Průvodce čtením
Tepelná čerpadla jsou v dnešní době velmi populární, zejména v Evropě, kde některé země usilují o zákaz instalace kamen a kotlů na fosilní paliva ve prospěch ekologičtějších možností, včetně energeticky úsporných tepelných čerpadel. (Pec ohřívá vzduch a distribuuje ho potrubím po celém domě, zatímco kotle ohřívají vodu pro ohřev teplé vody nebo páru.) Letos začala americká vláda nabízet daňové pobídky pro instalaci tepelných čerpadel, která bývají na začátku dražší než tradiční pece, ale z dlouhodobého hlediska jsou mnohem efektivnější.
V oblasti vozidel s novými energetickými zdroji vedla omezená kapacita baterií k tomu, že se průmysl obrátil k tepelným čerpadlům. Možná je tedy načase se rychle dozvědět, co tepelná čerpadla znamenají a k čemu slouží.
Jaký je nejběžnější typ tepelného čerpadla?
Vzhledem k nedávnému rozruchu vás možná překvapí, že už používátetepelné čerpadlo- pravděpodobně jich máte doma více než jedno a v autě více než jedno. Jen jim neříkáte tepelná čerpadla: používáte termíny „lednička“ nebo „klimatizace“.
Ve skutečnosti se jedná o tepelná čerpadla, což znamená, že přenášejí teplo z relativně chladného místa na relativně horké. Teplo proudí spontánně z horkého na chladné. Pokud ho ale chcete přeměnit ze studeného na teplé, musíte ho „pumpovat“. Nejlepší analogií je zde voda, která sama teče z kopce dolů, ale je třeba ji pumpovat nahoru.
Když přečerpáte teplo obsažené v nějakém druhu chladicího zásobníku (vzduch, voda atd.) do teplého zásobníku, chladicí zásobník se ochladí a teplý zásobník se zahřeje. O to vlastně vaše lednička nebo klimatizace slouží – přesouvá teplo z místa, kde není potřeba, jinam, a vám nevadí, že trochu tepla navíc promrháte.
Jak vyrobit praktický chladič s tepelným čerpadlem?
Klíčový poznatek, který přinesltepelná čerpadla přišlo na počátku 19. století, kdy si řada vynálezců, včetně Jacoba Perkinse, uvědomila, že tímto způsobem mohou něco ochladit, aniž by plýtvali těkavými kapalinami, které se odpařovaly k dosažení ochlazování. Tvrdili, že místo uvolňování těchto par do atmosféry by bylo lepší je shromažďovat, kondenzovat do kapaliny a tuto kapalinu znovu použít jako chladivo.
K tomu slouží ledničky a klimatizace. Odpařují kapalná chladiva a pomocí studené páry absorbují teplo z vnitřku ledničky nebo auta. Poté stlačují plyn, který kondenzuje zpět do kapalné formy. Tato kapalina je nyní teplejší než na začátku, takže část tepla, které obsahuje, může snadno (možná s pomocí ventilátoru) proudit do okolního prostředí – ať už venku nebo jinde v kuchyni.
Nicméně: tepelná čerpadla velmi dobře znáte; jen je pořád označujete jako klimatizace a ledničky.
A teď si udělejme další myšlenkový experiment. Pokud máte okenní klimatizaci, můžete ji dokonce provést jako skutečný experiment. Nainstalujte ji obráceně. To znamená, že její ovládací prvky nainstalujete ven z okna. Udělejte to za chladného a suchého počasí. Co se stane?
Jak se dalo očekávat, fouká studený vzduch na dvorek a uvolňuje teplo do vašeho domu. Takže stále přenáší teplo, čímž váš domov vytápí a zvyšuje jeho komfort. Jistě, ochlazuje venkovní vzduch, ale tento efekt se minimální, jakmile nejste u oken.
Nyní máte tepelné čerpadlo k vytápění domu. Nemusí to být to nejlepší řešení.tepelné čerpadlo, ale bude to fungovat. Navíc, až přijde léto, můžete ho také otočit dnem vzhůru a použít jako klimatizaci.
Samozřejmě to nedělejte. Pokud to zkusíte, nepochybně selže při prvním dešti a do regulátoru se dostane voda. Místo toho si můžete koupit komerční tepelné čerpadlo „vzduch-voda“, které k vytápění vašeho domu používá stejný princip.
