Čo je tepelné čerpadlo a ako tepelné čerpadlo funguje?

Systém tepelného čerpadla ako súčasť vykurovania a chladenia domu nielen ochladzuje, ale aj zabezpečuje vykurovanie. Používajú chladivá na prenos tepla z vnútorných do vonkajších priestorov a v teplejších mesiacoch odoberajú teplo z vnútorného vzduchu. Tieto systémy, inštalované mimo vášho domu a napájané elektrickou energiou, udržujú príjemnú vnútornú teplotu počas celého roka bez potreby ďalších vykurovacích systémov.

Aké sú typy tepelných čerpadiel?

Existujú 3 typy tepelných čerpadiel:

1. Vzduchové tepelné čerpadlá (ASHP):

• ASHP odoberajú teplo z vonkajšieho vzduchu a využívajú ho na vykurovanie v interiéri. Fungujú tak, že absorbujú teplo z okolitého vzduchu a prenášajú ho do interiéru prostredníctvom chladiaceho cyklu.
• Bežne sa používajú v miernom podnebí, kde teploty zvyčajne neklesajú extrémne nízko. ASHP sú efektívne a nákladovo efektívne na účely vykurovania aj chladenia.

Existuje ďalší výraz „tepelné čerpadlo ATW“, ktorý znamená „tepelné čerpadlo vzduch-voda“. Ide o najbežnejší typ tepelného čerpadla, ktoré odoberá teplo z vonkajšieho vzduchu a prenáša ho do vody, zvyčajne na vykurovanie vnútorných priestorov alebo na teplú úžitkovú vodu.
Tepelné čerpadlo ATW funguje podobne ako vzduchové tepelné čerpadlo (ASHP), ktoré odoberá teplo z vonkajšieho vzduchu. Kľúčový rozdiel však spočíva v tom, ako sa získané teplo využíva. Zatiaľ čo ASHP môže priamo distribuovať teplo do vnútorného vzduchu, tepelné čerpadlo ATW prenáša zozbierané teplo do vodného systému.
Tento typ tepelného čerpadla sa bežne používa v hydronických vykurovacích systémoch, kde voda cirkuluje cez podlahové vykurovacie systémy, radiátory alebo sa používa na účely prípravy teplej úžitkovej vody. Teplo extrahované z vonkajšieho vzduchu sa prenáša do vody, ktorá potom cirkuluje budovou, aby zabezpečila teplo.
Tepelné čerpadlá ATW sú známe svojou účinnosťou a všestrannosťou, pričom ponúkajú možnosti vykurovania aj potenciálne chladenia využitím latentného tepla prítomného v okolitom vzduchu. Sú obľúbené najmä v miernom podnebí, kde dokážu efektívne extrahovať teplo zo vzduchu aj pri nižších teplotách.

2. Tepelné čerpadlá vodného zdroja (WSHP):

• WSHP fungujú podobne ako GSHP, ale získavajú teplo z vodného zdroja, ako je studňa, jazero alebo rieka namiesto zeme.
• Využívajú vodu ako teplovýmenné médium na prenos tepla do budovy alebo na vykurovanie alebo chladenie.
• WSHP sú výhodné v oblastiach, kde sú dostupné zdroje vody a môžu poskytovať konzistentné a efektívne vykurovanie a chladenie.

3. Zemné tepelné čerpadlá (GSHP alebo geotermálne tepelné čerpadlá):

• GSHP využívajú teplo zo zeme alebo vodného útvaru pomocou systému zemnej slučky zakopanej pod zemou alebo ponorenej do vody.
• Sú vysoko účinné, pretože podzemné teploty sú relatívne stabilné počas celého roka a poskytujú konzistentné vykurovanie alebo chladenie bez ohľadu na vonkajšie poveternostné podmienky.
• GSHP vyžadujú vyššie počiatočné náklady na inštaláciu kvôli systému pozemnej slučky, ale ponúkajú dlhodobé úspory energie.

Každý typ tepelného čerpadla má svoje výhody a je vhodný pre rôzne podmienky prostredia a geografické polohy, pričom uspokojuje rôzne potreby vykurovania a chladenia.

