Princip tepelných čerpadel

Princip tepelného čerpadla je znám již přes 100 let. První veliké technické využití tohoto způsobu vytápění se uskutečnilo v r. 1936. Tehdy bylo tepelné čerpadlo použito k vytápění curyšské radnice ve Švýcarsku. Rozsáhlejší využití tepelných čerpadel pro vytápění však nastalo teprve se zvýšením cen energií začátkem sedmdesátých let.

Co je tepelné čerpadlo?

Podle druhé hlavní věty termodynamiky proudí tepelná energie z látky nebo předmětu o vyšší teplotě k látce nebo předmětu o teplotě nižší. V okolním prostředí (vzduch, voda, země) jsou obrovské přírodní zdroje energie o nízké teplotní úrovni. Tyto zdroje energie mohou být využity pro vytápění prostor jen tehdy, je-li jejich tepelná energie přečerpána pomocí zařízení na vyšší teplotní úroveň. Tepelná čerpadla jsou tedy zařízení, která odejmou tepelnou energii tepelným zdrojům, jež jsou k dispozici a jejichž tepelný potenciál není přímo využitelný. Užitné teplo se skládá z tepla, které bylo zdroji tepla odejmuto jeho ochlazením a tepla, které odpovídá pohonné energii.

Užitné teplo Q_T je tedy několikanásobkem vynaložené pohonné energie W.

Dodaná el. energie

Přírodní teplo

Z praktického hlediska je tepelné čerpadlo chladicí zařízení, jehož účelem je topit namísto chladit.

Princip Tepelného čerpadla vzduch-voda

Základem tepelného čerpadla je uzavřený okruh naplněný chladivem.

Tepelné čerpadlo, respektive chladicí okruh, má čtyři základní části:

Výparník
Do výparníku se přivádí okolním vzduchem nízkopotenciální teplo. Přivedené teplo způsobuje vypařování chladiva, páry chladiva se stávají nositelem tepelné energie a tu převádějí do kompresoru. Vzduch, jehož proudění přes výparník zajišťuje axiální ventilátor nebo ventilátory, se přitom ochladí. Vzduchová cesta představuje primární okruh TČ.
Kompresor
Nasává páry z výparníku, stlačuje je a vytlačuje do kondenzátoru. Práce na pohon kompresoru se přemění v teplo, které se přičítá k teplu přivedenému z výparníku.
Kondenzátor
Energie přivedená do kondenzátoru parami chladiva z výparníku a kompresoru se převádí do cirkulujícího topného média (sekundární okruh TČ), převedeným teplem se topné médium ohřívá.
Škrticí ventil
Kapalné chladivo, které zkondenzovalo v kondenzátoru při vyšším (kondenzačním) tlaku, se vstřikuje do výparníku, aby se zde opět vypařilo při nižším (vypařovacím) tlaku.