Navigace

Univerzální překladač

Překlad (translations)

Czech English French German Italian Polish Russian Spanish

QR kód

Kontaktní informace o CNE.

kontaktní informace pro Vaše mobilní zařízení

klikněte na obrázek pro zvětšení

Zakládající člen ČFA

Jsme členem České fotovoltaické asociace, o. s.

Člen AVTČ

Jsme členem Asociace pro využití tepelných čerpadel

Aktuální počasí

Počasí dnes:

23. 9. 2017

zatazenosde

Bude oblačno až zataženo, od SV místy přeháňky nebo déšť. Denní teploty 13 až 17°C. Noční teploty 9 až 5°C.

Vyhledávání

rozšířené vyhledávání ...

Datum a čas

Dnes je sobota, 23. 9. 2017, 13:00:56
Odeslat stránku e-mailem

Obsah

Tepelná čerpadla kaskáda CNE

Tepelná čerpadla

Co je to tepelné čerpadlo?

Tepelná čerpadla odnímají teplo z okolního prostředí (vody, vzduchu nebo země), převádějí ho na vyšší teplotní hladinu a následně umožňují teplo účelně využít pro vytápění nebo ohřev teplé vody.

Tepelné čerpadlo se většinou skládá ze dvou částí - venkovnívnitřní.

Vnitřní jednotku na první pohled nerozeznáte od běžného plynového kotle nebo ohřívače vody. Nemá žádné zvláštní nároky na umístění ani velikost prostoru a zajišťuje předávání tepla do topného systému.

Venkovní jednotka zajišťuje odebírání tepla ze zvoleného "zdroje" (země, vzduchu, vody). Velikost a podoba venkovní části závisí na tom z jakého zdroje se teplo získává.

Historie

Základní principy této technologie byly objeveny již v roce 1852, kdy hlavní myšlenku chodu tepelného čerpadla popsal William Thomson ve své druhé větě termodynamické. Dalším přispěvatelem do tohoto oboru se stal mladý německý vynálezce Emil Warburg, jenž v roce 1881 praktikoval pokusy s magnetickým polem a kovy.

Ke konci 40. let minulého století sestrojil první prototyp tohoto zařízení americký vynálezce Robert C. Webber. V podstatě k němu došel, když prováděl pokusy s hlubokým zamražením. Neopatrně se dlaní dotkl výstupního potrubí a popálil se. Popálená dlaň pak byla prvním impulsem k myšlence o možné další funkci tohoto chladícího zařízení. Vynálezce propojil výstup mrazáku se zásobníkem na teplou vodu a pomocí potrubní smyčky a větráku pak vháněl přebytečné teplo do domu. První realizace v průmyslu se objevila až po roce 1927, kdy T. Haldane tímto způsobem vyřešil vytápění úřední budovy v Los Angeles s výkonem 1,4 MW. Hlavní vlna rozmachu tepelných čerpadel přišla v období energetické krize. V roce 1981 fungovalo v Evropě 100 000 kusů tepelných čerpadel, v Japonsku 500 000 kusů a v USA úžasné 3 milióny kusů tepelných čerpadel.

Princip funkce

Jedná se ve své podstatě o chladící zařízení (stejné jako známá lednička), využíváme jej jako zdroj tepla. V zemi, ve vodě i ve vzduchu je obsaženo nesmírné množství tepla, avšak jeho nízká teplotní hladina neumožňuje přímé využití pro vytápění nebo ohřev vody. Pokud chceme využít teplo látek o nízké teplotě (nízkopotenciální teplo), musíme je převést na teplotu vyšší. Podobně jako vodní čerpadlo přečerpává vodu z nižší hladiny na vyšší, tepelné čerpadlo dělá totéž s teplem. 

 

princip funkce tepelného čerpadla

Význačnou roli ve fungování TČ hraje chladivo, označované v jako pracovní médium. Má tu vlastnost, že se i při nejnižších (venkovních) teplotách odpařuje. Přivede-li se venkovní vzduch nebo voda k výměníku tepla (výparníku), ve kterém cirkuluje pracovní médium, odejme takovémuto zdroji tepla potřebné výparné teplo a přejde z kapalného do plynného stavu. Zdroj tepla se tím o několik stupňů ochladí. Kompresor toto plynné pracovní médium nasaje a stlačí. Tím že se zvětší jeho tlak, stoupne také jeho teplota - pracovní médium je tedy "přečerpáno" na vyšší teplotní úroveň. K tomu je zapotřebí vynaložit elektrickou (nebo jinou) energii. Ta však nepředstavuje energii ztracenou, ale zvyšuje energetický (tepelný) potenciál pracovního média, které se dále dostává do kondenzátoru, jak je znázorněno na obrázku. Tam pracovní médium odevzdá své celkové teplo, které uvedeným způsobem získalo, resp. je mu odňato nějakou teplonosnou látkou, např. vodou pro teplovodní vytápění. Tím dojde ke zkapalnění pracovního média, v expanzním ventilu se seškrtí na původní nízký tlak a oběh se opakuje. 

