Tepelná čerpadla

Proč uvažovat o tepelném čerpadle? Protože získává teplo z přírodních zdrojů. Je nutné dodávat elektřinu pro pohon kompresoru. Jeho výhodnost spočívá v tom, že pokud dodáme 1 kWh elektrokotli, přemění ji na necelou 1 kWh tepla. Stejné energie dodaná kompresoru TČ umožňuje předávání tepla z okolního prostředí topné...

Proč uvažovat o tepelném čerpadle? Protože získává teplo z přírodních zdrojů. Je nutné dodávat elektřinu pro pohon kompresoru. Jeho výhodnost spočívá v tom, že pokud dodáme 1 kWh elektrokotli, přemění ji na necelou 1 kWh tepla. Stejné energie dodaná kompresoru TČ umožňuje předávání tepla z okolního prostředí topné vodě. Celkový zisk tepla je potom větší než 1 kWh. Při dodání jednotky elektřiny můžeme získat až šestinásobek tepla.

Princip činnosti
Začneme od úplného základu. Určitě si všichni pamatujeme, že nelze samovolně předávat teplo ze studenějšího tělesa na teplejší. Je to možné pouze při dodání energie zvenčí, která chladnější těleso ohřeje. Pak dojde k přímé výměně tepla. To je i naším cílem. Ochlazenou vodu na zpátečce opět ohřát na požadovanou výstupní teplotu. Možností je několik, tradiční je ohřev pomocí spalování primárních paliv jako plyn, dřevo a podobně. Tepelné čerpadlo je vykutálenější a jde na to úplně jinak.

Existují tři základní skupenství hmoty a to pevné, kapalné a plynné. Pokud chceme vodu přeměnit v páru, musíme ji zahřát na teplotu varu a poté ještě dodat velké množství energie pro skupenskou změnu. V případě vody je to přibližně stejné množství energie, jaké jsme spotřebovali při jejím ohřívaní na teplotu varu. Z čehož vyplývá, že pokud chceme změnit kapalinu v plyn, musíme energii dodat. Opačný děj nazýváme kapalnění neboli kondenzace. Energii spotřebovanou na skupenskou přeměnu kapaliny v plyn je potřeba odebrat, což znamená páry ochladit.


Výparníkem rozumíme tepelný výměník, kterým je oddělen primární okruh, dodávající energii z okolního prostředí a okruh chladiva, přenášející energii z venku na topnou vodu. Chladivo je látka, jejíž základní vlastností je velmi nízká teplota varu.

Teplota chladiva ve výparníku je nižší než teplota primárního zdroje. Dochází k tepelné výměně mezi chladivem a primárním zdrojem. Původně kapalné chladivo začíná vařit, přijímá velké množství skupenského tepla a ochlazuje primární zdroj. Například při vstupu do výparníku má kapalné chladivo teplotu -15 st. C, na výstupu z výparníku se jeho teplota pohybuje okolo 0 st. C. Jeho vnitřní energie vzrostla, ale teplota je natolik nízká, že přímá výměna mezi topnou vodou a chladivem není možná.

Z toho důvodu je v okruhu nasazen kompresor. Stlačuje chladivo natolik, že jeho teplota vzroste až na 100 st. C. Plynné chladivo o vysokém tlaku a teplotě pokračuje do kondenzátoru.

Kondenzátorem rozumíme tepelný výměník oddělující okruh chladiva a topné vody. Teplota vratné vody z topného okruhu je volena tak, aby byla menší než teplota kondenzace chladiva. Při této teplotě plynné chladivo začíná kapalnět a odevzdává skupenské teplo, které získalo ve výparníku. Dále pak odevzdává energii, kterou mu dodal kompresor. Tím zahřívá topnou vodu.

V kondenzátoru se tedy děje následující. Vytápíme s nízkým teplotním spádem 50/45 st. C. Plynné chladivo o teplotě 100 st. C přichází do kondenzátoru je ochlazováno vratnou vodou z topného okruhu na teplotu kondenzace. Jeho teplota klesá na 45 st. a skupenství se mění na kapalné.

Chladivo dále pokračuje k expanznímu neboli škrtícímu ventilu. Děje se opačný proces než při kompresi. Chladivo expanduje a prudce snižuje svoji teplotu z 45 st.C na -15 st. C. Poté přechází do výparníku, kde odebírá teplo primárnímu zdroji. Celý cyklus se opakuje.

Shrneme-li dosavadní poznatky, tepelné čerpadlo je stroj, který za dodání práce zvenčí dokáže přenášet teplo z chladnějšího zdroje (z okolního prostředí) na teplejší (topná voda).

