Tepelná čerpadla umožňují odnímat tepelnou energii z jednoho prostředí (vody, vzduchu nebo země) s nízkou teplotou a převádět ji do jiné teplonosné látky s teplotou vyšší. Proto jsou používána pro vytápění a přípravu teplé vody. Pro tento proces je nutné dodat určité množství energie. Skutečnosti, že na jedné straně tepelného čerpadla se teplota teplonosné látky snižuje, se využívá k tomu, že tepelná čerpadla mohou být i zdrojem chladu, případně jak tepla, tak chladu.
Popis principu fungování TČ:
Činnost tepelného čerpadla je založena na principu chladicího okruhu. Jeho základními částmi jsou expanzní ventil, výparník, kompresor a kondenzátor. V kompresoru stlačená a v kondenzátoru ochlazená pracovní látka (chladivo) v kapalném stavu se po průchodu expanzním ventilem do prostředí s nižším tlakem ve výparníku odpařuje při relativně nízké teplotě. Přitom přes stěnu výparníku odebírá tepelnou energii okolnímu prostředí, například cirkulující vodě ze studny nebo přes vrt v zemi, proudícímu venkovnímu vzduchu aj. Odpařením vzniklé páry chladiva s nízkým tlakem jsou nasávány do kompresoru, ve kterém jsou stlačeny na vysoký tlak a při tom stoupne jejich teplota. V tomto stavu je chladivo přiváděno do kondenzátoru, kde je mu tepelná energie přes stěnu kondenzátoru odnímána například proudící otopnou vodou nebo vzduchem, které potřebujeme ohřát. Tím klesá teplota chladiva, to kondenzuje, mění se z páry na kapalinu. Zkapalněné chladivo stále pod vysokým tlakem pak putuje do expanzního ventilu a celý popsaný děj se opakuje.
Vzduch/voda
výhody (+): instalace nevyžaduje rozsáhlé zemní práce
nevýhody (-): s poklesem teploty vzduchu klesá topný faktor COP, u některých TČ i deklarovaný výkon, ale jeho pokles je zpravidla řešen bivalentním zdrojem tepla integrovaným v TČ, nutnost řešit emise hluku. Země/voda
výhody (+): relativně stálé teploty v zemním masivu (vyšší topný faktor COP), se zemním vrtem vysoká možnost volného chlazení (free cooling), vrty nebo zemní koše mohou být i součástí půdorysu budovy
nevýhody (-): větší investiční náklady vyvolené zemními pracemi, u vrtu nutnost získat povolení, zemní kolektor vyžaduje velkou plochu, Voda/voda
výhody (+): relativně stálé pracovní podmínky (vyšší topný faktor COP)
nevýhody (-): instalace podmíněna možností, souhlasem s nakládáním s podzemními vodami (čerpání-vsakování) nebo vodami povrchovými a také jejich trvalým dostatkem Kompresor
Kompresor nasává páry chladiva z výparníku při tlaku odpovídajícímu výparné teplotě a stlačuje je na tlak odpovídající kondenzační teplotě. Dodáním práce kompresoru, elektrické energie pro pohon motoru kompresoru, dojde ke zvýšení tlaku a zvýší se teplota chladiva. Energie je tímto způsobem přečerpána z nižší teplotní hladiny na vyšší a je ji možno využít pro vytápění či přípravu teplé vody. V tepelných čerpadlech pro rodinné, bytové domy a průmyslové objekty jsou v současné době nejvíce používány rotační kompresory typu scroll nebo twin rotary, případně pístové. V menších až středních výkonech jsou tyto kompresory hermetické, což znamená, že pohonný elektrický motor a kompresor jsou uloženy v jedné tlakově uzavřené nádobě. Tímto způsobem je zabráněno únikům chladiva.
Expanzní ventil
Expanzní ventil má za úkol udržovat tlakový rozdíl mezi vysokotlakou a nízkotlakou stranou chladicího okruhu. Reguluje průtok chladiva do výparníku. Souběžně zaručuje, aby do kompresoru vstupovalo chladivo zcela vypařené.
Expanzní ventily jsou termostaticky nebo elektronicky řízené (TEV nebo EEV).
Výparník
Výparník slouží k odebírání tepelné energie nízkopotenciálnímu (nízkoteplotnímu) zdroji tepla. Při nízkém tlaku je chladivo schopné se vypařovat i při velmi nízké teplotě a odebírat tak teplo přes stěny výparníku z teplonosné látky, jejiž teplota je nízká a k vytápění a ohřevu nevyužitelná.
Výparník je konstruován jako teplosměnný výměník, na jehož jedné straně prohází chladivo a na druhé straně proudí voda, nízkotuhnoucí kapalina nebo vzduch. Pro kapaliny se používají výměníky deskové, nebo trubkové případně žebrované, pro vzduch trubkové žebrované.
Kondenzátor
Kondenzátor předává tepelnou energii z chladiva do otopné soustavy (ohřívá otopnou vodu nebo vzduch). Jak je chladivu odebírána tepelná energie, tak se ochlazuje a při vysokém tlaku kondenzuje.
Výměníky jsou letované deskové nebo trubkové.
Další zařízení
filtry, odlučovače, dehydrátory, ukazatele vlhkosti
