Princíp fungovania tepelného čerpadla

Tepelné čerpadlo pracuje podobne ako chladiace zariadenie, ktorého hnacím prvkom je kompresor poháňaný elektromotorom. Zariadenie odoberá do výparníka teplo z prostredia s nižšou teplotou, tým prostredie ochladzuje a pomocou hnacej elektrickej energie ho odovzdáva cez kondenzátor do prostredia s vyššou teplotou (napr. vykurovacie médium – voda) a tým ho zohrieva. Teplo privádzané z výparníka do kondenzátora sa pritom zvyšuje o teplo, na ktoré sa mení v kompresore hnacia energia.

Tepelné čerpadlo premieňa nízkopotenciálové teplo (s relatívne nižšími teplotami) na vyššie teplo využiteľné na vykurovanie alebo ohrev teplej úžitkovej vody (TUV). Vo vnútri tepelného čerpadla je uzavretý okruh ktorý, je naplnený pracovným médiom, tzv. chladiace médium. Toto médium počas chodu tepelného čerpadla neustále cirkuluje v okruhu, pričom mení svoje fyzikálne skupenstvo. Vyparuje sa, stláča sa, kondenzuje a expanduje. Teplota pracovného média prichádzajuceho do výparníka je nižšia ako teplota zdroja prechádzajúceho výparníkom, čo spôsobuje vyparovanie pracovného média. Táto para je kompresorom stláčaná na vyšší tlak a teplotu. Takto nasýtená para vchádza do kondenzátora, kde odovzdáva užitočné teplo. Už kvapalné pracovné médium expanduje na výparnú teplotu a tlak cez vstrekovací ventil. Pracovné médium opät vstupuje do výparníka a celý cyklus sa opakuje.

Tepelné čerpadlo si vystačí s teplom, ktoré je nižšie ako ľudská teplota a preto ho človek pociťuje ako chlad. Aj v mínusových teplotách je ešte dostatok energie na vykurovanie pomocou tepelného čerpadla.

 

Tepelné čerpadlo nepracuje celkom bez dodanej energie. Jeho tepelný = vykurovací výkon je daný súčtom oboch vložených energií, teda energie z prostredia a elektrickej energie pohonu, a preto je vždy väčší ako energia vynaložená na pohon. Pomer tepelného výkonu a príkonu je tzv. výkonové číslo. Výkonové číslo je vždy číslo väčšie ako 1. Z 1 kWh elektrickej energie je takto možné získať asi 3 až 4 kWh tepelnej energie, čo predstavuje výkonové číslo 3 až 4.

Podľa toho, čo je nosičom tepelnej energie, rozoznávame tieto základné druhy tepelných čerpadiel:

• vzduch – voda ,
• voda – voda,
• zem – voda,

 

pričom prvá časť názvu uvádza nižšiu teplotnú hladinu (tzn. odkiaľ sa teplo odoberá) a druhá časť vyššiu teplotnú hladinu (kam sa teplo odovzdáva). Čím vyššia teplota na vstupe do tepelného čerpadla, tým vyššie je výkonové číslo a náklady na vykurovanie sa znižujú.

Neexistuje univerzálny systém tepelného čerpadla, ktorý by mohol byť nasadený kdekoľvek. Čím je dom lepšie izolovaný, tým nižšie teploty si vykurovací systém vyžaduje. Čím nižší je rozdiel teploty medzi zdrojom tepla (napr. 10° C „teplá“ spodná voda) a teplotou vykurovacieho média (napr. 30° C pri vonkajšej teplote 0° C), tým vyššie je výkonové číslo tepelného čerpadla.

Ďalším veľmi dôležitým faktorom je možnosť nasadenia tepelného čerpadla v čase. Tepelné čerpadlo môže pracovať v monovalentnej alebo bivalentnej prevádzke. Pri monovalentnom spôsobe prevádzky je tepelné čerpadlo jediným zdrojom tepla a pokrýva celoročne 100 % požadovaného tepelného výkonu. V druhom prípade tepelné čerpadlo pokrýva 70 až 90 percent ročnej potreby tepla, čo predstavuje vykrytie potreby tepla do bodu bivalencie, zvyšok (najmä v niekoľkých mimoriadne chladných dňoch) pokrýva zabudované dokurovacie zariadenie, najčastejšie elektro špirála zabudovaná v systéme tepelného čerpadla alebo elektrokotol, ktorý ďalej vykuruje samostatne. Bod bivalencie sa individuálne nastaví po porovnaní výkonovej krivky tepelného čerpadla a krivky tepelných strát objektu.

Pri dimenzovaní vykurovacích systémov s tepelnými čerpadlami je veľmi dôležité čo najpresnejšie poznať tepelné straty objektu, ktorý sa bude vykurovať. Predimenzované sústavy znamenajú často nepomerne vysoké zriaďovacie náklady a pracujú menej efektívne.