Navyše podľa konštrukcie a systémového zloženia tepelného čerpadla ho možno rozdeliť aj na tepelné čerpadlo Split a tepelné čerpadlo Monobloc. Zatiaľ čo monoblokové tepelné čerpadlo zlučuje väčšinu komponentov do jednej jednotky, delené tepelné čerpadlo rozdeľuje kľúčové komponenty do vnútorných a vonkajších jednotiek prepojených potrubím chladiva.

Delené tepelné čerpadlo:

• Konštrukčné vlastnosti: Splitové tepelné čerpadlo pozostáva z dvoch samostatných jednotiek – vnútornej jednotky a vonkajšej jednotky. Vonkajšia jednotka obsahuje kompresor a kondenzátor, zatiaľ čo vnútorná jednotka obsahuje výparník a expanzný ventil.
• Charakteristika: Splitové tepelné čerpadlo spája vnútornú a vonkajšiu jednotku cez chladiace vedenie. Tento dizajn vyžaduje viac inštalačných krokov a priestoru, potenciálne zahŕňa zložitejšiu údržbu, ale ponúka flexibilitu na prispôsobenie sa rôznym požiadavkám na inštaláciu.

Monoblokové tepelné čerpadlo:

• Konštrukčné vlastnosti: Monoblokové tepelné čerpadlo integruje väčšinu základných komponentov do jednej vonkajšej jednotky, zvyčajne vrátane kompresora, výmenníkov tepla (výparník a kondenzátor), expanzného ventilu a riadiaceho systému.
• Charakteristika: Konštrukcia monoblokového tepelného čerpadla je jednoduchá, inštalácia a údržba sú pomerne jednoduché, ponúka uprataný vzhľad a vo všeobecnosti má kompaktnejšiu štruktúru.

Aké sú kľúčové komponenty systému tepelného čerpadla?

1. Kompresor : Toto je srdce systému tepelného čerpadla. Kompresor stláča a cirkuluje chladivo, čím uľahčuje proces výmeny tepla. V monoblokovom tepelnom čerpadle je kompresor integrovaný do vonkajšej jednotky, zvyčajne v kompaktnom a uzavretom prevedení.
2. Výmenník tepla (kondenzátor a výparník): Monoblokové tepelné čerpadlá obsahujú výmenníky tepla na kondenzáciu aj odparovanie chladiva. Kondenzačná špirála uvoľňuje teplo do vnútorného prostredia počas režimu vykurovania a absorbuje teplo z interiéru počas režimu chladenia. Výparníková špirála absorbuje teplo z vonkajšieho vzduchu alebo zeme počas vykurovacieho režimu a uvoľňuje ho do chladiva.
3. Expanzný ventil: Tento komponent reguluje prietok chladiva, riadi jeho tlak a teplotu. Umožňuje chladivu expandovať z vysokotlakovej kvapaliny na nízkotlakovú zmes kvapalina-plyn pred vstupom do špirály výparníka, aby absorbovalo teplo z vonkajšieho prostredia.
4. Regulátor a elektronika : Riadiaca jednotka a elektronika v monoblokovom tepelnom čerpadle riadia prevádzku systému. Monitoruje a reguluje teplotu, aktivuje rôzne komponenty ako kompresor a ventilátory a môže obsahovať inteligentné funkcie na optimalizáciu účinnosti a monitorovanie systému.

Tieto komponenty spolupracujú na uľahčení procesu výmeny tepla a umožňujú tepelnému čerpadlu odoberať teplo z vonkajšieho prostredia (vzduchu, zeme alebo vody) a prenášať ho do vnútorného priestoru na vykurovanie alebo odoberať teplo z interiéru na účely chladenia. Monoblokový dizajn zjednodušuje inštaláciu a údržbu, pretože väčšina dôležitých komponentov je umiestnená v jedinej vonkajšej jednotke.

Ako funguje tepelné čerpadlo?

Vzduchové tepelné čerpadlá sú revolučné zariadenia navrhnuté tak, aby efektívne prenášali teplo z okolitého vzduchu na vykurovanie a prípravu teplej vody pre obytné a komerčné priestory. Fungujú na podobnom princípe ako chladnička, ale naopak.

