Tepelná čerpadla

Většina lidí má ve svých domovech obrácené tepelné čerpadlo, aniž by to věděli. Chladnička, popř. mraznička fungují jako tepelné čerpadlo, pouze s tím rozdílem, že je otočená využívaná strana. Zatímco se u chladničky využívá "studená" strana, používá se u tepelného čerpadla převážně "teplá" strana. Tepelné čerpadlo odebírá z okolního prostředí (země, voda nebo vzduch) teplo, "vyčerpá" ho na vyšší teplotu a následně předává toto "teplo vyšší úrovně" topnému systému. To všechno probíhá v jednom uzavřeném okruhu, ve kterém cirkuluje chladivo.

Hlavními prvky tohoto okruhu jsou výparník, kompresor, kondenzátor a expanzní ventil. Jednotlivé součásti mají následující úkoly:
Výparník
Výparník je stejně jako kondenzátor výměníkem tepla, jehož úkolem je výměna tepelné energie. Výparníkem proudí za nízkého tlaku a nízké teploty chladící médium. Přitom absorbuje teplo z okolního prostředí (zdroj tepla) a odpařuje se. To předpokládá, že teplota zdroje tepla je vyšší, než teplota chladícího média, neboť jinak by nedocházelo k přenosu tepla (2. termodynamická věta: "Teplo nemůže samovolně přecházet od tělesa s nízkou teplotou k tělesu s vyšší teplotou").
Kompresor
Kompresor, nazývaný často také jako dmychadlo, má za úkol nasávat odpařené chladící médium z výparníku a zvyšovat jeho tlak a teplotu. K tomu potřebuje kompresor energii pro vlastní pohon, aby měl dostatečný stlačovací výkon. Tato hnací energie je obvykle zajišťována elektřinou z veřejné rozvodné sítě. Přehřátá pára chladícího média proudí po stlačení do kondenzátoru.
Kondenzátor
V kondenzátoru, nazývaném často také zkapalňovač, předává přehřáté chladící médium tepelnou energii chladnějšímu teplonosnému médiu (např. topné vodě). V důsledku rozdílu teplot proudí teplo od chladícího média k teplonosnému médiu. Tím kondenzuje chladící médium (přechod ze skupenství páry do kapalného skupenství chladícího média) a ohřívá se teplonosné médium. Vysoký tlak však zůstává nadále konstantní.
Expanzní ventil
Expanzní ventil má za úkol opět snižovat vysoký tlak, který vyrobilkompresor, aby se tak snížila teplota chladícího média pod teplotuzdroje tepla, aby mohl celý cyklus začít od začátku. Kromě toho máexpanzní ventil za úkol, přivádět k výparníku tolik tepla, kolik ho lze vevýparníku přeměnit na plynné chladící médium.

Tepelné čerpadlo má v zásadě za úkol vyrábět teplo. To pak může být v závislosti na instalaci a použití používáno k ohřívání topné nebo pitné vody.

Pro efektivní a trvalý provoz potřebuje tepelné čerpadlo zdroj tepla, který dává k dispozici teplo v dostatečném množství a na vhodné teplotní úrovni. Čím vyšší je teplota tepelného čerpadla (max. do 25 °C), o to vyšší je topný výkon, a o to efektivněji může tepelné čerpadlo v případě vytápění pracovat.
K tomu se v oblasti obytných budov hodí v zásadě tři zdroje tepla - země, voda nebo vzduch. Všechny tři zdroje tepla mají své opodstatnění a je nutno je důkladně zvážit v závislosti na lokalitě, disponibilitě a požadavcích tepelného čerpadla.

Země
Země může naakumulovat velká množství solární energie. Tuto energii absorbuje země buď přímo ze slunečního záření, nebo ji přijímá v podobě deště nebo ze vzduchu. Energii akumulovanou v zemi lze získávat pomocí zemních kolektorů, zemních sond nebo energetických
pilotů a přivádět ji tepelnému čerpadlu.

Voda
Spodní voda je díky své vysoké a konstantní teplotě vhodným zdrojem tepla pro tepelná čerpadla. Pomocí čerpací studny, která čerpá vodu z podzemí, se dostává spodní voda k tepelnému čerpadlu a tam předává část své tepelné energie. Spodní voda ale musí být k dispozici v dostatečném množství a s vhodnou teplotou, aby mohla účelně pokrýt energetickou potřebu tepelného čerpadla.

