EU peníze středním školám digitální učební materiál

Transkript

1 EU peníze středním školám digitální učební materiál Číslo projektu: Číslo a název šablony klíčové aktivity: Tematická oblast, název DUMu: Autor: CZ.1.07/1.5.00/ III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Obnovitelné zdroje energie, VY_32_INOVACE_POB308 Ing. Petr Pobořil Ročník: 4. Předmět: Téma: Anotace: Vytápění Tepelná čerpadla princip a funkce Prezentace se věnuje principu a funkci činnosti tepelných čerpadel pro předmět Vytápění, který je součástí studijního oboru M/01 Technická zařízení budov

2 Tepelná čerpadla princip a funkce strana 2

3 Historie tepelných čerpadel Základní myšlenku, týkající se principu tepelného čerpadla, vyslovil Lord Kelvin již v roce 1852 ve své druhé termodynamické větě. Pro pochopení funkce čerpadla je nejdůležitější část, ve které se hovoří o způsobu šíření tepla, jelikož za všech okolností se jedná o směr od teplejší ke studenější části. První tepelné čerpadlo První tepelné čerpadlo bylo sestrojeno v podstatě náhodou americkým vynálezcem Robert C. Webberem na konci čtyřicátých let minulého století. V okamžiku, kdy prováděl pokusy s hlubokým zamrazením, dotkl se omylem výstupního potrubí mrazícího přístroje a popálil si dlaň. Této náhodě vděčíme za odhalení funkce tepelného čerpadla. Webber následně propojil výstup z mrazáku s bojlerem na teplou vodu. Jelikož měl stále přebytek tepla, napojil horkou vodu na potrubní smyčku a pomocí malého větráku začal vhánět teplý vzduch do domu. Následně zkusil úspěšně čerpat teplo ze země pomocí zemních kolektorů. Výsledky ho natolik příjemně překvapily, že v následujícím roce prodal svůj starý kotel na uhlí :-) strana 3

4 Tepelné čerpadlo pracuje na principu uzavřeného chladicího okruhu obdobně jako chladnička. Teplo se na jedné straně odebírá a na druhé předává. Chladnička odebírá teplo z vnitřního prostoru potravin a předává je kondenzátorem na své zadní straně do místnosti. Požadovaným efektem je snížení teploty ve vnitřním prostoru chladničky a ohřívání vzduchu v místnosti je nezbytným důsledkem. Tepelné čerpadlo místo potravin ochlazuje například venkovní vzduch, zemskou kůru nebo podzemní vodu. Teplo odebrané těmto zdrojům předává do topných systémů. Požadovaným efektem je právě zvýšení teploty. Prakticky dochází k tomu, že látku (zemi, vodu nebo vzduch) ochladíme o několik málo stupňů, čímž odebereme teplo, a tuto energii využijeme při ohřevu jiné látky jako je voda v bazénu, teplá užitková voda, či voda v topné soustavě, kterou ohřejeme také o několik málo C, ale na úrovni pro nás přijatelné. Ochladíme tedy např. půdu na naší zahradě z 10 C na 5 C a tepelné čerpadlo zajistí ohřátí topné vody z 40 C na 45 C. Slunce společně s energií akumulovanou v okolní půdě potom zajistí dohřátí půdy na naší zahradě zpět na 10 C. strana 4

5 Pro přečerpání tepla na vyšší teplotní hladinu, tedy i pro provoz tepelného čerpadla, je třeba dodat určité množství energie. Prakticky to znamená, že tepelné čerpadlo spotřebovává pro pohon kompresoru elektrickou energii. Protože její množství není zanedbatelné, lze tepelné čerpadlo považovat za alternativní zdroj tepla pouze částečně. Samozřejmě záleží na tom z čeho je elektrická energie vyráběna, ale v našich podmínkách se jedná většinou o spalování uhlí nebo energii z jaderných elektráren. Zjednodušeně lze říci, že tepelné čerpadlo spotřebovává přibližně jednu třetinu svého výkonu ve formě elektrické energie. Zbývající dvě třetiny tvoří teplo, které je odnímáno z ochlazované látky (vzduchu, země, vody). strana 5

6 Tepelné čerpadlo obsahuje čtyři základní části chladícího okruhu: výparník, kompresor, kondenzátor a expanzní ventil. První fáze - Vypařování: Chladivo kolující v tepelném čerpadle odebírá teplo ze vzduchu, vody nebo země, čímž změní skupenství z kapalného na plynné a následně se odpařuje. strana 6

7 Druhá fáze - Komprese: Kompresor tepelného čerpadla prudce stlačí plynné chladivo ohřáté o několik stupňů, a díky fyzikálnímu principu komprese (při vyšším tlaku stoupá teplota), jako teplotní výtah znásobí malý přírůstek tepla na vyšší teplotní hladinu, která se pohybuje kolem 80 C. strana 7

8 Třetí fáze - Kondenzace: Zahřáté chladivo předá pomocí druhého výměníku teplo vodě v radiátorech, následně se ochladí a zkondenzuje. Radiátory získané teplo vyzáří do místnosti a ochlazená voda v topném okruhu putuje nazpět k druhému výměníku pro opětovné ohřátí. strana 8

9 Čtvrtá fáze - Expanze: Chladivo putuje průchodem přes expanzní ventil nazpátek k prvnímu výměníku, kde se opět ohřeje. Tento koloběh se neustále opakuje. strana 9

10 Použité zdroje a odkazy: Internet: Tepelná čerpadla pro každého (I), Autor: Ing. Miroslav Hořejší strana 10