tisk ]Jak tepelné čerpadlo skutečně funguje
Princip tepelného čerpadla, paroplynový cyklus, byl popsán jíž v 19. století anglickým fyzikem Wiliamem Thomsortem, povýšeným za své zásluhy o fyziku do šlechtického stavu pod jménem lord Wíliam Kelvin.
Pro vytápění rodinných domů je nejběžnější kompresorové tepelné čerpadlo poháněné elektromotorem. Tepelné čerpadlo v principu pracuje jako chladící zařízeni, jehož hnacím prvkem je kompresor poháněný zpravidla elektromotorem. Má dvě částí - „studenou", kde se odnímá teplo nízkopotenciálnímu zdroji, a „teplou", kde se teplo odvádí, povýšené na využitelnou teplotní úroveň. Jsou zde tedy dva výměníky studený výparník a teplý kondenzátor.
Převod tepla se v tepelném čerpadle uskutečňuje pomocí pracovní látky chladiva. To je v zařízení hermeticky uzavřeno, trvale zde obíhá a cyklicky mění své skupenství. Přiváděným nízkopotenciálním teplem se ve výparníku při nízkém tlaku vypařuje. Odpařené páry nasaje kompresor a stlačí je. Tlak v teplé části okruhu se blíží dvaceti barům to je desetkrát více, než v pneumatikách osobního auta. Tím se páry jednak zahřejí na vyšší teplotu, jednak zvětší svou energii o to, co bylo dodáno k pohonu kompresoru.
Zahřáté páry o vysokém tlaku vstupují do druhého výměníku kondenzátoru. Zde předávají své teplo otopné vodě pro vytápění. Předáním tepla dojde ke kondenzaci páry v kapalinu. Kapalina má stále ještě vysoký tlak. Do potrubí je proto osazen expanzní ventil, který tlak sníží na úroveň potřebnou v sání kompresoru. S nízkým tlakem kapalné chladivo vstupuje do výparníku. Zde se odpaří, projde kompresorem a děj se neustále opakuje.
Za více jak sto let od popsání principu tepelného čerpadla se změnila součástková základna. Jednotlivé komponenty se vyznačují vysokou účinností a spolehlivostí. Šlágrem posledních let je používání kompresorů systému SCROLL. Proti tradičním pístovým kompresorům jde o stroje rotační, mají méně součástek a vyšší účinnost. V kombinaci s novými typy chladiv se tak podařilo zmenšit tradiční problém strojů -vzduch/voda. Ty při mrazivých teplotách vnějšího vzduchu nestačily s výkonem a bylo potřeba použít náhradní zdroj tepla.
Nyní pracují až do vnějších teplot okolo -15 °C. Celek se pak blíží spolehlivosti a životnosti domácích chladniček tedy zařízení, která musí pracovat deset, patnáct i více let bez údržby a bez přestávky, každý den. Tepelná čerpadla jsou vybavena jak zabezpečovacím systémem, který hlídá složité děje v paroplynovém okruhu, tak i regulací výkonu, která zvládá i navazující spotřebiče tepla topení, teplou užitkovou vodu a případně bazén.
CHLADIVA A EKOLOGIE
Chladivo použité v tepelném čerpadle je zvláštní látka. Musí splňovat ekologické, bezpečnostní i hygienické požadavky. Nedostatkem dříve používaných chladiv je napadání ozónové vrstvy Země. Nebezpečná chladiva se tak postupně vyřazují z používání.
Použité chladivo se pro uživatele tepelného čerpadla může stát rizikovým faktorem. Ta chladivá, na něž se vztahují ekologická omezení, nebudou moci časem používat ani servisní firmy. Záměna jednoho chladivá za druhé je sice možná, ale ne vždy proveditelná. Jedním z nich je stále ještě používané chladivo R22. Připomeňme si termíny zákazů používání nebezpečných chladiv z Nařízení Evropského parlamentu 2037/2000 o látkách, které způsobují vyčerpávání ozónové vrstvy Země.
od 1.1. 2004 - zákaz používání těchto chladiv v nových zařízeních
od 1.1.2010 - zákaz používání těchto chladiv pro údržbu a servis stávajících zařízení
od 1.1. 2015 - zákaz používání zařízení s těmito chladivý
Před koncem roku 2008 bude přezkoumána možnost zkrácení jednotlivých lhůt.