Rozdělení a princip značení tepelných čerpadel

Tepelná čerpadla se vždy zkráceně označují podle toho odkud teplo odebírají a jaké látce teplo předávají. Prakticky to znamená, že např. tepelné čerpadlo "vzduch/voda" odebírá teplo z okolního vzduchu a předává vodě do topného systému. Tepelné čerpadlo "vzduch/vzduch" předává teplo vnitřnímu vzduchu a je tedy určeno pro teplovzdušné vytápění nebo klimatizaci. Nejobvyklejší kombinace jsou vzduch/voda, vzduch/vzduch, voda/voda, země/voda. Tepelná čerpadla "země/voda" a  "voda/voda" jsou totožná a liší se pouze ve venkovní části, která získává energii ze země nebo z vody. Tato část ale není součástí tepelného čerpadla od výrobce a dodává ji většinou montážní firma až při realizaci.

Odkud lze čerpat teplo

Jak již bylo řečeno, využívají tepelná čerpadla jako "zdroj tepla" nejčastěji venkovní vzduch, zemi nebo vodu.

Venkovní vzduch

Tepelné čerpadlo vzduch - voda

Tepelná čerpadla, která využívají tepla obsaženého ve  venkovním vzduchu, se vyrábějí ve dvou odlišných variantách a to jako samostatná venkovní a vniřní jednotka nebo jako kompaktní venkovní provedení.

Zemní plošný kolektor

Tepelné čerpadlo země - voda

Tepelné čerpadlo využívá odběru tepla z půdy, např. ze  zahrady. V hloubce přibližně 1 m a s roztečí také 1 m je položena plastová trubka (zemní kolektor), kterou proudí nemrznoucí kapalina.

Hloubkové vrty

Tepelné čerpadlo země - voda

Tepelné čerpadlo využívá odběru tepla z hloubkových vrtů. Do vrtů se uloží plastová trubka, ve které proudí nemrznoucí kapalina. Jednotlivé vrty mohou být hluboké až 150m.

Voda ze studny

Tepelné čerpadlo voda - voda

Voda se čerpá ze studny většinou klasickým ponorným čerpadlem, v tepelném čerpadle je ochlazena a vrací se zpět do vsakovací studny.

Povrchová voda (rybník, řeka)

Při využití vody z rybníka nebo řeky se většinou na dno pokládá kolektor vytvořený z plastových trubek, kterým proudí nemrznoucí teplonosná látka. V některých případech lze vodu přivádět přímo k tepelnému čerpadlu a ochlazenou ji vypouštět zpět do řeky (obdobně jako při využití studniční vody).

Tepelný výkon, spotřeba elektřiny

Tepelný výkon tepelného čerpadla je dán součtem energie odebrané z okolního prostředí (ze země, vody nebo vzduchu) a elektrické energie dodané pro pohon kompresoru. Uvedená definice samozřejmě neplatí úplně přesně, protože při provozu dochází ke ztrátám určité části energie do okolního prostředí.

Vhodná topná soustava pro tepelné čerpadlo

Tepelné čerpadlo je schopno ohřívat topnou vodu většinou maximálně na 50-55°C (to je dáno vlastnostmi chladiva a omezeným tlakem kompresoru) proto je vhodné použití tepelného čerpadla pro tzv. nízkoteplotní topné systémy (např. podlahové vytápění). U systémů s otopnými je třeba již při zhotovení projektu požadovat od projektanta návrh těles s ohledem na nízkoteplotní soustavu s tepelným čerpadlem (např. pro teplotní spád 55/45°C). Při snížení teploty topné vody musíme použít větší otopná tělesa, čímž však rostou investiční náklady do topného systému.Vhodnější než otopná tělesa je pro tepelné čerpadlo použití podlahového nebo stěnového vytápění, kde se standardně používají podstatně nižší teploty topné vody (většinou 35-45°C). Čím nižší je teplota topné vody, tím vyšší je topný faktor a tedy úspornější provoz.

Volba výkonu tepelného čerpadla, kombinace s dalším zdrojem tepla

Potřebný výkon pro vytápění objektu je dán vypočtenou tepelnou ztrátou ve Wattech. Tepelná ztráta objektu udává potřebný výkon pro vytápění určený pro tzv. venkovní oblastní výpočtovou teplotu.

Celý výkon vypočtený podle tepelných ztrát je tedy třeba pro vytápění dodávat pouze při nejnižších venkovních teplotách, které trvají jen několik málo dní v roce. Abychom nemuseli instalovat dražší tepelné čerpadlo, jehož výkon bude po většinu topné sezóny nevyužit, používá se často kombinace s druhým zdrojem tepla.

Kombinace tepelného čerpadla s druhým zdrojem, který je v  provozu pouze při nízkých venkovních teplotách, se nazývá bivalentní zapojení.

Výkony tepelných čerpadel pro běžné rodinné domy se většinou pohybují v rozsahu 4-10 kW. U tepelných čerpadel vzduch/voda je třeba počítat s tím, že jeho výkon klesá s venkovní teplotou.