Problém je samozřejmě v tom, že vodka je drahá a na ochlazení vína vám rychle dojde. I když vodku nahradíte levnějším líhem, brzy si budete stěžovat na výdaje.
Některá z těchto zařízení mají tzv. reverzní ventily, které umožňují stejnému zařízení plnit dvojí roli: mohou čerpat teplo zvenčí dovnitř nebo zevnitř ven, a zajišťovat tak jak vytápění, tak klimatizaci, jak je popsáno níže.
Proč jsou tepelná čerpadla účinnější než elektrické ohřívače?
Tepelná čerpadla jsou účinnější než elektrické ohřívače, protože k výrobě tepla nepotřebují elektřinu. Elektřina spotřebovanátepelné čerpadlogeneruje určité teplo, ale co je důležitější, čerpá teplo zvenčí do vašeho domu. Poměr tepla uvolněného do domu k energii odeslané do elektrického kompresoru se nazývá topný faktor neboli COP.
Jednoduchý elektrický ohřívač prostor, který poskytuje veškeré teplo generované elektrickým topným tělesem, má COP 1. Na druhou stranu, COP tepelného čerpadla může být řádově vyšší.
COP tepelného čerpadla však není pevná hodnota. Je nepřímo úměrný teplotnímu rozdílu mezi dvěma zásobníky, ve kterých je teplo čerpáno. Pokud však čerpáte teplo z ne příliš studeného zásobníku do ne příliš vyhřáté budovy, bude COP vysoká hodnota, což znamená, že vaše tepelné čerpadlo je velmi účinné při využívání elektřiny. Pokud se však pokusíte čerpat teplo z extrémně studeného zásobníku do již vyhřáté budovy, hodnota COP se sníží, což znamená, že účinnost trpí.
Výsledek je to, co intuitivně očekáváte: jako venkovní zásobník tepla je nejlepší použít to nejteplejší, co najdete.
Tepelná čerpadla vzduch-voda, která využívají venkovní vzduch jako zásobník tepla, jsou v tomto ohledu nejhorší volbou, protože venkovní vzduch je během zimní topné sezóny velmi studený. Ještě lepší jsou tepelná čerpadla země-voda (známá také jako geotermální tepelná čerpadla), protože i v zimě je země ve středních hloubkách stále poměrně teplá.
Jaký je nejlepší zdroj tepla pro tepelná čerpadla?
Problém se zdrojem pozemní energietepelná čerpadlaje, že potřebujete způsob, jak se dostat k tomuto zakopanému zásobníku tepla. Pokud máte kolem domu dostatek místa, můžete vykopat příkopy a zakopat několik trubek v rozumné hloubce, například několik metrů. Poté můžete těmito trubkami cirkulovat kapalinu (obvykle směs vody a nemrznoucí směsi), která absorbuje teplo ze země. Alternativně můžete vyvrtat hluboké otvory do země a do těchto otvorů svisle instalovat trubky. To vše však bude drahé.
Další strategií dostupnou pro hrstku šťastlivců je získávání tepla z blízké vodní plochy ponořením potrubí do vody v určité hloubce. Tato se nazývají tepelná čerpadla voda-voda. Některá tepelná čerpadla používají neobvyklejší strategii získávání tepla ze vzduchu opouštějícího budovu nebo ze solární teplé vody.
Ve velmi chladném podnebí je rozumné instalovat tepelné čerpadlo země-voda, pokud je to možné. To je pravděpodobně důvod, proč je většina tepelných čerpadel ve Švédsku (které má jeden z nejvyšších počtů tepelných čerpadel na obyvatele) tohoto typu. Ale i Švédsko má velké procento tepelných čerpadel vzduch-voda, což vyvrací běžné tvrzení (alespoň ve Spojených státech), že tepelná čerpadla jsou vhodná pouze pro vytápění domů v mírném podnebí.
Takže ať jste kdekoli, pokud si můžete dovolit vyšší počáteční náklady, až budete příště stát před rozhodnutím, jak vytápět svůj dům, zvažte použití tepelného čerpadla místo tradičních kamen nebo kotle.
Čas zveřejnění: 19. října 2023