenciální teplo. Zdrojem nízkopotenciálního tepla mů?e být například vzduch, voda, země nebo odpadní teplo. Stejně jako chladnička předává odebrané teplo kondenzátorem na zadní straně do místnosti, tepelné čerpadlo ho předává do topného systému. Tak, aby mohlo být nízkopotenciální teplo vyu?ito k vytápění či ohřevu teplé vody, je třeba ho převést na teplotu vy??í. K tomuto účelu vyu?ívá tepelné čerpadlo fyzikálních jevů spojených se změnou skupenství v závislosti na tlaku pracovní látky - chladiva.
Vět?í verze zde
Ve výparníku tepelného čerpadla chladivo po přede?lém sní?ení tlaku expanzním ventilem začne vřít a následně odnímat teplo zdroji nízkopotenciálního tepla. Páry chladiva jsou poté kompresorem odsávány a stlačeny tak, ?e dochází k jejich zahřátí na vysokou teplotu. V kondenzátoru pak dojde k předání získaného tepla ohřívané látce, přičem? se páry opět ochlazují a zkapalní. Celý oběh je uzavřen odvodem chladiva do výparníku přes expanzní ventil, který sni?uje tlak kapalného chladiva.

Topný faktor
Bě?ně pou?ívaná tepelná čerpadla doká?í vyrobit třikrát a? čtyřikrát více tepla ne?li spotřebují elektrické energie. Poměr těchto veličin, tedy energie dodané (tepelný výkon) ku energii spotřebované (elektrický příkon) se u tepelného čerpadla nazývá topný faktor. Aby tepelné čerpadlo mělo co nejmen?í spotřebu pohonné energie a tedy pracovalo s vysokou hodnotou topného faktoru je předev?ím zapotřebí:

• pou?ívat jako zdroj nízkopotenciálního tepla látky s co mo?ná nejvy??í teplotou, nepřesahující v?ak maximální teplotu udávanou výrobcem pro daný typ tepelného čerpadla
• pou?ívat tepelné čerpadlo v kombinaci s nízkoteplotním otopným systémem, nejlépe podlahovým vytápěním.

Provoz čerpadla
Vzhledem k tomu, ?e spotřeba tepla je během roku velmi proměnlivá nebylo by ekonomické navrhovat výkon tepelného čerpadla na pokrytí celkových tepelných ztrát. Z tohoto důvodu se vět?inou tepelné čerpadlo pou?ívá v kombinaci s jiným ?pičkovým zdrojem tepla (například elektrokotlem či kotlem na dřevo), tedy v bivalentním provozu, kdy instalovaný tepelný výkon čerpadla je ni??í ne? je maximální potřebný, například 70 - 80 %. Z hlediska roční spotřeby tepla to znamená, ?e tepelné čerpadlo dodává asi 80 % celkového tepla a pouhých 20 % doplňuje v nejchladněj?ím období ?pičkový zdroj.

Mo?nosti získávání nízkopotenciálního tepla

Vět?í verze zde
Z okolního vzduchu
U tepelných čerpadel systému "vzduch ? voda" se nízkopotenciální teplo odebírá ze vzduchu výparníkem, který je zpravidla umístěn vně budovy. Aby se ze vzduchu odvedlo potřebné mno?ství tepla, musí přes výparník proudit relativně velké mno?ství vzduchu. Dopravu vzduchu přes výparník zaji??uje axiální ventilátor nebo ventilátory. S pou?íváním spirálových kompresorů SCROLL, které mají řadu významných výhod oproti dříve pou?ívaným pístovým kompresorům lze předpokládat, ?e tepelná čerpadla systému ?vzduch ? voda? najdou v na?ich geografických a klimatických podmínkách velké uplatnění.

Z odpadního vzduchu
Ochlazuje se vzduch odváděný větracím systémem objektu, který má v?dy relativně vysokou teplotu, a tepelné čerpadlo mů?e pracovat efektivně i za podmínek, v nich? bě?ně u?ívané systémy zpětného získávání tepla (rekuperace) nejsou pou?itelné.

Z povrchových vod
S ohledem na nevelké kolísání teploty povrchových vod v zimním období je mo?no odebírat teplo tepelným výměníkem umístěným buď přímo ve vodě, nebo zapu?těným do břehu. Ve výměníku ov?em musí proudit nemrznoucí směs. Celý systém pak pracuje obdobně jako tepelné čerpadlo země/voda. Riziko kontaminace vody je mo?no vyloučit pou?itím vhodné nemrznoucí směsi.

Z půdy
Z půdy lze teplo odebírat plo?ným či výkopovým kolektorem, nebo vrty. Ve v?ech těchto případech je do země ulo?en výměník (polyethylenové potrubí), v něm? obíhá nemrznoucí směs, která se ohřívá. Výměník se umis?uje vedle objektu v nezámrzné hloubce. Trubky plo?ného kolektoru se ukládají na souvisle odkrytou plochu nejméně 1,5 m od sebe. Velikost takovéto plochy je asi trojnásobkem plochy vytápěné. Men?í plochu zabírá výkopový kolektor; do výkopu o hloubce 2 m a ?ířce 1,5 m je ulo?ena trubka ve tvaru smyček. Na 1 kW výkonu tepelného čerpadla je pak potřeba 5 a? 8 m délky výkopu.

Z vrtů
Tento systém je v současnosti velmi roz?ířen. Vyu?ívá vrtů hlubokých a? 150 m se zapu?těným výměníkem z plastových trubek. Vrty se umis?ují v blízkosti stavby, nejméně l0 m od sebe. Je mo?no je umístit i pod stavbou, zvlá?tě jde-li o novostavbu. Na 1 kW topného výkonu tepelného čerpadla je potřeba 12 a? 18 m hloubky vrtu, podle geologických podmínek.

Z podzemní vody
Vyu?ití podzemní vody je nejefektivněj?ím způsobem získávání tepelné energie z okolního prostředí. Voda je čerpána ze sací studny a po ochlazení je vracena do druhé - vsakovací studny vzdálené asi 25 m. Podmínkou je ov?em dostatečná vydatnost zdroje vody a hloubka hladiny cca do 20 m. Vydatnost zdroje je nutno ověřit dlouhodobým čerpacím pokusem. Důle?itou roli hraje také chemický rozbor vody. Čerpání vody podléhá vodoprávnímu řízení. Teplota podzemní vody se pohybuje v rozmezí 8 a? 10 °C a je stálá po celý rok. Proto tepelná čerpadla systému země/voda nebo voda/voda pracují velmi vyrovnaně.

Z odpadního tepla technologických procesů
Tento případ je vhodný zejména pro výrobní podniky a průmyslové provozy. Zejména v chladírenských provozech se výhodně pou?ívá odpadní teplo na ohřev teplé u?itkové vody. Často se zde v?ak namísto tepelného čerpadla pou?ívají levněj?í systémy zpětného získávání tepla.

20. 8. 2002 -