Moderní tepelná čerpadla přenáší tepelnou energii z venkovního vzduchu
Moderní tepelná čerpadla
Dnešní moderní tepelná čerpadla v invertorovém provedení pracují v obou směrech stejně dobře a zajišťují úsporné vytápění nebo chlazení vnitřního prostoru. Používají čtyřcestný ventil k obrácení chladiva z kompresoru přes kondenzátor a výparník.
Pracovní tekutina je v plynném stavu stlačena a cirkuluje systémem pomocí kompresoru. Na výstupu z kompresoru se nyní horká a vysoce stlačená pára ochlazuje ve výměníku tepla, tzv. kondenzátoru, dokud nezkondenzuje do kapaliny o vysokém tlaku se střední teplotou. Takto zkondenzované chladivo pak prochází zařízením na snižování tlaku, které se také nazývá dávkovací zařízení. Může to být expanzní ventil, kapilární trubice nebo případně zařízení na odvádění práce, jako je turbína. Nízkotlaké kapalné chladivo pak vstupuje do dalšího výměníku tepla, do výparníku, ve kterém tekutina absorbuje teplo a odpařuje se. Chladivo se poté vrátí do kompresoru a cyklus se opakuje.
Je nezbytné, aby chladivo dosáhlo při stlačení dostatečně vysoké teploty, aby se uvolnilo teplo přes výměník tepla (kondenzátor). Stejně pak musí tekutina dosáhnout dostatečně nízké teploty, když se nechá expandovat, jinak teplo nemůže proudit z okolního studeného prostředí do tekutiny ve studeném tepelném výměníku (výparníku). Zejména tlakový rozdíl musí být dostatečně velký, aby tekutina kondenzovala na horké straně a stále se odpařovala v oblasti nižšího tlaku na studené straně. Čím větší je teplotní rozdíl, tím větší je požadovaný tlakový rozdíl a následně i více energie potřebné ke stlačení tekutiny. Stejně jako u všech tepelných čerpadel tedy koeficient výkonu (množství tepelné energie přemístěné na jednotku potřebné vstupní práce) klesá s rostoucím teplotním rozdílem.
V režimu vytápění je venkovní výměník výparníkem, zatímco vnitřní zpravidla deskový výměník slouží jako kondenzátor. Chladivo proudící z výparníku (venkovního výměníku) přenáší tepelnou energii z venkovního vzduchu, půdy, nebo z pohybující se vod. Teplota par chladiva se v čerpadle zvyšuje jeho stlačováním pomocí rotačního, nebo scroll kompresoru. Vnitřní výměník pak přenáší tepelnou energii (včetně energie ze komprese) do vnitřního prostředí, kde je výměníku tato energie předána topné vodě. Ta je pak prostřednictvím rozvodů topné vody pomocí radiátorů, nebo systému podlahového vytápění přemísťován po vnitřku budovy. Zároveň je možné pomocí topné vody nahřívat v zásobníku teplou vodu pro mytí, nebo bazén. Je možné využít i energii odebranou ze vzduchu při chlazení objektu a využít ji k ohřevu vody.
Alternativně je možné umístění topného registru do VZT jednotky a pro vytápění objektu využít rozvody čerstvého vzduch. V tomto případě je potřeba použít dostatečné dimenze potrubí, aby bylo možné dosahovat poměrně velkých průtoků.
Při teplotách okolo 0 °C je třeba přerušovaně odmrazovat venkovní jednotku vzduchového tepelného čerpadla, jelikož na lamelách výparníku kondenzuje a namrzá vzdušná vlhkost. Dojde k přepnutí čtyřcestného ventilu a námraza na venkovním výměníku rychle rozpustí díky teplému chladivu. Ventilátor kondenzátoru/výparníku se během režimu odmrazování nespustí.
V režimu chlazení je cyklus podobný, ale venkovní výměník je nyní kondenzátor a vnitřní výměník (která dosahuje nižší teploty) je výparník. Toto je známý režim, ve kterém klimatizace fungují.
