Tepelné čerpadlo

Co je tepelné čerpadlo?

Tepelné čerpadlo je zařízení, které umožňuje získávat teplo z tzv. nízkopotenciálních zdrojů. Takovým zdrojem může být např. voda v řece, země nebo i okolní vzduch. Všechny tyto zdroje mají obvykle nižší teplotu než je ta, kterou potřebujeme získat, avšak tepelné čerpadlo z nich dokáže pomocí cyklu komprese a expanze plynu získat teplo a vytvořit teplotu kolem 55 °C.

Topný faktor, neboli poměr získané ku vynaložené energii je u tepelných čerpadel zhruba 3. To znamená, že ke získání 9 kW tepelné energie je třeba vynaložit přibližně 3 kW elektrické energie.

Druhy tepelných čerpadel

Tepelná čerpadla lze rozdělit do několika skupin podle toho, odkud čerpají teplo.

Tepelné čerpadlo využívající energii z půdy

Teplo se odebírá pomocí hadice, která je uložena zhruba 1,5 metru pod zemským povrchem a je dlouhá řádově desítky metrů (cca. 40 metrů výkopu na 1 kW tepelného výkonu čerpadla). Toto řešení je poměrně náročné na dostupnou plochu, avšak provedení výkopu je na druhou stranu relativně levné.

Tepelné čerpadlo využívající energii z hlubinného vrtu

Princip je obdobný jako u předchozího typu, ale místo dlouhého vedení uloženého nízko pod povrchem se energie získává z vrtu, který je řádově desítky metrů hluboký. To sice přináší vyšší pořizovací náklady, ale na druhé straně odpadá potřeba poměrně velké plochy.

Tepelné čerpadlo využívající tepla venkovního vzduchu

Teplo se získává ze vzduchu, který má většinu roku dostatečnou teplotu. S klesající teplotou vzduchu však účinnost tepelného čerpadla klesá, v mrazech je topný faktor jen něco málo přes 1,5.

Kromě uvedených typů ještě existují tepelná čerpadla která získávají energii např. z vodního toku, dvou studní nebo z odpadního tepla.

Jak to funguje?

Tepelné čerpadlo pracuje podobně, jako lednička. Ta však odebírá teplo ze svého vnitřního prostoru a ven do pokoje mírně topí. Tepelné čerpadlo naproti tomu odebírá energii zvenku a topí uvnitř.

Vezměme si jako příklad tepelné čerpadlo, které využívá hlubinný vrt. Z něj se získává teplo pomocí média, kterým je obvykle nemrznoucí směs. Ta se pomocí čerpadla prohání vrtem, kde se zahřeje na zhruba 4–8 °C. Takto ohřátá se dostává do tepelného čerpadla, kde ve výparníku předává teplo pracovnímu (chladícímu) médiu. Pracovní médium je látka s nízkým bodem varu, která ve výparníku expanduje, přičemž přechází z tekutého stavu do plynného, což je doprovázeno ochlazením. Díky tomu dokáže absorbovat teplo z teplonosného média, které se ochladí na teplotu pod bodem mrazu a je čerpáno zpět do vrtu, aby se opět zahřálo. Pracovní médium je poté stlačeno kompresorem, čímž dojde k jeho zkapalnění a zároveň zahřátí na teplotu kolem 55 °C. Takto zahřáté pak ve výměníku ohřívá vodu, která slouží k vytápění či ohřevu TUV. Tím se pracovní médium o několik stupňů ochladí. Poté se opět dostává do výparníku, kde expanduje a celý cyklus se opakuje.