Jak funguje tepelné čerpadlo?

Tepelné čerpadlo je zařízení, které čerpá teplo z jednoho místa na druhé, a to za použití vnější práce – takto by mohla znít definice tepelného čerpadla. Principy fungování tohoto moderního způsobu vytápění jsou však o něco složitější, pojďme si je přiblížit v následujícím článku!

Tepelné čerpadlo jako lednice? Skoro!

Pro úplně nejjednodušší představu, jak ve zkratce tepelná čerpadla fungují, bychom mohli použít srovnání tepelného čerpadla a klasické lednice. Lednice totiž funguje tak, že teplejší vzduch je z jednoho místa odváděn na druhé místo. V případě lednice je to tak, že teplý vzduch z vnitřku spotřebiče je odváděn ven. To je hlavním důvodem, proč je lednice zvenku (zejména v její zadní části) výrazně teplá.

U tepelného čerpadla je to podobné, konkrétních principů fungování ale může být hned několik. Také výměna tepla je “opačná”, v případě vytápění totiž potřebujeme dostat teplo z venku dovnitř. 

Základní principy fungování tepelného čerpadla

Druhý zákon termodynamiky, se kterým jste se jistě setkali v hodinách fyziky na druhém stupni základní školy říká, že teplo se může šířit samovolně pouze z místa teplejšího na místo studenější. V této definici je důležité právě slovo “samovolně”. My už totiž víme, že s pomocí to jde i naopak, stačí dodat energii a studený vzduch dostaneme na místo teplejší.

Tepelná čerpadla fungují v podstatě na dvou přírodních zákonech:

• Teplo je v podstatě tepelná energie, kterou při kontaktu předává teplejší těleso studenějšímu. 
• Teplota je jen vnější projev energie hmoty. Pokud hmota teplo předává, její teplota klesá a pokud teplo přijímá, její teplota roste.

Jak tedy tepelné čerpadlo funguje?

Zařízení tepelného čerpadla odebírá teplo z okolní vytápěného objektu. Tím může být nejen vzduch, ale také voda nebo půda. Následně toto teplo převádí na vyšší teplotní hladinu, kterou lze objekt velmi efektivně vytápět. Tento “ohřev” tepla je možná díky kompresoru – zde se stlačí páry chladiva a dojde k zahřátí. Tento proces bychom mohli přirovnat k foukání kola pumpičkou. 

Jak je ale možné, že je tepelné čerpadlo schopné vytápět objekty také v zimě, a to klidně i ze vzduchu o teplotě -20 °C? Získání tepla ze studeného vzduchu je samozřejmě méně efektivní, ale za dodání energie je možné a stále výhodné. V tomto případě se totiž dané místo ještě více ochladí a teplo se z něj “odebere”. Toto získané teplo se pak využije právě k vytápění. 

Pro efektivnější vytápění je vhodné ve výše položených místech nebo v oblastech, kde jsou delší a intenzivnější zimy použití zemního čerpadla, které využívá teplo ze země v okolí vytápěného objektu. Jeho použití má však svá pravidla, tím nejdůležitějším je dostatečná velikost pozemku. 

Zdroje energie a druhy tepelných čerpadel

Energii mohou tedy tato zařízení využívat hned z několika zdrojů:

• vzduch
• země
• voda

Podle využití daného zdroje energie se pak tepelná čerpadla dělí na několik typů:

• tepelná čerpadla země/voda – funguje tak, že nakumulované teplo ze země je předáváno prostřednictvím speciální kapaliny do vody obíhající v potrubí. 
• tepelná čerpadla vzduch/voda – teplo se získává z okolního vzduchu, které je převáděno do topné vody. Tento typ čerpadel je při velmi nízkých teplotách méně efektivní.
• tepelná čerpadla voda/voda – pro využití tohoto zařízení je nutné disponovat dvěma studnami, jednou čerpací, druhou vsakovací. Tepelné čerpadlo získává vodu z jedné studny a převádí ji přes výparník do druhé.

tepelná čerpadla vzduch/vzduch – tato zařízení fungují v podstatě stejně jako klasická klimatizace, tedy získávají teplo ze vzduchu a vzduchem jej také rozvádějí. V zimě jsou méně efektivní, nicméně existují modely přizpůsobené celoročnímu provozu.