Tepelná čerpadla

Dalším možným zdrojem tepla jsou tepelná čerpadla. Funkci tepelného čerpadla objasnil již v roce 1852 britský profesor lord Kevin a rovněž dokázal, že tepelné čerpadlo spotřebuje k vytápění méně primární energie než přímé vytápění.

Tepelné čerpadlo je chápáno jako stroj, jehož elektricky nebo mechanicky poháněné čerpadlo dodává teplo odebíráním tepla ze zdroje v okolním prostředí. Toto teplo pak slouží k vytápění nebo ohřevu teplé vody. V zemi, ve vodě i ve vzduchu je obsaženo velké množství tepla, ale jeho nízká teplotní hladina neumožňuje přímý ohřev vody nebo vytápění. Proto musíme převést teplo látek o nízké teplotě na teplotu vyšší, podobně jako vodní čerpadlo přečerpává vodu z nižší hladiny na hladinu vyšší. Tepelné čerpadlo dělá totéž s teplem. V okolí tepelného čerpadla musí být nízkoteplotní zdroj, čím vyšší bude tato teplota, tím efektivněji tepelné čerpadlo pracuje.

Všechna tepelná čerpadla potřebují chladivo, které cirkuluje v uzavřeném okruhu, obdobně jako u chladničky. Tepelné čerpadlo na jedné straně odebírá z vnějšího prostředí tepelnou energii předmětům s nižší tepelnou hladinou a využije ji při ohřevu jiné látky s vyšší hladinou teploty – voda v bazénu, teplá užitková voda nebo voda v topné soustavě.

V současné době rozlišujeme podle principu tepelná čerpadla:

• Kompresorová tepelná čerpadla
• Absorpční tepelná čerpadla
• Adsorpční tepelná čerpadla

Nejrozšířenějším typem tepelného čerpadla je kompresorové tepelné čerpadlo (obr. 1), pracující na obráceném principu jako chladnička, kde čerpadlo pracuje jako chladicí stroj.   U tepelného čerpadla kompresor stlačuje odpařené chladivo na vysoký tlak, čímž se silně ohřívá. Teplo ohřátého chladiva se využije k ohřevu. Sdílení tepla se uskuteční v kondenzátoru, kde se chladivo opět zkapalní. Pomocí expanzního ventilu se chladivo pod tlakem uvolní, ochladí se a vrací se do výparníku. Výhodou absorpčních tepelných čerpadel je nižší spotřeba elektrické energie a jsou vhodná pro velké výkony. Adsorpční tepelná čerpadla jsou zatím ve stadiu výzkumu a vývoje.

Čím je vyšší teplota zdroje a nižší požadovaná teplota na výstupu, tím nižší je potřeba elektrické energie k pohonu tepelných čerpadel. V praxi to znamená, že tepelná čerpadla jsou výhodnější z hlediska spotřeby elektrické energie pro podlahové vytápění z důvodu nižší požadované teploty než pro vytápění klasickými topnými tělesy, které vyžadují teplotu vyšší.

 

Obr. 1  Princip kompresorového tepelného čerpadla

Pro použití u obytných domů přichází v úvahu tyto zdroje tepla:

Spodní voda – princip voda/voda (obr. 2)

Obr. 2  Využívání tepla spodní vody

 

Země – tepelný výměník v zemi/zemní kolektor – nemrznoucí roztok/voda (obr. 3)

Obr. 3  Využívání zemních kolektorů

Země – podzemní vrt – nemrznoucí roztok/voda (obr. 4)

 Obr. 4 Využívání podzemních vrtů

 

Okolní ovzduší – vzduch/voda (obr. 5)

 Obr. 5 Využití okolního ovzduší

 

Tepelná čerpadla jsou vyráběna v široké škále výkonů potřebné pro rodinné domy (obr. 6) až po obytné domy a průmyslové objekty (obr. 7)

 Obr. 6  Tepelné čerpadlo STIEBEL ELTRON WPL10 AC pro rodinné domy

 

Výhodou tepelných čerpadel jsou nízké provozní náklady ve srovnání s tradičními systémy, zvláště v době, kdy ceny energií neustále rostou. Navíc energetické společnosti nabízí pro provoz tepelných čerpadel výhodnější tarify.

Tepelná čerpadla tvoří jednu z nejzajímavějších alternativ konvenčních systémů vytápění a lze očekávat, že trh tepelných čerpadel zažije další expanzi.