Tepelné čerpadlo – ako funguje?

„Teplo sa môže samovoľne šíriť len z miesta teplejšieho na miesto studenšie,“ tak znie všetkým známy základný princíp prírody, o ktorom hovorí II. termodynamický zákon. Vhodným dodaním energie vieme prirodzený tok tepla otočiť a odvádzať teplo z miesta studenšieho na miesto teplejšie. Na totožnom princípe ako tepelné čerpalo funguje aj chladnička, kde je teplo tiež odvádzané zo studenšieho miesta (výparníka) na teplejšie miesto, čiže ak priložíte ruku na chladničku, zistíte že pomerne výdatne „kúri“.

Ako teda tepelné čerpadlo funguje?

Tepelné čerpadlo je cyklicky pracujúci tepelný stroj, kde celý proces prebieha v uzatvorenom okruhu a všetky deje sa periodicky opakujú.

Teplonosné médium prúdi v kvapalnom skupenstve k zdroju tepla (podzemná voda, vzduch, pôda). Toto médium je v rovnováhe so svojím okolím a pri danej teplote a tlaku nemá snahu svoj stav meniť.

V mieste, odkiaľ chceme získavať teplo, väčšinou za pomoci expanzného ventilu náhle znížime tlak teplonosnej látky. Tento pokles tlaku spôsobí, že teplota vyparovania média klesne pod teplotu zdroja energie a médium sa vyparí. Pri procese vyparovania médium odoberá teplo z okolia a zároveň ho v sebe akumuluje. Následne je médium v plynnom skupenstve spolu s naakumulovanou energiou vedené k miestu, kde túto energiu chceme zúžitkovať (napr. akumulačný zásobník vody). V tomto mieste náhle tlak väčšinou pomocou kompresora zvýšime, čo spôsobí, že teplota kondenzácie média narastie nad teplotu v zásobníku vody a teplonosné médium začne kondenzovať. Pri tomto jave je teplo naakumulované v médiu od procesu vyparovania, odovzdávané do vody v zásobníku. Odovzdané teplo tak spôsobí nárast teploty okolia a jednoducho povedané, zohrejeme vodu, ktorou potom môžme napíklad vykurovať. Pokondenzácii a odovzdaní tepla sa teplonosné médium opäť dostane do východiskového stavu a cyklus sa opakuje.