Tepelné čerpadlá - Ako funguje tepelné čerpadlo
Čo je to tepelné čerpadlo?
Princíp tepelného čerpadla spočíva v tom, že je schopné realizovať obrátený tok tepla použitím relatívne malého množstva pohonnej energie vo forme mechanickej energie, alebo vysokoteplotnej tepelnej energie. Zjednodušene povedané: tepelné čerpadlo je stroj, ktorý vynaložením vonkajšej práce čerpá teplo z jedného miesta na druhé. Zvyčajne je to z chladnejšieho miesta na teplejšie.
Typy tepelných čerpadiel
Tepelné čerpadlá môžu získavať energiu (teplo) z rôznych nízkoteplotných zdrojov ako je vzduch, voda alebo zemská kôra (pôda). Z toho plynú aj názvy jednotlivých technológií, a teda odkiaľ kam čerpajú teplo: vzduch/voda (odoberá teplo zo vzduchu a odovzdáva ho vode - v kúrení), obdobne zem/voda, voda/voda prípadne vzduch/vzduch (odoberá zo vzduchu a fúka do interiéru podobne ako klimatizácia). Takto získané teplo sú tepelné čerpadlá následne schopné transformovať na vyššiu teplotnú úroveň použiteľnú napríklad pre vykurovacie systémy rodinných domov, priemyselných objektov či iných spotrebičov tepla.
Väčšina dnes predávaných tepelných čerpadiel, pre inštaláciu v rodinných domoch a priemysle, používa chladiarenské kompresory rôznej konštrukcie, ktoré sú poháňané elektrickou energiou. Pracovnými látkami, s ktorými tieto kompresory pracujú sú chladivá, ktoré majú veľmi nízku teplotu bodu varu a to väčšinou -25°C až -40°C pri atmosférickom tlaku.
V tepelnom čerpadle sú tieto chladivá využívané k obehu v uzavretom cykle medzi vysokotlakovou a nízkotlakovou časťou okruhu. Prebieha takzvaný termodynamický obeh.
Tepelné čerpadlo - vzduch
Tepelné čerpadlo - voda
Tepelné čerpadlo - zem
Termodynamický okruh tepelného čerpadla
Termodynamický obeh môžeme rozdeliť do 4 krokov od počiatočného (štartovacieho) bodu chladiva k jeho konečnému bodu v cykle 1, ktoré sú totožné. Nastane teda stav kedy chladivo prebehne všetkými štyrmi krokmi a vráti sa do svojho východiskového bodu a celý cyklus začne od začiatku.
Na obrázku máme jednotlivé kroky označené číslicami od 1 po 4.
1. Vyparovanie
Chladivo je vyparované pri nízkom tlaku a teplote pomocou tepelnej energie transformovanej z vonkajšieho zdroja tepla.
2. Kompresia
Chladivo je komprimované na vyšší tlak použitím kompresora, čoho výsledkom je zároveň nárast jeho teploty.
3. Kondenzácia
Vysokotlaková para chladiva sa kondenzuje pri vysokej teplote v kondenzátore odvedením tepla (jeho odovzdaním cez kondenzátor vykurovaciemu okruhu).
4. Expanzia
Skvapalnené chladivo je expandované z vysokého tlaku z kondenzátora na nízky tlak pomocou výparníka. Výsledkom tohto procesu je prudké zníženie teploty. Od tohoto bodu sa proces dostáva do svojho počiatočného bodu a celý cyklus začína od začiatku.
Pri obrátení tohto cyklu je v niektorých prípadoch možné použiť tepelné čerpadlá, podobne ako pri klimatizácii, aj pre chladenie.