Tepelné čerpadlo je stroj, čerpající teplo z jednoho místa na místo jiné s vynaložením vnější práce. Využívá fyzikálního principu skokového zvýšení teploty média při jeho stlačení a předávání tepelného potenciálu malých teplotních rozdílů do prostředí s vyšší teplotou.
Postupným přidáváním malých dávek tepelných přírůstků dosahuje tepelné čerpadlo pozvolného růstu teploty ve vytápěném objektu až na požadovanou teplotu tepelného komfortu.
Jak fungují tepelná čerpadla
Tepelná čerpadla pracují na stejném principu jako všem známé chladničky – z jednoho prostoru odebírají teplo (u chladničky z vnitřního prostoru s potravinami, kde vzniká chlad) a do druhého prostoru je vydávají (u chladničky se projevuje tak, že vzadu na mřížce topí). S jediným rozdílem – tepelná čerpadla fungují přesně obráceně. Tepelné čerpadlo odebírá teplo vodě, vzduchu nebo zemi a prostřednictvím otopných těles je pak předává do vytápěných místností. Tepelná čerpadla – princip činnostiPrincip tepelného čerpadla přesně vystihuje vedlejší obrázek. Jádrem celého systému jsou kompresor, kondenzátor a výparníky. Jak to vlastně funguje ?
Princip tepelného čerpadla je znám velmi dlouho a již po desítky let pomocí něj fungují chladničky, mrazničky anebo třeba klimatizace. Využívá obráceného Carnotova cyklu, tedy podobně jako tepelné motory, jenže obráceně. V uzavřeném okruhu je napuštěno chladivo, tedy látka, která v potřebném teplotním rozmezí a při definovaných tlacích nabývá buďto kapalného nebo plynného skupenství – což je důležité, protože právě opakovaná změna jednoho skupenství chladiva ve druhé hraje v procesu hlavní roli. Podobně jako v tepelném motoru i v systému tepelného čerpadla probíhá opakování cyklu čtyř dějů :
První děj - Vypařování : Ve výparníku ( umístěném v zemi, ve vodě nebo ve vzduchu ) odebírá chladivo teplo z okolního prostředí, čímž se chladivo zahřívá a odpařuje - mění skupenství na plynné.
Druhý děj - Komprese : V kompresoru se plynné chladivo prudce stlačí a tímto se chladivo dostane na vyšší teplotní hladinu - zvýší se jeho teplota na cca 80oC. Využije se tím fyzikálního jevu zvýšení teploty při zvýšení tlaku.
Třetí děj - Kondenzace : Ohřáté chladivo je rozvedeno po objektu, kde pomocí otopných těles (nebo například podlahového či stěnového topení) předá teplo do místnosti. Tím dojde k jeho ochlazení a kondenzaci - chladivo změní své skupenství zpět na kapalné ... a vrací se v okruhu zpátky k výparníku.
Čtvrtý děj - Expanze : Před vstupem do výparníku projde chladivo expanzním ventilem - zde dojde k expanzi chladiva a to pak putuje opět do výparníku, kde odebere teplo z okolního prostředí ... a cyklus se stále opakuje.Z uvedeného popisu je zjevné, že s využitím Carnotova cyklu jsme schopní vyhřívat dům teplotou vyšší, než jaká byla teplota okolního prostředí, ale až po kompresi chladiva. Provedení vlastní komprese pomocí kompresoru je samozřejmě možné jen s vynaložením určité práce, a tedy kompresorová jednotka je elektrickým spotřebičem a musíme počítat s náklady na její provoz. U dobře navrženého tepelného čerpadla ale je práce dodaná kompresorem jen třetinou práce, které vyvíjí a dodává do objektu celý systém tepelného čerpadla. Zbývající dvě třetiny tvoří tepelný zisk dodaný energií okolního prostředí, kterou tepelné čerpadlo přeměnilo na využitelné teplo.