Aby sa kvapalina mohla odparovať, musíte jej dodať energiu. To sa dá ľahko pozorovať pri vode. Keď sa nádoba s vodou zohreje na 100 stupňov Celzia (dodá sa tepelná energia), voda sa začne odparovať. Ak sa potom pridá ďalšia tepelná energia, teplota vody sa ďalej nezvyšuje. Namiesto toho sa voda úplne premení na paru.
Ako funguje tepelné čerpadlo
Dopyt na cenovú kalkuláciuPrehľad tém
Ako funguje tepelné čerpadlo?
Tepelné čerpadlo funguje podobne ako chladnička – len v opačnom garde. Zatiaľ čo chladnička odoberá tepelnú energiu z potravín, t. j. z vnútra chladničky, a odvádza ju von, tepelné čerpadlo postupuje opačne: odoberá tepelnú energiu z prostredia mimo budovy a využíva ju na vykurovanie interiéru. Okrem vnútorného alebo vonkajšieho vzduchu dokáže tepelné čerpadlo využívať tepelnú energiu aj z podzemnej vody a zeme. A keďže teplota získaného tepla zvyčajne nepostačuje na vykurovanie budovy alebo teplej úžitkovej vody, na zvýšenie teploty sa používajú termodynamické procesy.
Proces chladivového okruhu – podstata princípu tepelného čerpadla
Bez ohľadu na to, ktorý zdroj tepla sa používa na výrobu tepla, súčasťou pracovného režimu tepelného čerpadla je vždy proces chladivového okruhu, ktorý má štyri kroky.
Ak sa plyn, napríklad vzduch, stlačí (zvýši sa tlak), zvýši sa aj jeho teplota. Môžete si to vyskúšať, ak podržíte otvor vzduchovej pumpy na bicykel zatvorený a stlačíte vzduch – valec pumpy sa zahreje.
Keďže energiu nemožno stratiť, pri kondenzácii vodnej pary sa tepelná energia, ktorá sa predtým použila na vyparovanie, opäť uvoľní.
Ak sa tlak kvapaliny pod tlakom náhle zníži, teplota výrazne klesne. To možno pozorovať napríklad na fľaši s kvapalným plynom v kempingovom plynovom variči. Ak sa otvorí ventil, na ventile fľaše s LPG sa môže vytvoriť ľad, a to aj v lete (tu sa tlak zníži z približne 30 barov na 1 bar).
Neustále opakovanie procesu
Tieto procesy prebiehajú v uzavretom okruhu v tepelnom čerpadle. Na prenos tepla sa používa kvapalina (chladivo), ktorá sa odparuje pri veľmi nízkych teplotách. Na odparovanie tejto kvapaliny sa používa tepelná energia, napríklad zo zeme alebo z vonkajšieho vzduchu. Na dodanie energie postačujú aj teploty mínus 20 stupňov Celzia. Chladná para chladiva, napríklad -20 stupňov Celzia, sa potom vysoko stlačí. Pritom sa zohreje až na teplotu 100 stupňov Celzia. Tieto pary chladiva sa kondenzujú a uvoľňujú teplo do vykurovacieho systému. Následne sa výrazne zníži tlak kvapalného chladiva. To spôsobí, že teplota kvapaliny klesne späť na pôvodnú úroveň. Proces sa môže začať od začiatku.
Princíp tepelného čerpadla na príklade vzduchového tepelného čerpadla
Najjednoduchšie je vysvetliť tento proces na príklade tepelného čerpadla so vzduchovým zdrojom: vzduchové tepelné čerpadlo môže pozostávať z jednej alebo dvoch jednotiek. V oboch prípadoch zabudovaný ventilátor aktívne nasáva okolitý vzduch a smeruje ho do výmenníka tepla. Cez výmenník tepla prúdi chladivo, ktoré pri veľmi nízkych teplotách mení svoj fyzikálny stav. Keď sa chladivo dostane do kontaktu s okolitým vzduchom, zohreje sa a postupne sa stáva parným. Na zvýšenie vzniknutého tepla na požadovanú teplotu sa používa kompresor. Tým sa para stlačí a zvýši sa tlak aj teplota pár chladiva.
Druhý výmenník tepla (kondenzátor) potom odovzdáva energiu z ohriatej pary do vykurovacieho okruhu (podlahové vykurovanie, radiátory, vykurovací zásobník a/alebo zásobník na teplú vodu). Chladivo, ktoré je stále pod tlakom, sa pritom ochladí a opäť skvapalní. Predtým, ako môže prúdiť späť do okruhu, sa chladivo najprv rozšíri v expanznom ventile. Keď dosiahne svoj pôvodný stav, chladiaci cyklus sa môže opäť spustiť.
Kompresia si vyžaduje elektrický prúd
Základnou súčasťou chladivový okruhu je kompresor. Bez kompresie sú totiž výstupné teploty príliš nízke na to, aby dokázali vykurovať budovu na príjemnú teplotu o to viac počas veľmi chladných dní s dvojcifernými mínusovými teplotami.
V praxi sa používa viacero kompresorov vrátane piestových alebo špirálových, ktoré sú poháňané elektricky. Spotreba energie na kompresiu závisí od mnohých faktorov. Patrí medzi ne potreba tepla, technológia kompresora a v neposlednom rade teplotný rozdiel medzi zdrojom tepla a vykurovacím systémom. Všeobecne platí pravidlo: čím väčší je teplotný rozdiel medzi zdrojom tepla a teplotou prietoku, tým viac musí kompresor pracovať.