Základní pojmy

Nerozumíte některým výrazům a pojmům. Nevadí, zde si pár základních vysvětlíme.

Tepelná čerpadla - základní pojmy

Nerozumíte některým pojmům z oblasti tepelných čerpadel? Nevadí. Rádi vám vše vysvětlíme v následujících řádcích. Takže začínáme.

Označení tepelných čerpadel

Tepelná čerpadla označujeme stylem "odkud je teplo odebíráno (zdroj tepla) / jaké pracovní látce je předáno". V praxi to znamená, že tepelné čerpadlo vzduch / voda, odebírá nízkopotencionální teplo ze vzduchu a předává ho do vody (topná soustava, teplá užitková voda). Z tohoto principu značení, můžeme jednoduše odvodit, jak tepelná čerpadla rozdělujeme.

  • tepelná čerpadla země / voda, kde zdrojem je buď půdní vrstva (plošný kolektor), nebo suché zemské teplo hornin (zemní vrty) takzvaná geotermální energie
  • tepelná čerpadla voda / voda, kde zdrojem je buď povrchová, nebo podzemní voda
  • tepelná čerpadla vzduch / voda, kde zdrojem je vzduch
  • tepelná čerpadla vzduch / vzduch, zdrojem je opět vzduch, pouze požadovaný prostor je vytápěn zase přímo vzduchem

Z čeho se tepelné čerpadlo skládá: 

  • Primární okruh – část, která zprostředkovává přívod nízkopotencionálního tepla ze zdroje do výparníku. Můžeme se setkat s otevřeným primárním okruhem, kdy je teplo odebíráno přímo ze zdroje nizkopotencionálního tepla. To znamená, že ochlazovaný vzduch nebo voda ze zdroje prochází přímo výměníkem na primární straně tepelného čerpadla. Druhou variantou je uzavřený primární okruh, který teplo ze zdroje nízkopotencionálního tepla odebírá pomocí kolektorů. Pomocí  proudící kapaliny v kolektorech se přenáší teplo k výměníku na primární straně.
  • Chladivový okruh – hlavní část, která zajišťuje „přečerpání“ energie na vyšší teplotní úroveň. Druhy kapalin používané v tomto okruhu jsou stejné, jako druhy kapalin používané u chladniček, proto se nazývají chladiva. Z toho také plyne název okruhu.
  • Sekundární okruh – část, která slouží k rozvodu tepla pro vytápění.

Topný faktor tepelného čerpadla

Měřítkem energetické efektivity tepelného čerpadla je poměr celkové výstupní energie a el. energie pro pohon tepelného čerpadla. Tento poměr je nazýván topným faktorem. Pro jeho označení se používá zkratka COP (Coefficient of Performance). Topný faktor je bezrozměrné číslo, jehož velikost se pohybuje podle druhu tepelného čerpadla a provozních podmínek běžně v mezích 2,5 – 5, za mimořádně příznivých podmínek i více.

V současnosti se spíše používá provozní (průměrný) topný faktor za celou topnou sezonu. Důvodem je zejména skutečnost, že hodnota topného faktoru se neustále mění dle provozních podmínek a nelze tak objektivně srovnat dvě různá tepelná čerpadla.

Co a jak příznivě ovlivňuje topný faktor

  • Co nejvyšší teplota nízkoteplotního zdroje, ze kterého je teplo odebíráno (vzduch, země a voda). Z tohoto pohledu je nejzajímavější jako zdroj tepla podzemní voda (geotermální prameny).
  • Co nejnižší teplota v topné soustavě. Nejvhodnější je z tohoto pohledu podlahové vytápění.
  • Dále topný faktor ovlivňuje konstrukce a provedení tepelného čerpadla a také typ použitého chladiva. Tyto faktory ovlivňuje výrobce.

Expanzní ventil

Často bývá také nazýván vstřikovacím ventilem. Úkol expanzního ventilu je vstřikovat požadované množství kapalného chladiva do výparníku tak, aby byl správně plněn. Konstrukce expanzního ventilu je víceméně stálá a liší se pouze detaily u jednotlivých výrobců. Expanzní ventil je nejčastěji řízen pomocí teplotního čidla (někdy je nazýváno jako "tykavka"), které reaguje na teplotu v chladivovém okruhu a dle potřeby otvírá či přivírá expanzní ventil.

