Tepelné čerpadlo funguje na stejném principu jako lednička, u které je teplo také odváděno ze studeného výparníku na teplejší místo. Podívejme se na to, jak se dá tepelné čerpadlo efektivně využít.
V tepelných čerpadlech fungují zákony přírody
U tepelných čerpadel jde o technickou aplikaci dvou důležitých přírodních jevů. Je třeba si uvědomit rozdíl mezi často zaměňovanými pojmy, jako je teplo a teplota.
- Teplo je tepelná energie, kterou při kontaktu předává teplejší těleso studenějšímu.
- Teplota je pouze vnějším projevem energie hmoty. Jakmile hmota teplo předává, začne její teplota klesat a pokud ho přijímá, její teplota stoupá.
Změna teploty při přeměně skupenství
Prvním přírodním jevem využitým u tepelných čerpadel je změna teploty při přeměně skupenství. Existují 3 skupenství vody, tedy led, voda a vodní pára. Teplota varu vody je 100 °C za normálního atmosférického tlaku – 101,325 kPa.
V nadmořské výšce nad 8 000 m, kde je tlak o dost nižší než u moře a voda vaří při 80 °C. Umíme regulovat teplotu varu a kondenzace neboli zkapalňování látek změnou tlaku. Při vyšším tlaku je teplota varu vyšší a při nižším tlaku nižší.
Tepelné chování látek při změně skupenství
Druhým přírodním jevem je tepelné chování látek při změně skupenství. Nejlépe se cítíme klidní a vyrovnaní. Energii si zvyšujeme spánkem či stravou a snižujeme pohybem. Do neutrálního stavu s okolím se snaží dostat veškeré látky v přírodě.
U všech látek je kapalné skupenství energeticky vyšší než pevné a plynné je vyšší než kapalné. Pro přechod z kapaliny na plynného je třeba dodat energii.
Voda začne vřít při dodání energie tepla. Ohříváme led, vznikne kapalina, pak pára a následně přejde ze stavu plynného do kapalného, kdy energii odevzdává v podobě kondenzačního a výparného tepla.
Jak funguje tepelné čerpadlo
Tepelné čerpadlo pracuje jako cyklický tepelný stroj. Proces probíhá v uzavřeném okruhu a děje se periodicky opakují.
Teplonosné médium je látka, která se vypařuje, odebírá teplo ze zdroje, pak kondenzuje a předává naakumulované teplo. Funguje jako přenašeč tepla a proudí v kapalném stavu ke zdroji tepla. Tím je podzemní voda, vzduch nebo půda. Médium je v rovnováze s okolím a při daném tlaku a teplotě nemění stav.
V místě, kde se získává teplo, náhle snížíme tlak média pomocí expanzního ventilu. Pokles tlaku způsobí pokles teploty vypařování média pod teplotu zdroje energie, médium během vypařování začne odebírat teplo z okolí a akumulovat ho.
Médium v plynném stavu i s naakumulovanou energií vedeme k místu, kde energii zužitkujeme, třeba k akumulačnímu zásobníku vody. Tam zvýšíme tlak pomocí kompresoru, teplota kondenzace média vzroste nad teplotu v zásobníku a médium kondenzuje. Naakumulované teplo při vypaření přechází do vody v zásobníku.
Odevzdané teplo způsobí nárůst teploty okolí a zahřeje vodu, kterou třeba vytápíme a ze zásobníku rozvádíme do topení apod. Po kondenzaci a předání tepla se médium dostane znovu do výchozího stavu a cyklus se opakuje. Na principu tepelného čerpadla můžete díky klimatizaci také ochladit byt.
Tepelné čerpadlo
Tepelné čerpadlo je cyklicky pracující tepelný stroj, kterým pomocí vhodné změny tlaku média řídíme jeho odpařování a kondenzaci, díky čemuž lze s pomocí kompresoru přenášet energii z místa s nižší teplotou na místo s vyšší teplotou. Zužitkujeme tak dostupné ekologické zdroje s velkou energií a nízkou teplotou.