Je tepelné čerpadlo ekologický zdroj tepla?
Tepelné čerpadlo sice využívá zdrojů přírodního tepla, ale zároveň spotřebovává elektrickou energii. Je populární udávat topný faktor tepelných čerpadel hodnotou „tři". Elektrická energie pro pohon se vyrábí v tepelných elektrárnách, kde se účinnost využití energie pohybuje okolo 30 %. Je tedy zřejmé, že tepelné čerpadlo zvýší tuto účinnost na 90 %. To není o mnoho více, než kdybychom místo tepelného čerpadla postavili do sklepa moderní ekologický kotel a topili přímo uhlím.
PROVOZNÍ REŽIMY TEPELNÉHO ČERPADLA
Při seznámení s vnitřním uspořádáním tepelného čerpadla není možno zapomenout na to, co ovlivňuje způsob provozu a s ním i ekonomický efekt zařízení. U systému vzduch – voda se užívá pojmů bivalentní a monovalentní provoz. Co to je?
- Monovalentní provoz - tepelné čerpadlo je jediným zdrojem tepla pro budovu. Pracuje po celou dobu topné sezóny. Vhodné zvláště pro nízkoteplotní vytápěcí soustavy s teplotou otopné vody do 60 °C.
- Alternativně-bivalentní provoz - tepelné čerpadlo pracuje pouze po část topné sezóny, při největších mrazech je odstaveno. Teplo pak dodává další zdroj (kotel). Vhodné pro otopné soustavy vyžadující teplotu otopné vody do 90 °C.
- Paralelně-bivalentní provoz - tepelné čerpadlo pracuje po celou topnou sezónu, i při nejnižších teplotách. Tehdy však jeho výkon nestačí. Připojí se další zdroj tepla (kotel) a oba zdroje pracují současně.
- Částečně paralelně-bivalentní provoz - tepelné čerpadlo pracuje pouze po část topné sezóny, při největších mrazech je odstaveno. Teplo pak dodává další zdroj (kotel). Před odstavením pracují oba zdroje jistou dobu společně. Vhodné pro otopné soustavy vyžadující teplotu otopné vody do 60 °C.
Je to složité? Není se třeba bát - automatika tepelného čerpadla zařídí potřebné přepojení sama. A u levnějších zařízení... donutí majitele k přepojení zima v domě.
V zemích s vyšší kupní silou obyvatelstva se v poslední době od bivalentního provozu ustupuje. Tam, kde to jde - země/voda, voda/voda -, se způsob provozu nahrazuje monovalentním se zařízením pokrývajícím veškerou spotřebu tepla v objektu.
REGULACE
Regulace WPM řídí teplotní i časové programy pro dva topné okruhy a pro přípravu TUV vč. řízení jednoho směšovacího ventilu a řízení bivalentního zdroje vytápění. Regulátor obsahuje intergrované rozhraní RS 232 a umožňuje dálkové ovládání a poruchovou diagnostiku. Přístroj je dodáván ve dvou provedeních: předem propojeném nástěnném WPMW a pro vestavbu do rozvaděče vč. konektoru WPMS. Obě provedení obsahují v dodávce venkovní, příložné a ponorné čidlo.
TOPNÝ FAKTOR
Je základním parametrem ukazujícím účinnost tepelného čerpadla a je dán poměrem topného výkonu(získaná energie) a příkonu(využitelná energie) tepelného čerpadla.Topný faktor závisí na teplotě zdroje tepla a na teplotě při které je teplo vyprodukováno a spotřebováno.Topný faktor je tím větší, čím vyšší je teplota zdroje tepla a čím nižší je teplota při které se teplo spotřebovává.