Kategorie

Představujeme tepelná čerpadla, 2. díl: Jak funguje TČ

V dnešním díle se blíže seznámíme s tím, jak, resp. na základě jakých principů tepelné čerpadlo funguje. V neposlední řadě si přiblížíme důležité pojmy, se kterými budeme v dalších dílech pracovat a vysvětlíme si je.

Již víme, že TČ pracuje na stejném principu jako vaše chladnička. No a na její princip se teď blíže podíváme z fyzikálního hlediska. Veškeré úvahy o funkci TČ vycházejí z prvního a druhého zákona termomechaniky. První zákon říká, že energii nelze vyrobit z ničeho, ale lze ji pouze přeměňovat. Druhý zákon zjednodušeně říká, že teplo nemůže samo o sobě přecházet z teploty nižší na teplotu vyšší. Pokud bychom přišli na zařízení, které by odporovalo oběma dvěma případům, můžeme se přihlásit o Nobelovu cenu, neb jsme vynalezli perpetuum mobile.

Základními součástmi tepelného čerpadla jsou:

• kompresor s pohonnou jednotkou - zajišťuje oběh teplonosné látky ve vnitřním okruhu TČ, • expanzní ventil - zajišťuje, aby se zkapalněné chladivo o vyšším tlaku převedlo do výparníku a při nižším tlaku vypařilo, • výparník - výměník tepla, kde se předává získané teplo z nízkopotenciálního zdroje do chladícího média, • kondenzátor - výměník tepla, kde se přijímá získané teplo z chladícího média, • filtr, • regulační prvky s elektroinstalací, • náplně chladiva.

Jak to funguje?

Celý cyklus se skládá z několika kroků: Vypařování: Teplo z okolního prostředí odebírá chladivo kolující v tepelném čerpadle a tím se odpařuje - mění skupenství na plynné. Komprese: Kompresor stlačí o několik stupňů ohřáté plynné chladivo. Na základě fyzikálního principu komprese (při vyšším tlaku stoupá teplota) jako teplotní výtah "vynese" ono nízkopotenciální teplo na vyšší teplotní hladinu. Kondenzace: Takto zahřáté chladivo pomocí druhého výměníku předá teplo vodě v topném okruhu, ochladí se a zkondenzuje. Ochlazená voda v topném okruhu pak putuje nazpět k druhému výměníku pro další ohřátí. Expanze: Průchodem přes expanzní ventil putuje chladivo nazpátek k prvnímu výměníku, kde se opět ohřeje.

Topný faktor

Topný faktor je jen podílem výkonu a příkonu tepelného čerpadla. Další definicí faktoru může být poměr tepla předaného teplonosné látce a vynaložené práce. TF v podstatě závisí na teplotě nízkopotenciálního zdroje - čím je teplejší zdroj, tím je vyšší účinnost, čili topný faktor. V praxi se tato hodnota pohybuje od 2 do 7, což jsou pravda extrémní hodnoty. Co tedy např. znamená topný faktor 3? Na 3 kW spotřebované energie (kompresor) získáme 9 kW energie tepelné. Je to tedy poměr mezi topným výkonem a příkonem. Pozor: Při výpočtu topného faktoru se někdy nezapočítává spotřeba oběhových čerpadel (resp. ventilátorů), která jsou nutná pro provoz tepelného čerpadla. Skutečný topný faktor se pak může od údajů z prospektu výrazně lišit.

Tepelný výkon tepelného čerpadla

Tepelný výkon je závislý na vstupní teplotě zdroje tepla (země/voda/vzduch) a na výstupní teplotě v systému rozvodu tepla. Udává užitečný tepelný výkon předávaný tepelným čerpadlem.
Výkon TČ si jednoduše spočítáme pomocí uvedeného vzorce: TV (kW) = Roční spotřeba tepla (kWh) x vytápěná plocha / kolik hodin jsme za rok topili

Teplotní spád

Uvádí se jako poměr mezi teplotou vody vstupující do otopné soustavy a teplotou vody vracející se zpět k ohřátí. Podlahové nebo stěnové vytápění mají spád kolem 35°C/30°C, radiátory klasického vytápění 75°C/65°C a velkoplošné radiátory vhodné pro použití s tepelným čerpadlem se navrhují pro teplotní spád kolem 55°C/45°C, čemuž odpovídají výkony dnešních tepelných čerpadel.

Taktovací zásobník

Zásobník pro akumulaci topné vody je potřebný, aby se zajistila minimální doba chodu kompresoru. Především u tepelných čerpadel vzduch/voda je třeba zajistit v odmrazovacím režimu minimální dobu chodu 10 minut. Taktovací zásobníky zvyšují střední doby chodu tepelných čerpadel a redukují takty (časté zapínání a vypínání).

Odtávání

Klesne-li venkovní teplota pod cca + 5°C, začne se voda obsažená ve vzduchu usazovat jako led na výparníku tepelného čerpadla vzduch/voda. Tímto způsobem je možno využít latentní teplo obsažené ve vodě. Tepelná čerpadla vzduch/voda, která se používají i při teplotách pod + 5°C, potřebují odtávací zařízení.

Topný okruh

Komponenty vytápěcí soustavy, které rozvádějí teplo (topná tělesa, směšovače, potrubí výstupní a vratné vody) a jsou navzájem hydraulicky propojeny.
ab
ab
ab
ab
ab