Ako tepelné čerpadlá fungujú?

Tepelné čerpadlo odoberá energiu z exteriéru, prenáša do interiéru a využíva pre potreby domácnosti. Štandardne je vykurovací systém nízkoteplotný (do 55 °C). Tvorí ho tepelné čerpadlo a teplovodné podlahové alebo stenové vykurovanie.

Chladivo získava teplo z primárneho média/vonkajší okruh/a prechádza do kompresoru, kde je stlačené a tým sa zvýši jeho tlak i teplota. V kondenzátore (výmenníku tepla) chladivo odovzdá energiu do interiéru, ochladí sa a prejde do kvapalného stavu. Jeho energia sa tu odovzdala vykurovaciemu médiu, ktoré slúži na vykurovanie, systému ohrevu vody alebo ohrevu vzduchu.

Expanzný ventil reguluje prietok chladiva okruhom a udržiava tak tlakový rozdiel medzi jeho vysokotlakovou a nízkotlakovou časťou. Prechodom cez expanzný ventil chladivo stráca tlak a je prudko ochladené. Vo výparníku odoberie energiu vonkajšiemu prostrediu prechádza do plynného stavu a celý kolobeh sa opakuje.

Ako pracuje tepelné čerpadlo? Princíp práce tepelného čerpadla. PDF – na stiahnutie
Tepelné čerpadlá využívajú ako zdroj tepla energiu obsiahnutú v zemi, v spodnej vode alebo vo vzduchu.

Aké druhy tepelných čerpadiel poznáme?

Tepelné čerpadlá môžeme rozdeliť podľa toho, odkiaľ čerpadlo odoberá teplo a teda podľa zdroja tepelnej energie na:

Tepelné čerpadlo zem-voda (zem = kolektor -/- voda = rozvody kúrenia)

Tepelné čerpadlo zem-voda využíva ako zdroj energie teplo z pôdy /podložia/. Tento systém má vysokú účinnosť počas celého roka, je spoľahlivý a nevyžaduje takmer žiadnu údržbu. Teplonosná kvapalina cirkuluje a odoberá teplo v nezamŕzajúcej hĺbke pod povrchom pôdy, následne príde do tepelného čerpadla, kde je teplo zhodnotené a predané vykurovaciemu systému.

Tepelné čerpadlo s plošným kolektorom využíva ako zdroj tepla vrstvu zeme v hĺbke cca 1 až 1,2 m pod povrchom, kde je teplota pomerne stabilná po celý rok. V tejto hĺbke sú umiestnené hadice plošného kolektora tak, aby poskytoval dostatok tepla pre požadovaný výkon čerpadla.

Veľkosť požadovanej plochy závisí aj od výkonu tepelného čerpadla a typu pôdy. Najvyššie výkony cca 40 W/m² poskytujú hlinité pôdy plne presýtené vodou, v suchých piesčitých pôdach sa dosahujú najnižšie odoberané tepelné výkony cca 10 W/m².

Veľkosť kolektora tepelného čerpadla zem-voda

Veľkosť zemného kolektora sa počíta pri návrhu systému podľa požadovaného výkonu, polohy stavby či typu pôdy. Zjednodušene by mal byť zemný kolektor minimálne 2-krát až 3-krát väčší ako vykurovaná plocha domu.

Ak by bol zemný kolektor poddimenzovaný a mal menšiu plochu, môže to spôsobiť podchladenie zeme čím sa zhoršia podmienky pre tepelné čerpadlo a na jar mierne meškanie vegetácie. Preto je pri návrhu potrebné zaokrúhľovať plochu kolektora nahor.

Soľanka

V hadiciach zemného kolektora prúdi teplonosná kvapalina /soľanka/. Anglicky „Brine“, v dokumentácii označovaná „B“. Ide o zmes vody a soli NaCl (kuchynská soľ). Výhodou je, že zamŕza pri nižšej teplote ako čistá voda, je lacná a netoxická.

Dnes je už soľanka nahradená teplonosnou kvapalinou, ktorá chráni celý systém pred mrazom, vnútornou koróziou a predlžuje životnosť vykurovacieho systému.

Hlbinný vrt

Tepelné čerpadlá systému zem-voda môžu odoberať energiu aj z geotermálneho hlbinného vrtu, je to najúčinnejší  spôsob získavania energie tepelnými čerpadlami.

Hlbinný vrt má konštantnú teplotu a hĺbku až 120 m.

Vyžaduje minimum priestoru, hlbinný vrt je možno previesť aj na najmenších parcelách. Nevýhodou je jeho vyššia zriaďovacia cena.

Tepelné čerpadlá voda-voda

Tepelné čerpadlo voda-voda využíva ako zdroj energie teplo získané zo spodnej vody. Pri tomto tepelnom čerpadle sú potrebné dve studne a výkonné čerpadlo, ktoré čerpá spodnú vodu. Čerpadlo typu voda-voda je pomerne náročné na údržbu, s čím súvisia zvýšené prevádzkové náklady. Preto sa odporúča najmä pre stredné vyššie výkony. Je účinné počas celého roka, nepotrebuje priestor pre plošný kolektor. Využíva sa hlavne v oblastiach s dostatkom spodnej vody a v oblastiach kde je spodná voda dostupná plytko pod povrchom pôdy.