Princip tepelného čerpadla

Ze studny se čerpá voda, v tepelném čerpadle se ochladí a vypouští se na jinam, než do čerpané studny. Voda z topení prochází tepelným čerpadlem, kde se ohřívá jako v jiném tepelném zdroji. Potřebný průtok studniční vody je 15 l za minutu pro výstupní tepelný výkon 10 kW.

Tepelné čerpadlo je energetické zařízení, které je schopné odebrat tepelnou energii okolnímu prostředí při relativně nízké teplotě a přečerpat jí na teplotu, při které již můžeme vytápět dům, ohřívat teplou užitkovou vodu či bazén. Pro toto přečerpání je potřeba dodat tepelnému čerpadlu malý podíl elektrické energie pro pohon kompresoru, který spolu s dalšími prvky zabezpečuje správný chod tohoto zařízení.
Poměr mezi získanou tepelnou energií a dodanou elektrickou energií se nazývá topný faktor. Hodnota topného faktoru se většinou pohybuje od 3 do 5,5 - podle toho při jakých podmínkách tepelné čerpadlo pracuje. Čím vyšší je teplota zdroje (voda, zem, vzduch), tím vyšší topný faktor a větší úspory. Čím nižší je výstupní teplota, tím je opět vyšší je topný faktor. Topný faktor nám tedy ukazuje kolikrát méně protopíme energie oproti jiným zdrojům tepla. Například při tepelném výkonu 12 kW nám klasický elektrokotel za jednu hodinu spotřebuje 12 kWh energie. Tepelné čerpadlo s topným faktorem 4 za stejnou dobu spotřebuje pouze 3 kWh.

Způsoby zisku tepelné energie.

Podle toho odkud čerpáme tepelnou energii, rozlišujeme tepelná čerpadla na systémy:voda-voda (přečerpávání spodní vody ze studny). Stabilní nejteplejší zdroj - nejúčinnější země-voda (plošný kolektor nebo hlubinný vrt). Stabilní, ale chladnější zdroj - ještě dobrá účinnost vzduch-voda (odběr tepla z okolního vzduchu). Nestabilní, v době největší potřeby topit má nejnižší teplotu - nejméně účinný.

Zopakujeme si to názorně ještě jednou trochu jinak.

Všichni víme že tepelné čerpadlo je principem „obrácená lednička“, tedy venku chladí, uvnitř topí. Ale jak vlastně ta lednička chladí a hřeje??

Tedy zjednodušeně:
1. Ke změně skupenství (třeba vody na vodní páru) je potřeba dodat velké množství tepla (energie). Několikrát víc než pro ohřátí vody na 100° C. Jednoduchý pokus: na vařič dáme hrnec s vodou a ohříváme. Povšimneme si, že se voda začne vařit za chvilku, ale trvá ji hodně dlouho než se vyvaří. Aby se voda vyvařila odnímá vařiči tepelnou energii.
2. Při zpětném procesu – kondenzaci odevzdá stejně energie, kolik ji bylo zapotřebí k varu.
3. Voda na horách (při nižším tlaku) vře při nižší teplotě, v tlakovém hrnci se vaří za vyšší teploty.
4. Jako pracovní látka – chladivo se nepoužívá voda, ale látky, optimální podle teplot a tlaků, chemických vlastností a dalších.
5. V ledničce, stejně jako v tepelném čerpadle, chladivo vře při nízkém tlaku a teplotě. Při tom odnímá tepelnou energii (chladí) okolní prostředí. Třeba může chladit vodu, která se čerpá ze studny a ochlazená vypouští do trativodu.
6. Chladivo kondenzuje v tepelném čerpadle v kondenzátoru, kde odevzdává tepelnou energii vodě teplovodního vytápění.
7. Potřebné tlaky – nízký a vysoký zajišťují další součásti chladícího okruhu především kompresor a expanzní ventil.
8. Tepelné energie předané do topení je cca 75 % odebrané z vody a cca 25 % z elektrické energie. Elektrické energie se spotřebuje méně když je menší rozdíl teplot mezi teplotou zdroje a výstupní teplotou to topení. Ve spojení s podlahovým topením je podíl elektřiny 20 %, pro radiátory 30 %.
9. Nejteplejší přírodní zdroj tepla v zimě je voda ze studny 8 až 11°C. Tepelná čerpadla voda-voda jsou tedy nejúčinnější.