1. Absorpcia tepla :
   Proces začína chladiacou kvapalinou tepelného čerpadla, zvyčajne zlúčeninou ako R32, ktorá cirkuluje v systéme. Keď je čerpadlo v režime vykurovania, chladivo prechádza cez špirálu výparníka a absorbuje tepelnú energiu z vonkajšieho vzduchu aj pri nízkych teplotách až -25 °C.
2. Kompresia a zvýšenie teploty :
   Absorbované teplo spôsobí, že sa chladivo odparí na plyn. Tento plyn s nízkou teplotou je potom stlačený kompresorom v tepelnom čerpadle, čím sa výrazne zvýši jeho teplota. Tento proces mení plyn do vysokotlakového a vysokoteplotného stavu.
3. Uvoľňovanie tepla :
   Teraz horúci chladiaci plyn prechádza cez kondenzátorovú špirálu, kde uvoľňuje svoje nahromadené teplo do vnútorného priestoru alebo na ohrev vody. Toto teplo sa potom rozvádza po celej budove pomocou systému ventilátorov alebo sa používa na ohrev vody v nádrži na domáce účely.
4. Opakovanie cyklu :
   Po uvoľnení tepla sa chladivo vráti do kvapalného stavu a prúdi späť do výparníka, aby sa cyklus začal znova. Tento nepretržitý proces absorbovania tepla, stláčania chladiva, uvoľňovania tepla a následného návratu do východiskového bodu tvorí prevádzkový cyklus vzduchového tepelného čerpadla.

Princípy činnosti tepelných čerpadiel

V režime chladenia tepelné čerpadlá absorbujú vnútorné teplo a uvoľňujú ho von.
V režime vykurovania absorbujú teplo zo zeme alebo vonkajšieho vzduchu a uvoľňujú ho vo vnútri.
Tieto pokročilé systémy tepelných čerpadiel nie sú obmedzované okolitými teplotami a udržujú stabilnú prevádzku aj v extrémnych podmienkach.

Aké sú výhody tepelného čerpadla?

• Účinnosť : Vzduchové tepelné čerpadlá môžu poskytovať efektívne vykurovanie a teplú vodu aj v chladnejších klimatických podmienkach, hoci ich účinnosť sa môže znižovať, keď teploty klesajú.
• Vplyv na životné prostredie : Využívajú teplo zo vzduchu, čo je obnoviteľný zdroj, vďaka čomu sú šetrné k životnému prostrediu v porovnaní s tradičnými vykurovacími systémami závislými na fosílnych palivách.
• Všestrannosť : Vzduchové tepelné čerpadlá môžu počas teplejších mesiacov pracovať aj opačne, pričom fungujú ako klimatizácia tým, že odvádzajú teplo z vnútorných priestorov a prenášajú ho von.

Budúce trendy v tepelných čerpadlách

Vďaka špičkovej technológii sú systémy tepelných čerpadiel ekologickejšie a efektívnejšie. S pokrokom technológie budú budúce systémy tepelných čerpadiel inteligentnejšie, efektívnejšie a šetrnejšie k životnému prostrediu.

Ohrievače vody s tepelným čerpadlom sa v posledných rokoch stali populárnymi ako efektívne a ekologické riešenia teplej vody. Niektoré tepelné čerpadlá ATW sú schopné pracovať v teplotnom rozsahu od -25°C do 43°C .

Evolúcia týchto tepelných čerpadiel, ako je tepelné čerpadlo Hetapro Thermalux R290 ATW , posunula technológiu na bezprecedentnú úroveň. Tieto najnovšie tepelné čerpadlá, vybavené chladivami R290 , DC invertorovými kompresormi a technológiou Enhanced Vapor Injection (EVI) , dokážu dosiahnuť pôsobivé teploty až 75 °C . Je pozoruhodné, že udržujú stabilnú prevádzku aj v extrémnych podmienkach, pričom vydržia teploty až -35 °C .

Záver

Vzduchové tepelné čerpadlá využívajú inteligentný a ekologický mechanizmus na využitie latentného tepla zo vzduchu, čím ponúkajú efektívne riešenie pre potreby vykurovania a teplej vody v rôznych nastaveniach.
Vyvíjajúce sa systémy tepelných čerpadiel sa stali ideálnou voľbou pre vykurovanie, chladenie a zásobovanie teplou vodou v domácnostiach. Najnovšie ohrievače vody s tepelným čerpadlom využívajúce chladivá R290 ponúkajú nielen vysokú účinnosť, ale sú aj príkladom pre vývoj ekologických technológií.