Tepelné čerpadlá
Začiatky teoretických prác na tému tepelných čerpadiel a možnosti ich praktického využívania sa datujú do polovice 19. stor., keď William Thomson ( Lord Kelvin) predstavil svetu výsledky svojich prác. Prvé tepelné čerpadlo bolo skonštruované v roku 1928 slovenským rodákom Aurelom Stodolom. Rozsiahlejšie využitie tepelných čerpadiel pre vykurovanie však nastalo až so zvýšením cien energií začiatkom sedemdesiatych rokov.
Čo je tepelné čerpadlo?
Podľa druhej hlavnej vety termodynamiky prúdi tepelná energia z látky alebo predmetu s vyššou teplotou k látke alebo predmetu s teplotou nižšou. V okolitom prostredí (vzduch, voda, zem) sú obrovské prírodné zdroje energie na nízkej teplotnej úrovni. Tieto zdroje energie môžu byť využité pre vykurovanie priestorov iba vtedy, ak je ich tepelná energia prečerpaná pomocou zariadení na vyššiu teplotnú úroveň. Tepelné čerpadlá sú teda zariadenia, ktoré odoberú tepelnú energiu tepelným zdrojom, ktoré sú k dispozícii a ich tepelný potenciál nie je priamo využiteľný. Využiteľné teplo sa potom skladá z tepla, ktoré bolo zdroju tepla odobrané jeho ochladením a tepla, ktoré zodpovedá pohonnej energii.
Tepelné čerpadlo je najpoužívanejšie a najobľúbenejšie zariadenie, ktoré využíva obnoviteľné zdroje energie na vykurovanie. Pracuje na princípe odoberania tepla z okolia (t.j. vody, vzduchu, zeme či odpadového tepla), jeho prečerpaním dôjde ku zvýšeniu teploty a toto teplo je odovzdané do vykurovacieho systému. Tento proces prebieha za pomeru:
75% + 25 % = 100%
Prírodná obnoviteľná Elektrická Využiteľné teplo -
energia energia spokojný užívateľ
(pohon kompresora)
Princíp funkcie
Napriek tomu, že sa v podstate jedná o chladiace zariadenie (rovnaké ako známa chladnička), využívame ho ako zdroj tepla. V zemi, vo vode i vo vzduchu je obsiahnuté nesmierne množstvo tepla, avšak jeho nízka teplotná hladina neumožňuje jeho priame využitie pre vykurovanie alebo ohrev vody. Pokiaľ chceme využiť teplo látok o nízkej teplote (nízkopotenciálne teplo), musíme ho previesť na teplotu vyššiu. Podobne ako vodné čerpadlo prečerpáva vodu z nižšej hladiny na vyššiu, tepelné čerpadlo robí to isté s teplom.
Prakticky dochádza k tomu, že látku (zem, vodu alebo vzduch) ochladíme o niekoľko málo stupňov, čím odoberieme teplo, a túto energiu využijeme pri ohreve inej látky ako je voda v bazéne, teplá úžitková voda, či voda vo vykurovacej sústave, ktorú ohrejeme tiež o niekoľko málo °C, ale na úroveň pre nás prijateľnú. Ochladíme teda napr. pôdu v našej záhrade z 10°C na 5°C a tepelné čerpadlo zaistí ohriatie vykurovacej vody z 40°C na 45°C. Slnko spoločne s energiou akumulovanou v okolitej pôde potom zaistí dohriatie pôdy na našej záhrade späť na 10°C.
Tepelné čerpadlo pracuje na princípe uzavretého chladiaceho okruhu podobne ako chladnička. Teplo sa na jednej strane odoberá a na druhej odovzdáva. Chladnička odoberá teplo z vnútorného priestoru potravín a odovzdáva ho kondenzátorom na svojej zadnej strane do miestnosti. Požadovaným efektom je znížení teploty vo vnútornom priestore chladničky a ohrievanie vzduchu v miestnosti je nevyhnutným dôsledkom. Tepelné čerpadlo namiesto potravín ochladzuje napríklad vonkajší vzduch, zemskú kôru nebo podzemní vodu. Teplo odobrané týmto zdrojom je odovzdávané do vykurovacích systémov. Požadovaným efektom je práve zvýšenie teploty.
Na prečerpanie tepla na vyššiu teplotnú hladinu, čiže i pre prevádzku tepelného čerpadla, je potrebné dodať určité množstvo energie. Prakticky to znamená, že tepelné čerpadlo spotrebováva pre pohon kompresoru elektrickú energiu. Pretože jej množstvo nie je zanedbateľné, možno tepelné čerpadlo považovať za alternatívny zdroj tepla iba čiastočne. Samozrejme záleží na tom z čoho je elektrická energie vyrábaná, ale v našich podmienkach sa jedná väčšinou o spaľovanie uhlia alebo energiu z jadrových elektrární.
Zjednodušene je možno povedať, že tepelné čerpadlo spotrebováva približne jednu štvrtinu svojho výkonu vo forme elektrickej energie. Zostávajúce tri štvrtiny tvorí teplo, ktoré je odoberané z ochladzovanej látky (vzduchu, zeme, vody).