Tepelná čerpadlaTepelná čerpadla

Vypracoval: Jan FormanVypracoval: Jan Forman

Princip tepelných čerpadelPrincip tepelných čerpadel

• Čerpadlo pracuje na principu běžné kompresorové Čerpadlo pracuje na principu běžné kompresorové chladničky.chladničky.

• Zatímco v případě chladničky se teplo odebírá z Zatímco v případě chladničky se teplo odebírá z jejího vnitřku (potraviny), u tepelného čerpadla se jejího vnitřku (potraviny), u tepelného čerpadla se teplo získává ze vzduchu, vody nebo země. teplo získává ze vzduchu, vody nebo země.

• U chladničky se ohřívá zadní stěna, u TČ se teplo U chladničky se ohřívá zadní stěna, u TČ se teplo účelově předává do ohřevu topné vody ústředního účelově předává do ohřevu topné vody ústředního vytápění, teplé vody užitkové, ohřevu bazénů atp. vytápění, teplé vody užitkové, ohřevu bazénů atp.

Přesný popis funkce tepelného Přesný popis funkce tepelného čerpadlačerpadla

• Zařízení se skládá ze Zařízení se skládá ze čtyř základních prvků. čtyř základních prvků. Jedná se o:Jedná se o:– kompresorkompresor

– škrtící ventilškrtící ventil

– výměník-výparník výměník-výparník

– výměník-kondenzátorvýměník-kondenzátor

• Chladivo je pomocí kompresoru Chladivo je pomocí kompresoru stačeno na vyšší tlak, tím se zahřeje stačeno na vyšší tlak, tím se zahřeje na vyšší teplotu.na vyšší teplotu.

• Takto stlačené chladivo má Takto stlačené chladivo má schopnost pomocí kondenzátoru schopnost pomocí kondenzátoru své teplo odevzdat do topné své teplo odevzdat do topné soustavy. soustavy.

• Dále ochlazené chladivo proudí Dále ochlazené chladivo proudí přes škrtící ventil, za kterým prudce přes škrtící ventil, za kterým prudce poklesne tlak a teplota chladiva poklesne tlak a teplota chladiva klesne na nižší teplotu než je teplota klesne na nižší teplotu než je teplota výparníku.  výparníku. 

• Chladivo díky své nízké teplotě má Chladivo díky své nízké teplotě má schopnost ve výparníku odebrat schopnost ve výparníku odebrat teplo získané z nízkopotenciálního teplo získané z nízkopotenciálního zdroje - to je fáze kdy získáváme zdroje - to je fáze kdy získáváme teplo navíc.teplo navíc.

• Takto ohřáté chladivo je opět Takto ohřáté chladivo je opět stlačované kompresorem a zase stlačované kompresorem a zase zahřáté.   zahřáté.  

Ekonomika provozu tepelného Ekonomika provozu tepelného čerpadlačerpadla

• Podstatou ekonomické výhodnosti tepelného čerpadla je Podstatou ekonomické výhodnosti tepelného čerpadla je skutečnost, že spotřebuje-li tepelné čerpadlo na pohon motoru skutečnost, že spotřebuje-li tepelné čerpadlo na pohon motoru kompresoru 1 kWh elektrické energie, dodá nám 3x-7x víc kompresoru 1 kWh elektrické energie, dodá nám 3x-7x víc energie ve formě tepla. energie ve formě tepla.

• Poměr této výstupní energie tepelné a vstupní energie Poměr této výstupní energie tepelné a vstupní energie elektrické se nazývá topný faktor a u tepelných čerpadel se elektrické se nazývá topný faktor a u tepelných čerpadel se pohybuje zpravidla od 3 do 4, v některých případech i 7.pohybuje zpravidla od 3 do 4, v některých případech i 7.

• Proto také po instalaci tepelného čerpadla namísto Proto také po instalaci tepelného čerpadla namísto elektrického vytápění budeme platit za otop a ohřev užitkové elektrického vytápění budeme platit za otop a ohřev užitkové vody 1/3 až 1/4 původních nákladů, v příznivých případech až vody 1/3 až 1/4 původních nákladů, v příznivých případech až 1/7.1/7.

Topný faktorTopný faktor  

• Využitím tepelného čerpadla dochází k přečerpávání tepla Využitím tepelného čerpadla dochází k přečerpávání tepla z nižší teplotní hladiny (-15 až 30 z nižší teplotní hladiny (-15 až 30 ooC) do vyšší teplotní C) do vyšší teplotní hladiny (40 až 55 hladiny (40 až 55 ooC). K tomu je zapotřebí elektrické energie C). K tomu je zapotřebí elektrické energie pro pohon kompresoru. Součet příkonu a přečerpané pro pohon kompresoru. Součet příkonu a přečerpané energie dává dohromady topný výkon: energie dává dohromady topný výkon:

• εε=(Tk/(Tk-T))η =(Tk/(Tk-T))η

– kde  kde  Tk je kondenzační teplota Tk je kondenzační teplota

T je výparná teplota, počítáme k absolutní T je výparná teplota, počítáme k absolutní nule 0 K = -273,15 nule 0 K = -273,15 ooC C

