Jak funguje tepelné čerpadlo: princip krok za krokem
Tepelné čerpadlo teplo nevyrábí spalováním ani čistě elektrickým odporem — teplo hlavně přesouvá z prostředí s nižší teplotou na vyšší teplotní úroveň. K tomu používá uzavřený chladivový okruh, kompresor a dva výměníky tepla. Princip je podobný chladničce, jen využitý opačným směrem.
Princip ve 4 krocích
- Výparník: chladivo přijímá teplo ze vzduchu, země nebo vody a odpařuje se.
- Kompresor: stlačí páru chladiva; zvýší se její tlak a teplota.
- Kondenzátor: horké chladivo předá teplo topné soustavě nebo vzduchu v budově a kondenzuje.
- Expanzní ventil: sníží tlak a teplotu chladiva, které se vrací k výparníku. Cyklus se opakuje.
Odkud tepelné čerpadlo bere teplo
Podle zdroje energie rozlišujeme několik základních variant:
- vzduch–voda: venkovní vzduch → voda topné soustavy,
- vzduch–vzduch: venkovní vzduch → vzduch v místnosti,
- země–voda: zemní kolektor nebo vrt → voda topné soustavy,
- voda–voda: vodní zdroj → voda topné soustavy.
Chladivový cyklus je podobný; liší se hlavně zdroj tepla a způsob, jak se teplo předá do budovy.
Jak může fungovat, když je venku zima?
I studený venkovní vzduch obsahuje tepelnou energii. Aby čerpadlo mohlo teplo odebrat, musí mít chladivo ve výparníku ještě nižší teplotu. Kompresor pak zvýší tlak a teplotu chladiva natolik, aby mohlo teplo předat topné vodě.
Neznamená to ale, že výkon a účinnost zůstávají stejné při každé venkovní teplotě. U vzduchových čerpadel se s mrazem mění dostupný výkon, COP a může probíhat odmrazování výparníku.
Proč spotřebuje elektřinu
Elektřinu potřebuje především kompresor, ventilátor, oběhová čerpadla a regulace. Proto může být množství dodaného tepla větší než elektrická energie odebraná ze sítě: část energie se totiž přenese z okolního prostředí.
COP není perpetuum mobile
Pokud má čerpadlo v konkrétním bodě COP 4, znamená to zjednodušeně, že na 1 kW elektrického příkonu připadá 4 kW dodaného tepelného výkonu. Rozdíl není „vyrobená energie zdarma“ — jde o teplo odebrané okolnímu prostředí.
COP a SCOP vysvětlené prakticky →
Co dělá výparník
Výparník je výměník na „studené“ straně systému. Chladivo v něm přijímá energii ze zdroje tepla a mění skupenství z kapaliny na páru. U vzduchového čerpadla přes výparník proudí venkovní vzduch pomocí ventilátoru.
Co dělá kompresor
Kompresor je klíčová elektricky poháněná část. Stlačí páru chladiva, zvýší její tlak a tím i teplotní úroveň. Moderní invertorové kompresory mohou měnit výkon v určitém rozsahu a přizpůsobovat se potřebě domu.
Co dělá kondenzátor
V kondenzátoru předá chladivo teplo do topné soustavy. U systému vzduch–voda ohřívá vodu pro radiátory, podlahové vytápění nebo zásobník teplé vody. Při předávání tepla chladivo kondenzuje zpět do kapalného stavu.
Co dělá expanzní ventil
Po kondenzátoru je chladivo stále pod vysokým tlakem. Expanzní ventil tlak prudce sníží, chladivo se ochladí a může znovu přijímat teplo ve výparníku.
Proč je důležitá teplota topné vody
Čím větší teplotní rozdíl musí tepelné čerpadlo překonat, tím náročnější je práce kompresoru. Proto bývá nízkoteplotní podlahové vytápění pro tepelné čerpadlo příznivé. U radiátorů je zásadní zjistit, jakou teplotu vody potřebují při návrhovém mrazu.
Co se děje při odmrazování
U vzduchových tepelných čerpadel může při chladném a vlhkém počasí na venkovním výměníku vznikat námraza. Řídicí systém proto v určitých situacích spustí odmrazovací cyklus. Je to normální součást provozu, ale ovlivňuje krátkodobý výkon a spotřebu.
Jak se liší vytápění a chlazení
Reverzibilní tepelné čerpadlo může změnit směr chladivového cyklu: při chlazení odebírá teplo z interiéru a předává ho ven. Konkrétní možnosti ale závisejí na konstrukci zařízení a topné/chladicí soustavě v budově.
Co princip neřekne o správném výběru
Samotné pochopení cyklu nestačí pro dimenzování. Při výběru potřebujete znát tepelnou ztrátu domu, požadovanou teplotu vody, výkon při nízké venkovní teplotě, hlučnost a servisní podmínky.
Vzduch–voda: výběr, sizing a cena celé instalace →
FAQ
Vyrábí tepelné čerpadlo teplo?
Přesnější je říct, že většinu tepla přesouvá z okolního prostředí na vyšší teplotní úroveň. Elektřina pohání tento proces.
Proč má tepelné čerpadlo kompresor?
Kompresor zvýší tlak a teplotu páry chladiva, aby mohlo chladivo předat teplo do topné soustavy.
Funguje tepelné čerpadlo pod nulou?
Ano, vzduchová čerpadla jsou navržená i pro záporné teploty. Konkrétní provozní minimum, výkon a teplota vody ale závisejí na modelu.
Je princip stejný u vzduch–voda a země–voda?
Základní chladivový cyklus ano. Liší se zdroj nízkopotenciálního tepla a konstrukce výměníků.