Jedním z ekologicky čistých způsobů
získávání tepelné energie je využití tepelného čerpadla. Vzhledem k vývoji cen
energie se i v Čechách začínají ekonomicky prosazovat jako zdroje tepla pro
vytápění a ohřev teplé užitkové vody. Tato zařízení byla u nás donedávna
vzácností, zatím co v zemích s rozvinutou tržní
ekonomikou jsou běžnou záležitostí. Z tohoto důvodu lze očekávat prudký vzrůst
popularity těchto čerpadel i u nás. Principiálně pracují kompresorová čerpadla
jako kompresorové chladničky. U chladících zařízení je teplo odnímáno chlazenému
prostoru vypařujícím se chladivem ve výparníku a
po stlačení v kompresoru na vyšší teplotu je toto teplo předáváno do okolí při
kondenzaci chladiva kondenzátorem. Tepelné čerpadlo pracuje podobně s tím rozdílem,
že výparné teplo je odnímáno vhodnému zdroji nízkopotenciální energie a kondenzační teplo je dále využíváno. Z
uvedeného je zřejmé, čím se tepelné čerpadlo odlišuje od klasických zdrojů
tepla, používaných při vytápění - tepelné čerpadlo nezískává teplo přeměnou
jiné energie (např. elektrické, nebo fosilní - spalováním
paliva), ale převádí jej z ochlazovaného zdroje nízkopotenciální energie. Vzhledem
k podobnosti tepelného čerpadla a chladícího zařízení je lze také využívat k
chlazení, popřípadě k chlazení i vytápění součastně.
Z hlediska hodnocení termodynamického
systému vytápění je důležitý poměr mezi tepelným výkonem kondenzátoru a
elektrickým příkonem kompresoru. Tento poměr se nazývá topný faktor. Lze říci,
že topný faktor se zvětšuje při zmenšujícím se rozdílu mezi teplotou kondenzace a
vypařováním chladiva. Z hlediska ekonomiky provozu
je tedy vhodné volit zdroj volit zdroj nízkopotenciální energie o co nejvyšší
teplotě a tepelnou energii využívat při nižších teplotách (např. při podlahovém
vytápění). Vzhledem k nízkému elektrickému příkonu čerpadla je jeho použití vhodné v oblastech s vytíženou elektrorozvodnou
sítí.
Při použití půdy jako nízkopotencionálního zdroje energie je
teplo odnímáno pomocí plošného zemního kolektoru, což může být polyetylenová
trubka, uložená asi 1,5 m hluboko (podle charakteru horniny) v rozteči jednoho metru.
Existují však i jiné druhy zemních kolektorů. Zemní kolektor je třeba navrhnout
tak, aby odnímáním tepla půdě nemělo vliv na rostliny. Velkou výhodou tohoto zdroje
jsou jeho poměrně nízké pořizovací náklady. Nevýhodou je nutnost rozrýt velkou plochu (asi 2-3 násobek vytápěné plochy),
což někdy není možné (např. kvůli stromům). Druhou nevýhodou je pokles teploty
půdy v době potřeby největšího příkonu pro vytápění (a tím i zhoršení
pracovních parametrů stroje). Plocha se zemním
kolektorem by měla být co nejméně zastíněna, ideální je jižní svah.
Odnímání tepla při povrchové vrstvě zemské kůry probíhá z
povrchu zemního vrtu pomocí zemních sond. Zemní sonda je tvořena svazkem
polyetylenových trubek ve tvaru vlásenek, který po spojení s oběhovým čerpadlem a
výparníkem čerpadla tvoří uzavřený kruh, naplněný nemrznoucí směsí (např.
voda s monopropylenglykolem nebo alkoholem). Tento způsob lze použít téměř všude.
Podmínkou je, aby se vrt alespoň částečně zavodnil. Výhodou je poměrně vysoká stálá teplota zdroje nízkopotenciální energie během
roku. Nevýhodou jsou vysoké pořizovací náklady, uvážíme-li, že například pro
vytápění rodinného domku je potřeba použít vrt o průměru 12 cm, hluboký kolem
100 m. Hloubka vrtu je dána výkonem čerpadla a
geologickými poměry.
Je-li v dané lokalitě k dispozici dostatečně vydatný zdroj spodní
vody, lze ho využít jako zdroj nízkopotenciální energie pro tepelné čerpadlo. V
tomto případě se voda odčerpává ponorným čerpadlem z jednoho hydrovrtu a
ochlazená ve výparníku tepelného čerpadla se do druhého hydrovrtu vrací. Tento
způsob je z hlediska provozní ekonomiky velmi výhodný, neboť náběhová teplota vody
z hydrovrtu do tepelného čerpadla má poměrně vysokou teplotu (obvykle kolem 10 °C).
Jeho použitelnost je však omezena podmínkou
dostatečné vydatnosti zdroje spodní vody (např. pro rodinný domek kolem 0,5 litru/s).
Zdrojem nízkopotenciálního tepla pro tepelné čerpadlo může být
i vnější vzduch. Výhodou tohoto systému je možnost realizace bez technického
omezení, bez budování zdroje nízkopotencionální energie. Nevýhodou jsou
zhoršující se pracovní parametry stroje s klesající venkovní teplotou. Je také
nutné mít nainstalovaný záložní zdroj tepla pro případ poklesu teploty pod bod,
kdy je stroj ještě schopen pracovat (kolem -15 °C).
U tohoto systému stojí za povšimnutí skutečnost, že teplo odebrané vnějšímu
vzduchu a "přečerpané" do vytápěného oběhu uniká stavebními
konstrukcemi zpět do vnějšího vzduchu. Z tohoto pohledu jsou tedy tepelná čerpadla
využívající venkovní vzduch velmi ekologická.
Protože popis všech používaných
způsobů získání tepla tepelnými čerpadly by přesahoval svým rozsahem rámec
generelu, omezíme se proto jen na jejich vyjmenování. Mezi používané zdroje
nízkopotenciální energie pro tepelná čerpadla patří dále povrchové vodoteče,
jezera, odpadní vzduch ze vzduchotechniky. Lze využít teplo odpadního vzduchu stájí
pro hospodářská zvířata, odpadní teplo z průmyslu apod.
Výběr optimálního řešení systému je poměrně komplikovaný a
pro daný vytápěný objekt většinou existuje více možných variant, které se liší
velikostí pořizovacích a provozních nákladů. Z těchto důvodů by volba
optimálního systému termodynamického vytápění měla vyplynout z domluvy s
investorem a spec. firmou, která se zabývá touto problematikou.
V budoucnu se jako
velmi perspektivní jeví v plynofikovaných objektech nasazení absorpčních tepelných
čerpadel. Ty mají sice menší koeficient Tč = 2, místo Tč = 3 u kompresorových, ale jsou velice spolehlivá a
bez rotačních součástí, tím pádem tichá. Při předpokládaném nárůstu ceny
zemního plynu může pokles jeho spotřeby na polovinu a tím i poloviční náklad
vynahradit investici vloženou do absorpčního tepelného čerpadla.
Û
zpět alternativní zdroje energie
