Čerpadla tepelná a jejich solární zdroje
Velmi oblíbeným tématem současnosti se staly zmenšující se zásoby fosilních paliv, tedy ropy, zemního plynu a uhlí. Není divu, vždyť za jediný rok lidstvo spotřebuje takové množství těchto surovin, na jakém příroda pracovala milion let. Bohužel, jsou to suroviny, které patří mezi základní energetické (neobnovitelné) zdroje pro výrobu elektřiny, tepla, ale i pohonných látek a jiných "drobností", bez kterých by se náš život změnil k nepoznání. Nezbývá nám nic jiného, než šetřit. V Evropské unii budovy mohou až za 40% z celkové spotřeby energie. A právě v této oblasti se díky moderním technologiím, v kombinaci s využitím obnovitelných zdrojů energie, dá šetřit opravdu výrazně. Tak proč to nevyužít?
Každý, kdo už platil účty za bydlení, ví,
že vytápění a příprava teplé vody jsou ty největší položky v ročním vyúčtování nákladů. Pokud byste se zaměřili jen na svou peněženku a neřešili ekologické dopady, produkci CO 2, případně neustálý růst cen plynu, pak momentálně nejlevnější je vytápění plynem. Ne každý však má přípojku, proto musí lidé využívat i jiná paliva.Pro nás je v takovém případě stále na prvním místě uhlí a dřevo. Vytápění elektřinou je zatím nejdražší. Jen relativně nedávno začaly pronikat na náš trh technologie, které vyrábějí teplo pomocí elektrické energie, ale ne přímo z ní. Jde o tepelná čerpadla. Není to však žádná novinka, i když mnozí obyvatelé Čech se tak tváří a s nedůvěrou dívají na tato zařízení. První tepelné čerpadlo na světě sestrojil Slovák. Aurel Stodola navrhl takový způsob vytápění pro radnici v Ženevě již v roce 1928 a dodnes funguje, přičemž využívá vodu ze Ženevského jezera.
Obecně pracují tepelná čerpadla s nízkoteplotní energií
ze slunce, naakumulovanou v okolní zemi, vodě a ve vzduchu. Využívají tedy do jisté míry obnovitelné zdroje energie. Toto teplo (které by laik nazval spíše chladem) pak přeměňují na vyšší teplotní hladinu a prodávají jej dále pro potřeby vytápění a ohřevu vody. Není to ale žádné perpetuum mobile. Na takovou přeměnu chladu na teplo potřebuje zařízení energii, nejčastěji elektrickou. Jelikož nízkoteplotní energie přírody je zdarma a elektrická energie za penízky, výkonnost tepelného čerpadla je vyjádřena poměrem množství energie z okolí k množství energie potřebné k pohonu technologie.
Efektivnost tepelného čerpadla
se určuje pomocí výkonového čísla (?), Někdy označovaného také jako topný faktor COP (coefficient of performance). Je to poměr energie pracovní látky po stisknutí a energie kompresoru potřebné na stisk pracovní látky. Výsledek je přitom vždy více než 1 a pohybuje se mezi 2,5 a 4. To znamená, že z 1 kWh elektrické energie potřebné pro provoz tepelného čerpadla se dá vyrobit 2,5 až 4 kWh tepla, přičemž lze dosáhnout teploty do 60 ° C, což stačí na ohřev vody pro vytápění i přímému použití. Tepelné čerpadlo je tedy 2,5 - až 4-krát účinnější než elektrokotel. Velikost topného faktoru závisí na teplotě obnovitelných zdrojů (vzduch, voda, půda), požadované konečné výstupní teploty, fyzikálních a chemických vlastností pracovní látky a technických parametrů samotného zařízení. Z toho vyplývá, že za určitých okolností může být i větší než 4.
Jak to funguje
Tepelné čerpadlo pracuje podobně jako chladnička. Ta odebírá teplo ze svého vnitřního prostoru (z uložených potravin) a prostřednictvím chladicího okruhu ho předává do vnější části zařízení a následně vnějšímu vzduchu. Tepelné čerpadlo nemá jako zdroj tepla uložené potraviny, ale venkovní vzduch, vodu nebo zem. Tam odebere teplo, které se po průchodu celým zařízením tepelného čerpadla přečerpá na vyšší tepelnou hladinu (u tepelných čerpadel je to obvykle do 60 ° C). Tepelná čerpadla se dělí na kompresorové a sorpční, přičemž pro rodinné domy a byty jsou zajímavé ty kompresorové. Princip jejich činnosti je takový: obnovitelný zdroj tepla (vzduch, voda, půda) s nízkou energií a teplotou (vzduch více než -20 ° C, voda více než +5 ° C) předá ve výparníku svou energii a teplo pracovní látce. Ta je schopna se vypařovat i při nízkých teplotách. Pracovní látka se tedy ve výparníku změní na páru a postoupí do kompresoru.Kompresor, poháněný elektrickým proudem, páru stlačí, čímž se zvýší nejen její tlak, ale i teplota.Ohřátá pára pokračuje dále do kondenzátoru, kde předá své teplo topné vodě. Ta se následně využije pro vytápění a ohřev vody pro domácnost. Pracovní látka v parním skupenství se dále v kondenzátoru zkapalní a přes redukční ventil se vrátí znovu do výparníku. Cyklus se uzavře a může začít znovu. Význam a efektivnost tepelného čerpadla jsou dány tím, že energie, kterou je nutné vynaložit na práci kompresoru, je menší než ta, co vystoupí ze systému, a lze ji využít na topení a ohřev vody.
I když to na první pohled tak nevypadá,
všechna tepelná čerpadla, snad s výjimkou těch, co jako zdroj nízkoteplotní energie využívají geotermální vodu, využívají jako zdroj tepla slunce. Země, voda i vzduch totiž rok co rok, léto co léto čerpají teplo ze slunce, aby ho pak během topné sezóny mohli předávat. Proto se návrh plochy nízkoteplotního zdroje nesmí podcenit. Mohlo by se totiž stát, že tepelné čerpadlo bude z něj odebírat více tepla, než se stihne během slunečných dnů naakumulovat, a jeho původní teplota, se kterou se počítalo při návrhu, se časem sníží.