Využívání energie okolního prostředí pomocí tepelného čerpadla

Teplené čerpadlo

Vzduch, voda ale i země kolem nás obsahují obrovské množství energie a to dokonce i v zimních měsících. Problém je v tom, že se jedná o nízkopotencionální teplo, které nejsme schopni využít přímo k vytápění domu, ohřevu vody nebo k jakémukoliv jinému užitku. Řešením, jehož princip již v 19. století popsal anglický fyzik lord Kelvin, je tepelné čerpadlo.

Princip

Tepelné čerpadlo je v podstatě chladící zařízení jako běžná lednička, do které pokud umístíme potravinu, lednička ji ochladí, jinak řečeno odebere ji energii, kterou následně odvede do žebrového chladiče na zadní straně. Chladič poté mírně ohřeje vzduch v místnosti. Primární funkcí ledničky je tedy chladit a jako nechtěný následek je výroba tepla. Naproti tomu primární funkcí tepelného čerpadla je vyrábět teplo a jako prostředek využívá chlazení (odebírání energie).

Vnitřní technická část čerpadla se skládá ze čtyř částí tvořících chladící okruh, jsou to: výparník, kompresor, kondenzátor a expanzní ventil. Výparník má na starosti předání tepla z venkovního zdroje pracovní látce. Toto se děje při relativně nízkých teplotách. Pracovní látka se tímto nepatrným oteplením odpaří a putuje dále do kompresoru, kde dochází k jejímu stlačení na vysoký tlak, poté již následuje předání tepla v kondenzátoru většinou topné vodě. Po předání tepla chladivo putuje do expanzního ventilu, kde se opět mění na kapalnou formu a putuje do výparníku, kde se celý cyklus opakuje.

Zdroje tepla

Tepelné čerpadlo umožňuje v podstatě odebírat energii z jakéhokoliv zdroje. V praxi jsou využívány v největším množství případů pouze tři typy zdrojů: vzduch, země a voda a to především kvůli jejich dostupnosti na všech místech. Při odebírání energie z okolního vzduchu čerpadlo ochladí vzduch o několik málo stupňů a opět ho vypustí do venkovního prostoru. Tento typ má v zimě menší účinnost než teplené čerpadlo odebírající energii okolní zemi. K odebírání energie okolní zemi je nutné vytvořit kolektor. V podstatě se jedná o trubici s nemrznoucí kapalinou, kterou je nutné uložit 1 metr pod zem. Nejméně závislým zdrojem tepla na venkovní teplotě je odebíráme energii z hloubkových vrtů. Vrt je až 150 metrů hluboká šachta, v které je uložena obdobná trubice jako v zemním kolektoru.

Jak již bylo napsáno výše, teplené čerpadlo může energii odebírat jakémukoliv zdroji. Dalšími možnostmi může být geotermální energie ale i odpadní teplo vypouštěnému z budov. Čerpadlo může dokonce nasávat vodu z okolní řeky tu ochladit a opět ji vypustit zpět do řeky.

Obnovitelný nebo neobnovitelný zdroj?

Jak bylo popsáno výše, tepelné čerpadlo odebere energii okolnímu vzduchu nebo zemi a sluneční paprsky následně vzduch nebo zemi ohřejí zpět na původní hodnotu. Do této chvíle by bylo možně považovat tepelné čerpadlo za obnovitelný zdroj energie, pokud nebudeme brát v úvahu, že samotné slunce není obnovitelný zdroj, protože i mu dojde přibližně za 5 až 7 miliard let vodík pro pohon termonukleární reakce. Problém je ve skutečnosti, že tepelné čerpadlo pro svůj provoz potřebuje elektrickou energii, která je v naší zemi z větší části vyráběna spotřebou primárních zdrojů. Vezme-li ještě v úvahu skutečnost, že velké množství energie vyrobené v elektrárnách není nikdy reálně spotřebováno, ať už z důvodů ztrát při transportu nebo z důvodů nekontinuálního odběru, je teplené čerpadlo označováno za částečný zdroj obnovitelné energie.

Řešením může být pohon čerpadla z lokálního zdroje elektřiny, fotovoltaického panelu umístěného přímo na domě, v tomto případě šetříme energii, která by se musela vyrobit a následně s velkými ztrátami transportovat k čerpadlu. Na tomto místě asi nemá cenu komentovat situaci týkající se podpory solární energie v České republice, podpora velkých centrálních zdrojů, jejichž část vyrobené elektřina je opět ztracena při transportu.

Co se týká vztahu k životnímu prostředí, tepelné čerpadlo může životnímu prostředí uškodit ve dvou směrech, první možností, která byla otázkou spíše minulosti, bylo používání těžkých freonů v chladícím okruhu. Druhým, v praxi ojedinělým nebezpečím je případný únik nemrznoucí směsi ze samotného kolektoru do okolní půdy.

Budoucnost

Největším překážkou v rozšíření teplených čerpadel jsou vysoké pořizovací náklady a nízká podpora státu. Ale i přes tyto překážky pokud již dnes rozpočteme pořizovací cenu na období 9-10 let a sečteme ji s náklady na elektrickou energii, teplené čerpadlo nás bude stát stejně jako topení plynem a po uplynutí těchto 9-10 let již budou náklady na vytápění velmi nízké, rovnající se spotřebě elektřiny, která svojí hodnotou bude představovat maximálně třetinu ve srovnání s plynovým vytápěním.

Článek byl vytvořen ve spolupráci se společností Envisto, více informací o nízkoenergetické výstavbě na www.envisto.cz.