Vzduch
Vzduch je k dispozici všude v dostatečném množství. Proto je nasnadě, použít ho jako zdroj tepla pro tepelné čerpadlo. Venkovní vzduch je tepelným čerpadlem nasáván pomocí ventilátoru. Ve výparníku přenáší venkovní vzduch část svého tepla na chladící médium a přitom se ochlazuje. V závislosti na lokalitě však venkovní vzduch v průběhu roku podléhá velkým teplotním výkyvům. S těmito výkyvy se také mění topný výkon tepelného čerpadla, což je nutné zohlednit při jeho dimenzování.

BD U Jana Nepomuckého využívá tepelné čerpadlo voda – vzduch REHAU AERO

Tepelné čerpadlo REHAU AERO a jeho přednosti

• Vysoký topný faktor (COP)
• Vytápění a příprava teplé vody pomocí jednoho přístroje
• Moderní design
• K instalaci do interiéru a exteriéru
• Radiální ventilátor s regulací otáček
• Možnost flexibilního hydraulického připojení
• Velký rozsah výkonu díky široké paletě produktů
• Inteligentní, snadno ovladatelná regulace tepelného čerpadla
• Integrované oběhové čerpadlo
• Ekvitermní regulace výstupní teploty

V topném provozu je ve výměníku tepla (3) přenášeno teplo z venkovního vzduchu do chladícího média (CHM). CHM se přitom odpařuje. Radiální ventilátor zajišťuje dostatečný objemový průtok venkovního vzduchu. Odpařené CHM následně proudí nasávané kompresorem (1) skrz výměník tepla nasávaného plynu, kde se CHM ještě dodatečně ohřívá. V kompresoru se CHM za použití elektrické energie přeměňuje na vyšší tlak a teplotu. Následně se CHM dostane do výměníku tepla (2), kde je většina jeho tepla přenášena na chladnější topnou vodu a přitom kondenzuje. Na cestě k expanznímu ventilu (7) proudí kapalné chladící médium skrz sběrač chladícího média (6), vysoušeč chladícího média a výměník tepla nasávaného plynu, kde probíhá další výměna tepla mezi kapalným CHM a plynným CHM (přicházejícím od výparníku). Za expanzním ventilem se chladící médium zbaví tlaku, přitom se ochladí a putuje opět dále do výměníku tepla (3). Chladící okruh je uzavřen a může začít opět od začátku.

Následkem nižších teplot vzduchu a vysoké relativní vlhkosti vzduchu se může stát, že se výparník tepelného čerpadla vzduch / voda zanese ledem. Tím se snižuje přenosový výkon výparníku a tím účinnost tepelného čerpadla.
Z tohoto důvodu je nutné výparník podle potřeby odmrazovat. Regulace tepelného čerpadla REHAU podle charakteristik nasávaného vzduchu a podmínek v chladícím okruhu rozpozná, kdy je odmrazení potřeba. Tepelné čerpadlo je v závislosti na tom regulováno automaticky.
K rozmrazování dochází obrácením okruhu chladiva. To se provádí přepínacím ventilem (4).

Tepelné čerpadlo REHAU AERO je expedováno ve funkčním stavu, připravené k připojení a kromě jiného je vybaveno následujícími součástmi:

• Agregát tepelného čerpadla s hermetickým kompresorem Scroll chlazeným nasávaným vzduchem
• Deskový výměník tepla z nerezové oceli jako kondenzátor
• Sada výparníku s lamelovými trubkami Al/Cu
• Radiální ventilátor s regulací otáček
• Zařízení pro měkký start tepelného čerpadla
• Sběrač a vysoušeč chladiva
• Termostatický expanzní ventil
• Průhledítko (kontrolní okénko chladiva)
• Deskový výměník chladícího média
• Vysokotlaký a nízkotlaký tlakový pressostat
• Integrovaný přepínací ventil pro funkci “Odtávání”
• Regulátor odtávání integrovaný do regulace
• Čidlo nasávaného vzduchu
• Tepelné relé na ochranu kompresoru
• Tepelně izolovaný základní rám
• Opláštění, tepelně a hlukově izolované
• Oběhové čerpadlo (až po REHAU AERO 15 včetně)
• Spínací skříň regulátoru s regulací pro montáž na vnitřní stěnu
• Ohebné připojovací hadice

Tepelná čerpadla REHAU využívají energii mimořádně efektivně. Ze 100 % tepelné energie, která je přiváděna do topného systému, pochází cca 75 % bezplatně z okolního prostředí a pouze 25 % energie je nutno přivést ve formě elektrického proudu.
Toho je dosahováno použitím vysoce kvalitních a vzájemně sladěných komponentů tepelného čerpadla a systémových komponentů. Kombinací plošných systémů REHAU je díky mírným teplotám možný mimořádně úsporný provoz.