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 |
