Princip tepelného čerpadla

Historie tepelných čerpadel

Základní myšlenku, týkající se principu tepelného čerpadla, vyslovil Lord Kelvin již v roce 1852 ve své druhé termodynamické větě. Pro pochopení funkce čerpadla je nejdůležitější část, ve které se hovoří o způsobu šíření tepla, jelikož za všech okolností se jedná o směr od teplejší ke studenější části.

První tepelné čerpadlo

První tepelné čerpadlo bylo sestrojeno v podstatě náhodou americkým vynálezcem Robert C. Webberem na konci čtyřicátých let minulého století. V okamžiku, kdy prováděl pokusy s hlubokým zamrazením, dotkl se omylem výstupního potrubí mrazícího přístroje a popálil si dlaň.

Této náhodě vděčíme za odhalení funkce tepelného čerpadla. Webber následně propojil výstup z mrazáku s bojlerem na teplou vodu. Jelikož měl stále přebytek tepla, napojil horkou vodu na potrubní smyčku a pomocí malého větráku začal vhánět teplý vzduch do domu. Následně zkusil úspěšně čerpat teplo ze země pomocí zemních kolektorů. Výsledky ho natolik příjemně překvapily, že v následujícím roce prodal svůj starý kotel na uhlí :-).

Princip a funkce tepelného čerpadla

Tepelné čerpadlo pracuje podobně jako chladnička, která odebírá teplo potravinám - chladí - a v zadní části lednice - topí. Rozdíl je pouze v tom, že tepelné čerpadlo pracuje na opačném principu s mnohem větším výkonem. Odebírá teplo vodě, vzduchu nebo zemi, a pomocí radiátorů nebo podlahového vytápění vytváří teplo.

Princip tepelného čerpadla je nejlépe zřetelný z následujícího schématu:

Chladivo kolující v tepelném čerpadle odebírá teplo ze vzduchu, vody nebo země, čímž změní skupenství z kapalného na plynné a následně se odpařuje.

Kompresor tepelného čerpadla prudce stlačí plynné chladivo ohřáté o několik stupňů, a díky fyzikálnímu principu komprese (při vyšším tlaku stoupá teplota), jako teplotní výtah znásobí malý přírůstek tepla na vyšší teplotní hladinu, která se pohybuje kolem 80°C.

Zahřáté chladivo předá pomocí druhého výměníku teplo vodě v radiátorech, následně se ochladí a zkondenzuje. Radiátory získané teplo vyzáří do místnosti a ochlazená voda v topném okruhu putuje nazpět k druhému výměníku pro opětovné ohřátí.

Chladivo putuje průchodem přes expanzní ventil nazpátek k prvnímu výměníku, kde se opět ohřeje.