V poslední době se hodně setkáváme s elektronicky řízenými expanzními ventily. Princip je stále stejný pouze místo teplotního čidla otvírání a přivírání ventilu řídí elektronika. Ta sbírá data z celého chladivového okruhu a na základě získaných informací ovládá expanzní ventil.

Výměníky tepla

Výměník tepla slouží k přenosu neboli výměně tepla z jednoho média na druhé tak, aby nedošlo k jejich kontaktu. Pro výměnu tepla platí druhá termodynamická věta, která říká, že teplo se předává pouze z prostředí o vyšší teplotě do prostředí o nižší teplotě.

V tepelném čerpadle slouží výměníky k přenosu tepla ze zdroje nízkopotencionálního tepla (voda, vzduch, země) do chladiva v primárním okruhu a z chladiva do vody v topném systému - sekundární okruh. Výměníky podle použití nazýváme buď výparníky, nebo kondenzátory.

Existuje mnoho druhů výměníků. V tepelných čerpadlech se setkáváme nejčastěji s výměníky deskovými a trubkovými u čerpadel  voda / voda a země / voda. U vzduchových čerpadel jsou to zase lamelové výměníky, které jsou doplněny o ventilátor.

Kompresor

Kompresor je srdce tepelného čerpadla. Slouží ke stlačování par chladiva, které vznikají ve výparníku. Stlačené páry se silně zahřejí a vedou horké páry do kondenzátoru. Tam dochází k přenosu tepla do topné soustavy a chladivo zde zkapalní (zkondenzuje).

Teploty nasávaných par se pohybují obvykle v rozmezí -20°C až 10°C a výtlačné teploty zase v rozmezí 60°C až 100°C. Velmi důležitým faktorem každého kompresoru je sací výkon, který se udává v m3/h přečerpaného plynu.

Chladivo

Chladivo je teplosměnné médium, které je v tepelných čerpadlech nositelem tepelné energie. Chladiv je mnoho druhů, ale ne všechny jsou vhodná pro tepelná čerpadla. My se podíváme podrobněji na ty, které se používají v tepelných čerpadlech nejčastěji.

Chladiva se rozdělují na azeotropní a zeotropní. Nás zajímají zeotropní chladiva, která se skládají většinou ze směsi dvou až čtyř druhů chladiv. V tepelných čerpadlech se nejčastěji setkáváme s chladivy s označením R407c a R410a.

Chladivo R407c - patří do skupiny HFC, jde o směs ve složení R32 / R25 / R143a v poměru 23/25/52. Používá se pouze s polyesterovými oleji. Je velmi často používáno v tepelných čerpadlech země / voda a voda / voda.
Chladivo R410a - patří také do skupiny HFC, jde o směs R32 / R125 v poměru 1:1. Používá se také pouze s polyesterovými oleji. Díky vyšším tlakům má vyšší chladící faktor, ale jsou potřeba modifikované kompresory a kondenzátory, které umí pracovat ve vyšších tlacích.

 

Nízkopotencionální tepelná energie

Za nízkopotencionální energii považujeme energii obsaženou v látkách o nízké teplotě, která se nehodí pro přímé použití. Pokud se bavíme o tepelných čerpadlech, jako zdroj této energie je používán vzduch, voda a povrchová vrstva Země.

 

Solanka

Nemrznoucí směsi se obecně říká solanka bez ohledu na její složení. Mělo by jít o ekologicky nezávadnou látku. Pro účely tepelných čerpadel se nejčastěji používají tyto druhy nemrznoucích směsí:

  • Ployetylenglykol a voda - směs  v poměru 30% polyetylenglykol a 70% voda. V tomto poměru vhodná do -15°C. Směs je jedovatá a má nižší tepelnou kapacitu, proto se spíše používají
  • Polypropylenglykol - stejný poměr, ale tento roztok není jedovatý
  • Alkohol a voda v poměru 25% etylalkoholu a 75% vody

Základní pojmy už znám a teď chci tepelné čerpadlo