Tepelné čerpadlá
Tepelné čerpadlá je možné zaradiť medzi alternatívne zdroje energie pretože umožňujú odoberať teplo z okolitého prostredia (vzduchu, zeme, vody, prípadne odpadné teplo z technológií), ho prevádzať na vyššiu teplotnú hladinu, čo umožní jeho následné využitie na vykurovanie, prípravu ohriatej pitnej vody, prípadne ohrev pre technológiu. Tepelné čerpadlá sú využívané v niektorých krajinách už niekoľko desiatok rokov, preto je možné konštatovať, že sa nejedná o módnu a technicky nedokonalú záležitosť. K masovému rozšíreniu tepelných čerpadiel u nás bránili aj nízke a dotované ceny energií, ktoré znižovali efektivitu prevádzky a odďaľovali ich ekonomickú návratnosť vyšších vstupných investícií. Pri súčasných cenách energií aj napriek nutnosti vyššej vstupnej investície je zaujímavé využitie tepelných čerpadiel z dôvodu ich nižších prevádzkových nákladov v porovnaní s klasickými zdrojmi tepla.
Popis funkcie tepelného čerpadla bol zverejnený už v 19. Storočí anglickým fyzikom lordom Kelvinom. Napriek tomu, že sa jedná v podstate o chladiace zariadenie využíva sa ako zdroj tepla. V okolitom prostredí je obsiahnuté obrovské množstvo tepla avšak jeho nízka teplotná úroveň neumožňuje priame použitie na vykurovanie, prípravu OPV. Ak chceme využiť teplo okolia s nízkou teplotnou úrovňou je potrebné teplo previesť na vyššiu teplotnú úroveň. V praxi to znamená, že okolité prostredie budeme ochladzovať niekoľko málo stupňov. Napríklad ochladíme okolitú pôdu z 8°C na 4°C alebo budeme ochladzovať podzemnú vodu z 10°C na 6°C a tepelné čerpadlo pretransformuje odobraté teplo na vyššiu úroveň, ktorou ohreje vykurovaciu vodu z 35°C na 45°C.
Tepelné čerpadlo pracuje na princípe uzavretého chladiarenského okruhu . Na jednej strane odoberá teplo a na druhej strane teplo odovzdáva. Požadovaným efektom je práve zvýšenie teploty. Na prečerpanie tepla je potrebné dodať určité množstvo energie. Tepelné čerpadlo spotrebováva elektrickú energiu na pohon kompresoru.
Tepelné čerpadlá sa v skratke označujú podľa toho odkiaľ odoberajú teplo a kam teplo odovzdávajú. Prakticky to znamená, že tepelné čerpadlo zem-voda odoberá teplo zo zeme a odovzdáva ho do vykurovacieho okruhu. Najpoužívanejšie kombinácie sú zem-voda, voda-voda, vzduch-voda, vzduch-vzduch.
Tepelné čerpadlá využívajúce vonkajší vzduch sú dostupné v 3 vyhotoveniach:
Delené vyhotovenie:
Samostatná vonkajšia a samostatná vnútorná jednotka sú navzájom prepojené potrubím v ktorom prúdi chladivo. Vzdialenosť vonkajšej a vnútornej jednotky je väčšinou obmedzená na 10m. Vnútorná jednotka je pripojená na vykurovaciu sústavu.
Kompaktné vonkajšie vyhotovenie:
Celé tepelné čerpadlo je umiestnené vo vonkajšom prostredí. Prepojenie s vykurovacou sústavou sa vyhotoví z izolovaného potrubia, ktorým prúdi vykurovacia voda.
Kompaktné vnútorné vyhotovenie:
Celé tepelné čerpadlo je umiestnené v interiéri. K čerpadlu je privádzaný vonkajší vzduch a ochladený vzduch je odvádzaný späť do vonkajšieho prostredia. Aby nedochádzalo k znižovaniu účinnosti a spätnému nasávaniu ochladeného vzduchu musia byť sací a výfukový otvor dostatočne vzdialený. Vnútorné vyhotovenie je spravidla lacnejšie a avšak zaberá podstatne viac vnútorného priestoru.
+ tepelné čerpadlo je použiteľné prakticky vo všetkých prípadoch bez obmedzenia miestnymi podmienkami
+ inštalácia vyžaduje minimálne zásahy do vonkajšieho prostredia
+ nižšia investícia do inštalácie
– hluk ventilátora a prúdenia vzduch
– výkon tepelného čerpadla ovplyvnený vonkajšou teplotou vo veľkom rozsahu
Podzemná voda
Využitie studničnej vody vyžaduje celoročne výdatný zdroj, ktorý musí byť overený dlhodobou čerpacou skúškou. Taktiež je dôležité zloženie vody, ktoré ma vplyv na životnosť ponorného čerpadla, výmenníka tepla a filtrov studničnej vody. Voda sa čerpá zo studne ponorným čerpadlom, v tepelnom čerpadle je ochladená a vracia sa späť do vsakovacej studne.
+ nižšie investičné náklady v porovnaní s vrtmi
+ celoročne stabilný zdroj tepla
– väčšie nároky na pravidelnú údržbu a čistenie filtrov
– efektivita prevádzky závislá od hĺbky sacej studne a príkonu ponorného čerpadla
Povrchová voda
Pri využití vody z rybníka, jazera prípadne vodnej priehrady sa na dno ukladá kolektor z plastového potrubia, v ktorom prúdi nemrznúca teplovodná látka.
+ nižšie investičné náklady v porovnaní so zemným kolektorom prípadne vrtom
– inštalácia obmedzená vhodnou lokalitou
ZEMNÝ PLOŠNÝ KOLEKTOR
Tepelné čerpadlo využíva odberu tepla z pôdy, záhrady… V hĺbke približne 1,5m sú uložené plastové potrubia (zemný kolektor), ktorými prúdi nemrznúca kvapalná zmes.
+ Nižšie investičné náklady v porovnaní s hbinným vrtom
– Dostatočne veľký pozemok
– Nemožnosť využiť pozemok nad kolektorom na stavebné účely
