Tepelná čerpadla vs. energie
Ve vedrech se rozjely klimatizace, pojďme se proto podívat na jednu zajímavou technologii: tepelná čerpadla. Jejich koncepce je vlastně jednoduchá: poháněné elektřinou přemisťují teplo a chladí nebo vytápějí budovy. Není to nová myšlenka - byla vynalezena v 50. letech 19. století a v domácnostech se používají od 60. let 20. století. I když je základní myšlenka jednoduchá, detaily fungování tepelných čerpadel jsou fascinující. Ve jménu regulace teploty v domě se může zdát, že toto zařízení téměř porušuje fyzikální zákony, píše MIT Technology Review.
Jak tepelné čerpadlo funguje? Na základní úrovni tepelné čerpadlo shromažďuje teplo z jednoho místa a předává ho na jiné místo. Hrdinou tepelného čerpadla je chladivo: kapalina, která se pohybuje v okruhu a při tom nasává a uvolňuje teplo.
Systém pohání elektřina, která tlačí chladivo dokola. Jak chladivo prochází tepelným čerpadlem, stlačuje se a rozpíná a přechází mezi kapalnou a plynnou formou, aby mohlo v různých bodech cyklu shromažďovat a uvolňovat teplo.
Představte si: je chladný zimní den, řekněme -5 °C. Sedíte na gauči v obývacím pokoji s dobrou knihou a poblíž se choulí vaše kočka/pes. Podíváte se na termostat, který je nastaven na 20 °C. Rozumné, ale trochu chladné. Přistoupíte k němu a trochu ho zvýšíte na 21 °C.
Vaše tepelné čerpadlo tiše hučí v pozadí. Nyní se rozjede, aby zvýšilo teplotu: ventilátor a kompresor uvnitř se zrychlí a chladivo se začne pohybovat rychleji, aby přeneslo více tepla zvenčí dovnitř.
Může se zdát neintuitivní odebírat teplo zvenčí, když je venku taková zima, proto sledujme chladivo po dobu jednoho cyklu, abychom viděli, jak to funguje. U většiny tepelných čerpadel trvá tato cesta jen několik minut.
Chladiva tepelných čerpadel mají velmi nízké body varu, obvykle pod -25 °C. Na začátku naší cesty má tedy chladivo přibližně tuto teplotu a je v kapalném stavu. I v nejchladnějších místech je chladivo v tomto stavu obvykle výrazně chladnější než venkovní vzduch.
V první fázi svého putování chladivo prochází výměníkem tepla, míjí tento venkovní vzduch a zahřeje se natolik, že začne vřít a změní se z kapaliny na plyn.
Druhou fází jeho cesty je cesta přes kompresor. Kompresor stlačí chladivo do menšího objemu, čímž zvýší jeho tlak a bod varu (to bude důležité za chvíli). Tím se také dále zahřívá, takže v době, kdy chladivo prochází kompresorem, je teplejší než vnitřní teplota místnosti.
Třetí etapa cesty chladiva vede přes další výměník tepla. Nyní je však již chladivo teplým plynem o teplotě nad 37,8 °C a proudí kolem relativně chladnější místnosti. Tam předá část tepla, začne se opět měnit na kapalinu.
Nakonec ve čtvrté fázi projde chladivo expanzním ventilem, čímž se uvolní tlak. Stejně jako stlačení materiálu jej zahřívá, expanze mu umožňuje opět se ochladit, takže nyní má kapalina opět nízkou teplotu a je připravena absorbovat další teplo, které přinese dovnitř.
V extrémních mrazech jsou méně účinná. S rostoucím teplotním rozdílem mezi interiérem a exteriérem musí tepelné čerpadlo více pracovat, aby získalo teplo z venkovního vzduchu a rozptýlilo ho do místnosti, takže účinnost klesá.
Nižší účinnost ale neznamená, že nefungují. V Norsku je tepelnými čerpadly vytápěno asi 60 % budov a ve Švédsku a Finsku 40 %. Jen je potřeba správně vybrat vhodný model. Vylepšení několika hlavních komponentů totiž pomohlo zvýšit účinnost a výkon tepelných čerpadel.
Jedno z hlavních zlepšení se týká chladiv. Freon, nazývaný také R-22, dříve dominoval na trhu, ale v USA a na dalších významných trzích byl kvůli svým účinkům poškozujícím ozonovou vrstvu vyřazen. Dnes je jedním z nejpoužívanějších chladiv v tepelných čerpadlech směs chemikálií označovaná jako R-410A. Ten má nižší bod varu než R-22, což znamená, že může absorbovat více tepla při nižších teplotách, což zvyšuje účinnost v chladu. Nové kompresory používané v dnešních tepelných čerpadlech dokáží dostat chladivo na vyšší tlak při nižší spotřebě energie. Existují také nové tzv. kompresory s proměnnými otáčkami, které umožňují tepelným čerpadlům zvyšovat a snižovat výkon. A konečně, výměníky tepla, které přenášejí teplo mezi vzduchem a chladivem, jsou stále větší a lepší, takže mohou efektivněji přenášet teplo.