η je účinnostη je účinnost

Vliv výparné teploty nízkopotenciálního zdroje na Vliv výparné teploty nízkopotenciálního zdroje na topný faktor při konstantní kondenzační teplotětopný faktor při konstantní kondenzační teplotě

Vliv kondenzační teploty topného média na topný faktor při Vliv kondenzační teploty topného média na topný faktor při konstantní teplotě nízkopotenciálního zdrojekonstantní teplotě nízkopotenciálního zdroje

• Topný faktor je tedy závislý na teplotě nízkopotenciálního zdroje energie, Topný faktor je tedy závislý na teplotě nízkopotenciálního zdroje energie, teplotě topného média, účinnosti a předávacím schopnostem výměníků. teplotě topného média, účinnosti a předávacím schopnostem výměníků.

Možnosti získávání tepla pro tepelná Možnosti získávání tepla pro tepelná čerpadlačerpadla

Teplo z povrchu zeměTeplo z povrchu země • Jeden z nejlevnějších způsobů získávání Jeden z nejlevnějších způsobů získávání

energie ze země, je využití plošného kolektoru energie ze země, je využití plošného kolektoru umístěného v okolí domu. Kolektor je umístěného v okolí domu. Kolektor je proveden z plastových trubek uložených v proveden z plastových trubek uložených v nezámrzné hloubce 1 až 1,2 m s roztečí 1 m od nezámrzné hloubce 1 až 1,2 m s roztečí 1 m od sebe. Země ohřívá medium protékající v sebe. Země ohřívá medium protékající v kolektoru o několik stupňů a tepelné čerpadlo kolektoru o několik stupňů a tepelné čerpadlo převádí tuto energii na teplo pro Váš domov. převádí tuto energii na teplo pro Váš domov.

• Velikost plošného kolektoru pro vytápění Velikost plošného kolektoru pro vytápění běžně velkých rodinných domů se pohybuje v běžně velkých rodinných domů se pohybuje v rozpětí 250 - 400 m². Podmínkou pro rozpětí 250 - 400 m². Podmínkou pro provedení plošného kolektoru je dostatečná provedení plošného kolektoru je dostatečná velikost pozemku. Správně dimenzovaný a velikost pozemku. Správně dimenzovaný a provedený zemní kolektor nemá vliv na provedený zemní kolektor nemá vliv na vegetaci na zahradě.vegetaci na zahradě.

Teplo z hloubky zeměTeplo z hloubky země • Nejčastěji používaným způsobem odběru tepla Nejčastěji používaným způsobem odběru tepla

je odběr z hloubkového vrtu. Využívá se je odběr z hloubkového vrtu. Využívá se přitom faktu, že v hloubce jen několik málo přitom faktu, že v hloubce jen několik málo metrů pod zemským povrchem je teplota po metrů pod zemským povrchem je teplota po celý rok konstantní. Ve vrtu o průměru 16 cm celý rok konstantní. Ve vrtu o průměru 16 cm je vložena plastová sonda, kterou protéká je vložena plastová sonda, kterou protéká nemrznoucí směs. Po vložení sondy se vrt nemrznoucí směs. Po vložení sondy se vrt zasype. Vrtné práce lze provádět v jakémkoliv zasype. Vrtné práce lze provádět v jakémkoliv podloží. podloží.

• Hloubky vrtu pro vytápění běžně velkých Hloubky vrtu pro vytápění běžně velkých rodinných domů se pohybují v rozpětí od 70 do rodinných domů se pohybují v rozpětí od 70 do 120 m. Vrt lze v letním období velmi 120 m. Vrt lze v letním období velmi jednoduše využít i jako velmi levný zdroj jednoduše využít i jako velmi levný zdroj chladu pro klimatizaci domu.chladu pro klimatizaci domu.

Teplo z venkovního vzduchuTeplo z venkovního vzduchu • Tam kde nelze z prostorových důvodů Tam kde nelze z prostorových důvodů

umístit plošný kolektor ani vrt, lze umístit plošný kolektor ani vrt, lze odebírat teplo z venkovního vzduchu. odebírat teplo z venkovního vzduchu. Tato vzduchová tepelná čerpadla se Tato vzduchová tepelná čerpadla se velmi snadno instalují a odpadají velmi snadno instalují a odpadají veškeré zemní práce. Zařízení může být veškeré zemní práce. Zařízení může být umístěno v zahradě, na terase nebo na umístěno v zahradě, na terase nebo na střeše vytápěného objektu. střeše vytápěného objektu.

• Podle provedení pracují tato zařízení až Podle provedení pracují tato zařízení až do venkovní teploty -20°C. U kvalitních do venkovní teploty -20°C. U kvalitních vzduchových čerpadel se průměrný vzduchových čerpadel se průměrný roční topný faktor přibližuje topnému roční topný faktor přibližuje topnému faktoru čerpadel odebírající teplo ze faktoru čerpadel odebírající teplo ze země.země.

