Tepelná čerpadla

Energie prostředí, geotermální energie, tepelná čerpadla

Prostředí, které nás obklopuje (vzduch, voda, půda), má obvykle příliš nízkou teplotu, než abychom ji mohli přímo využít třeba pro vytápění domů. Výjimkou jsou geotermální prameny, nejznámější na Islandu. Teplo okolního prostředí však můžeme využívat pomocí tepelných čerpadel (TČ). Princip je znám již dlouho a léta se využívá v chladničkách a dalších chladicích zařízeních. Chladnička odebírá teplo potravinám a předává ho do místnosti svojí zadní stěnou (černou mřížkou). Podobně tepelná čerpadla odebírají teplo půdě, vodě nebo okolnímu vzduchu. Abychom toto teplo mohli použít pro vytápění, převádějí ho na vyšší teplotní hladinu (např. teplo z půdy o teplotě 8 °C převádějí na teplo pro topnou vodu 50 °C). Podobně jako vodní čerpadlo přečerpává vodu z nižší hladiny na vyšší, tepelné čerpadlo převádí teplo o nízké teplotě na teplotu vyšší.

Topný faktor

Velmi důležitým parametrem TČ je topný faktor. Vyjadřuje poměr dodaného tepla k množství spotřebované energie.

                                        

Q = teplo dodané do vytápění [kWh]
E = energie pro pohon TČ [kWh]

Topný faktor různých TČ je od 2 do 5. Závisí na vstupní a výstupní teplotě, typu kompresoru a dalších faktorech. Dodavatelé obvykle udávají topný faktor při různých teplotách vstupního a výstupního média.

Pozor: Při výpočtu topného faktoru se někdy nezapočítává spotřeba oběhových čerpadel (resp. ventilátorů), která jsou nutná pro provoz TČ. Skutečný topný faktor se pak může od údajů z prospektu výrazně lišit.

Izolinie tepelného toku na území ČR

Toky energií

Toky energií pro elektrické tepelné čerpadlo.

Topný faktor pro kompresorové TČ lze stanovit také z rozdílu mezi teplotou kondenzační a vypařovací. Přibližný vztah pro výpočet topného faktoru kompresorového TČ:

                                                                                                                           

Pro dosažení minimální spotřeby pohonné energie a dosažení vysoké hodnoty topného faktoru je zapotřebí:

• Teplota zdroje nízkopotenciálního tepla má být co nejvyšší, nesmí však přesáhnout maximální teplotu povolenou výrobcem pro daný typ tepelného čerpadla. Jeho vydatnost musí být dostatečná a ochlazení teplonosné látky ve výparníku přiměřené, aby teplota vypařovací nemusela být zbytečně nízká. Kromě snížení topného faktoru pak může dojít k ohrožení funkce, např. zamrznutí zdrojové vody.
• Používání tepelného čerpadla je výhodné v kombinaci s nízkoteplotním vytápěcím systémem (podlahové vytápění). Čím menší rozdíl hladin teplot musí tepelné čerpadlo překonávat, tím méně energie spotřebuje (maximální pracovní teplota na výstupu TČ je cca 55 °C).

Topný faktor během roku kolísá v závislosti na vstupní a výstupní teplotě tepelného čerpadla. Průměrný roční topný faktor je poměr celoroční spotřeby energie a celoroční výroby tepla a používá se pro vyhodnocení provozu. Běžně tepelná čerpadla dodají za ideálních podmínek třikrát až čtyřikrát více tepla než spotřebují elektřiny.