Skutečnou sílou tepelných čerpadel je jejich účinnost. U prostorového vytápění by teoretickým maximem byla 100% účinnost a nejlepší modely dnes dosahují účinnosti kolem 95 %. Tepelná čerpadla dnes mohou dosahovat účinnosti 300 až 400 % nebo dokonce vyšší, což znamená, že ve formě tepla odevzdávají třikrát až čtyřikrát více energie, než kolik spotřebují elektřiny. Rozdíl v účinnosti mezi tepelnými čerpadly a ohřívači spočívá ve způsobu jejich fungování. Prostorové ohřívače pracují tak, že přeměňují energii z formy elektřiny na jinou formu, teplo. Tepelná čerpadla naproti tomu nepřeměňují elektřinu na teplo - využívají elektřinu k získávání tepla a jeho pohybu. Je to nepatrný rozdíl, ale v podstatě to znamená, že tepelné čerpadlo dokáže vrátit podstatně více tepla při použití stejného množství elektřiny. Maximální účinnost tepelného čerpadla závisí na instalovaném chladivu a systému a také na rozdílu teplot mezi vytápěnou místností a venkovním prostředím.
Na jakých inovacích se v pracuje? Např. nové konstrukce (samostatné okenní jednotky Gradient) nebo malé přenosné jednotky (Midea a LG) by mohly snížit náklady na instalaci. Dnešní chladiva oproti starším variantám lepší, i ta novější jsou silnými skleníkovými plyny. Aby nedocházelo k únikům, je třeba s nimi pečlivě zacházet a vyrábět je přesně. Např. Gradient používá chladivo R-32, které má nižší potenciál globálního oteplování než R-410A. Jiné třídy chladiv, například uhlovodíky propan a butan, představují ještě menší riziko pro klima. Některá z těchto klimaticky příznivějších chladiv však bývají extrémně hořlavá, takže jsou vyžadovány bezpečnostní systémy.
Celosvětový prodej tepelných čerpadel vzrostl v roce 2021 o 15 %. Evropa zaznamenala jeden z nejrychlejších nárůstů, v roce 2021 vzrostl prodej o 35 %, a tento trend bude pravděpodobně pokračovat i kvůli energetické krizi.
David Navrátil, hlavní ekonom České spořitelny
Česká spořitelna je bankou s nejdelší tradicí na českém trhu.
Téměř 200 let tvoří jeden ze základních pilířů českého bankovního systému. V
současnosti poskytuje služby pro přibližně 4,7 milionu klientů. Od roku 2000 je
součástí nadnárodní finanční skupiny Erste Group Bank.
Více informací na: www.csas.cz
Poslední zprávy z rubriky Energie:
Přečtěte si také:
Okénko energetiky
Ondřej Schejbal, SolidSun
DPH za fotovoltaiku a tepelná čerpadla je od roku 2024 snížena na 12 %
Prezentace
26.04.2024 Historie a vývoj vodovodních baterií: Od...
25.04.2024 Pobřeží Egejského moře - ideální tip na všechny...
24.04.2024 Výsledková sezóna: Jak se daří výrobcům čipů a...
Okénko investora
Olívia Lacenová, Wonderinterest Trading Ltd.
Dlouho očekávaná událost ze světa kryptoměn. Přinese další halving bitcoinu nová maxima?
Štěpán Křeček, BHS
Petr Lajsek, Purple Trading
Ali Daylami, BITmarkets
Michal Brothánek, AVANT IS
Miroslav Novák, AKCENTA
Spotřebitelská inflace v eurozóně odeznívá, pro služby to však úplně neplatí
Jiří Cimpel, Cimpel & Partneři
Jakub Petruška, Zlaťáky.cz
Okénko finanční rady
Ondřej Vacek, Ušetřeno.cz
Nechcete přijít o peníze? 5 zásadních tipů, jak úspěšně využít pojištění storna
Petr Holub, MojeNebankovka
Zuzana Dubová, RekvalifikacniKurzy.cz
Financování vašeho vzdělávání: Přehled možností financování rekvalifikačních kurzů
Iva Grácová, Bezvafinance
Petr Holub, Zoxo Financial s.r.o.
Marek Pokorný, Portu
Tomáš Kadeřábek, Swiss Life Select
Lukáš Kaňok, Kalkulátor.cz