Teplo z vodyTeplo z vody • Pokud máte na svém pozemku studnu s Pokud máte na svém pozemku studnu s

dostatkem spodní vody, může být také využita dostatkem spodní vody, může být také využita jako zdroj termální energie. Spodní voda se ze jako zdroj termální energie. Spodní voda se ze studny vyčerpává, v tepelném čerpadle se jí studny vyčerpává, v tepelném čerpadle se jí odebere teplo a ochlazená se pak vrátí do země odebere teplo a ochlazená se pak vrátí do země ve druhé - vsakovací studni. ve druhé - vsakovací studni.

• Tepelná čerpadla pracující se spodní vodou Tepelná čerpadla pracující se spodní vodou dosahují největších topných faktorů, které dosahují největších topných faktorů, které mohou při kombinaci s podlahovým topením v mohou při kombinaci s podlahovým topením v domě dosahovat až na hodnotu 6. Pro běžně domě dosahovat až na hodnotu 6. Pro běžně velký rodinný dům je potřebná studna s čistou velký rodinný dům je potřebná studna s čistou vodou s ověřenou vydatností 1 800 l/hodinu. vodou s ověřenou vydatností 1 800 l/hodinu. Druhou možností je využití tepla z povrchové Druhou možností je využití tepla z povrchové vody, kdy se například na dno rybníka či jiného vody, kdy se například na dno rybníka či jiného vodního zdroje položí plastové hadice, pomocí vodního zdroje položí plastové hadice, pomocí kterých se teplo odebírá.kterých se teplo odebírá.

Teplo z větracího vzduchuTeplo z větracího vzduchu • U nově postavených a perfektně tepelně izolovaných U nově postavených a perfektně tepelně izolovaných

domů tvoří energie pro ohřev vzduchu na větrání až domů tvoří energie pro ohřev vzduchu na větrání až 40% celkové spotřeby energie na vytápění. Velmi 40% celkové spotřeby energie na vytápění. Velmi efektivní možností jak tuto energii využít, je instalace efektivní možností jak tuto energii využít, je instalace tepelného čerpadla, které dokáže toto teplo odebírat tepelného čerpadla, které dokáže toto teplo odebírat přímo ze vzduchotechnického potrubí. Lze použít přímo ze vzduchotechnického potrubí. Lze použít speciální tepelné čerpadlo s výkonem 1,5 až 2 kW, speciální tepelné čerpadlo s výkonem 1,5 až 2 kW, které odebírá teplo pouze z odpadního vzduchu, nebo které odebírá teplo pouze z odpadního vzduchu, nebo výkonnější tepelná čerpadla, které odebírají navíc výkonnější tepelná čerpadla, které odebírají navíc teplo z vrtu nebo kolektoru. teplo z vrtu nebo kolektoru.

• Právě kombinace využívání tepla odpadního vzduchu Právě kombinace využívání tepla odpadního vzduchu a tepla z plošného kolektoru zásadně zefektivňuje a tepla z plošného kolektoru zásadně zefektivňuje účinek tepelného čerpadla. Teplo z odpadního účinek tepelného čerpadla. Teplo z odpadního vzduchuje je v době chodu tepelného čerpadla vzduchuje je v době chodu tepelného čerpadla maximálně využito. Když není potřeba vytápět nebo maximálně využito. Když není potřeba vytápět nebo ohřívat, je nadbytečné teplo z větracího vzduchu ohřívat, je nadbytečné teplo z větracího vzduchu uloženo do podzemní smyčky. Díky tomu je teplota uloženo do podzemní smyčky. Díky tomu je teplota zemního kolektoru stále vysoká a tepelné čerpadlo zemního kolektoru stále vysoká a tepelné čerpadlo pracuje celoročně s vysokým topným faktorem.pracuje celoročně s vysokým topným faktorem.

ZávěremZávěrem

• Tepelná čerpadla se řadí mezi alternativní zdroje Tepelná čerpadla se řadí mezi alternativní zdroje energie, protože umožňují odnímat teplo z okolního energie, protože umožňují odnímat teplo z okolního prostředí (vody, vzduchu nebo země), převádět ho na prostředí (vody, vzduchu nebo země), převádět ho na vyšší teplotní hladinu a následně účelně využít pro vyšší teplotní hladinu a následně účelně využít pro vytápění nebo ohřev teplé vody. Tím snižují náklady vytápění nebo ohřev teplé vody. Tím snižují náklady na vytápění až o 6/7. A šetří tím životní prostředí,což na vytápění až o 6/7. A šetří tím životní prostředí,což je v dnešní době nesmírný klad. je v dnešní době nesmírný klad.

• Pořizovací náklady jsou ale značně vysoké, pohybují Pořizovací náklady jsou ale značně vysoké, pohybují se při tepelném výkonu 20kWh kolem 200 000kč pro se při tepelném výkonu 20kWh kolem 200 000kč pro princip voda/voda a kolem 350 000kč pro princip princip voda/voda a kolem 350 000kč pro princip vzduch/voda.vzduch/voda.