Tepelné čerpadlo je zařízení, které vytápí dům stejně jako plynový či elektrický kotel nebo kotel na tuhá paliva. Je to zařízení, které umí, na rozdíl od jiných výše uvedených, vytápět velmi efektivně. Z 1 kilowaty elektrické energie umí vyrobit 3 až 5 kilowat tepla. Jak je to možné? To se dozvíte v následujícím článku.
Jak je tedy možné, že z 1 kW elektrické energie se vyrobí 3 kW tepla?
Odkud se vezmou ty 2 kW (rozdíl mezi 3kW tepla a 1 kW elektriky), když platí zákon zachování energie*) tedy, že energii nelze vyrobit ani zničit, ale pouze přeměnit na jiný druh energie? Ty zbývající 2 kW se vezmou z okolí – ze vzduchu, ze země nebo z vody (ale o tom si povíme v dalším dílu).
Tepelné čerpadlo funguje na dvou známých jevech z fyziky:
- Teplo vždy přechází z teplejšího prostředí do studenějšího, tím se teplejší předmět ochlazuje a studenější předmět otepluje. Po nějakém delším čase následně dojde k vyrovnání teplot obou předmětů (nebo prostředí). Tento jev můžete pozorovat, když taje sníh nebo vám vychladne ranní čaj, když jej nestihnete vypít.
- Druhý jev použitý v tepelných čerpadlech můžete pozorovat, pokud používáte pumpičku na pumpování kola. V dolní části pumpičky dochází při pumpování k jejímu zahřívání. Pokud stlačíte plyn vykonáním práce, plyn se zahřeje. Naopak, pokud plynu prudce zvětšíte objem (prostor, ve kterém je), plyn se prudce ochladí.
Každý doma máme zařízení podobné tepelnému čerpadlu – je to lednička nebo mrazák. I tato zařízení využívají stejných jevů, jako tepelné čerpadlo. To je také důvod, proč v ledničce nebo mrazáku máme nižší teplotu než v místnosti, kde stojí. Když byste však sáhli na jejich zadní venkovní mřížku, zjistíte, že je hodně teplá.
Tepelné čerpadlo má 4 základní části, které nemohou v žádném z nich chybět a podrobněji jsou vysvětleny níže. Jsou to:
- Kompresor
- Kondenzátor
- Expanzní ventil
- Výparník
Na obrázku se nyní podívejme, jak tyto základní části řadíme za sebou.
Aby mohly tyto části fungovat, jsou spojeny měděným potrubím do jednoho celku a celý takto uzavřený systém (tento systém se nazývá chladící okruh) je naplněn plynem, který má takové vlastnosti, aby na sebe byl schopný rychle navázat teplo a rychle je odevzdat. Tento plyn nazýváme chladivo.
Kompresor
Kompresor je část, kde dochází ke stlačení plynu (chladiva) na základě vykonané práce pomocí elektrické energie. Chladivo o teplotě třeba 0°C se při stlačení v kompresoru zahřeje na teplotu 80°C, která je již využitelná pro vytápění domů. V kompresoru se využívá druhého z výše uvedených fyzikálních jevů.
Kondenzátor
Kondenzátor je část chladícího okruhu, kde dochází k předání tepla z teplého chladiva do vody v otopném systému (tedy do vody, která je v radiátorech nebo v podlahovém topení). Zde se využívá prvního výše zmíněného jevu, že teplo přechází z teplejšího prostředí na studenější. Chladivo se zde ochlazuje a otopná voda ohřívá. Při předání tepla z chladiva do topné vody se chladivo mění na kapalinu (kondenzuje, kapalní).
Expanzní ventil
Potom, co chladivo předalo teplo do topné vody, přichází zkapalněné chladivo o teplotě třeba 30 °C k expanznímu ventilu, který provede prudké snížení tlaku chladiva a tím dojde k jeho prudkému ochlazení. Chladivo má nyní teplotu někde kolem -30°C.
Výparník
Prudce ochlazené kapalné chladivo o teplotách někde kolem -30 °C vstupuje do výparníku, kde na sebe začíná nabírat teplo z venkovního prostředí (ze vzduchu, ze země nebo z vody ze studny) a tím se začíná oteplovat a odpařovat. Odpařené chladivo, které má teplotu někde kolem 0°C pak opět putuje potrubím do kompresoru a celý cyklus se opět opakuje.
Jak jde vidět, tak chladivo je právě ta látka, která díky svým vlastnostem (rychlá změna skupenství z kapalného na plynné a z plynného na kapalné) umožnuje funkčnost celého zařízení.
V dalších dílech si povíme více ……
Jestli máte otázky ohledně tepelných čerpadel, napište nám. Rádi Vám je odpovíme.
-------------------------------------------------------------
*) Energie je fyzikální veličina, která popisuje schopnost hmoty konat práci. Energie může mít různé formy.