Zdroje energie pro tepelná čerpadla
Na takzvaném primárním okruhu se využívá nízkopotenciálního tepla. V zemi, vodě i ve vzduchu je obsaženo nesmírné množství energie, avšak jeho nízká teplotní hladina neumožňuje jeho přímé využití pro účely vytápění. Pokud chceme využít teplo látek o nízké teplotě (nízkopotenciální teplo), musíme je převést na teplotu vyšší. Podobně jako vodní čerpadlo přečerpává vodu z nižší hladiny na vyšší, tepelné čerpadlo dělá totéž s teplem.

Teplené čerpadlo je technologický krok k využití energie Slunce. Jeho záření ohřívá prakticky celý povrch naší Země. Tuto tepelnou energii obsahuje půda, voda a vzduch.

Podle zdroje nízkopotenciálního tepla a topného média dělíme tepelná čerpadla na:
1. voda/voda – do výměníku primárního okruhu vstupuje přímo voda spodní, říční nebo technologická
2. země/voda – teplo akumulované v půdě je využíváno prostřednictvím zemního výměníku
3. vzduch/voda- venkovní vzduch ochlazován, získané teplo předáváno topnému médiu

V případě půdy je tato energie akumulována po velmi dlouhou dobu a její teplota je stabilní. Pouze horní vrstvy do 1 m jsou ovlivňovány změnami počasí, větší hloubky mají celoročně stálou teplotu. Půdním výměníkem je nejčastěji plastová PE trubka naplněná nemrznoucí směsí, často nazývaná solanka. Provedení je buď plošné (horizontální), nebo vertikální, umístěné do hlubinných vrtů.

Spodní voda zachovává stálou teplotu. Můžeme využít vrtaných studní, z nichž jedna poskytuje vodu o teplotě až 10 stupňů Celsia, druhá potom jako vsakovací pro odvádění vody ochlazené. Díky poměrně vysoké a stabilní vstupní teplotě jsou čerpadla systému voda/voda jedny z nejúčinnějších.

Technologická voda vzniká například ohřevem chladící kapaliny při provozu strojů. Takové odpadní teplo, které by jinak bylo bez užitku ztraceno, je výhodné předávat do otopné soustavy. Dále je možné využít vody v řekách nebo v nádržích a to buď přímým čerpáním do absorbéru, nebo pomocí zemních výměníků.

Dále bych rád zmínil možnost využití nadzemních betonových monolitů. Jejich výhodou je velká tepelná setrvačnost. Monolit se pomalu ohřívá, ale také pomalu chladne. Slouží tak jako dlouhodobý akumulátor sluneční tepelné energie.

Zajímavou variantou je též zapojení tepelného čerpadla na sluneční kolektory. Takové složitější zařízení využívá sluneční energii nashromážděnou v akumulační nádrži.

Tepelná čerpadla vzduch/voda jsou progresivním využití Sluncem ohřátého vzduchu a účinně pracují i při nízkých teplotách. Jejich velkou výhodou v létě je možnost laciného ohřevu teplé užitkové vody (díky vysoké teplotě vzduchu) v domácnostech nebo institucích. Jeho použití je výhodné pro veřejné plovárny nebo lázně. Tam přináší úsporu oproti použití primárních paliv.

Výkon tepelných čerpadel závisí na vnějších podmínkách. Je to patrné již z důvodu, že zdroje nízkopotenciálního tepla jsou mnohdy velmi proměnlivých vlastností. Primární paliva jako plyn, elektřina nebo topný olej mají zaručenou stabilní dodávku a stálé vlastnosti. Teplota spodní vody se pohybuje kolem 10 stupňů Celsia po celý rok. U půdních kolektorů a zemních sond dochází k pomalému ochlazování okolí. Teplota vzduchu přes rok výrazně kolísá a tím i tepelný výkon zařízení. Jejich použití je výhodné v průmyslových aplikacích, kde mohou využívat technologického nebo odpadního tepla.

Jaký nízkopotenciální zdroj tepla zvolit? Nebudeme zastírat, že záleží na místních podmínkách a možnostech, ale také na rentabilitě a výhodnosti celé akce. Kalkulujeme cenu tepla a zvažujeme návratnost a životnost. I když s t

Komentáře

Načítám komentáře...

  • Stavba
  • Autor:
  • Vydáno:

Doporučujeme

Hledáte spolehlivou firmu na sádrokartony?

Zadejte si poptávku v kategoriích: sádrokartony,stavby,čerpadla.
Najdeme Vám ověřené firmy a řemeslníky s referencemi od zákazníků jako například: Půda v novém kabátě......., Designové úpravy , sádrokartony - podkroví.