Princip tepelného čerpadla: Jak funguje a proč může mít více než 100% účinnost?

Tepelné čerpadlo je zařízení, které využívá principu přesunu tepla. Na rozdíl od běžných topných systémů, které vytvářejí teplo přeměnou elektrické energie, tepelné čerpadlo "čerpá" teplo z jednoho místa a přesouvá ho na jiné. Během zimních měsíců takto čerpá teplo z vnějšího prostředí (ze vzduchu, země nebo vody) a přesune ho do interiéru domu. Během léta může fungovat v opačném směru - odebírá teplo z interiéru a uvolňuje ho do vnějšího prostředí, čímž funguje jako klimatizace.

Pro technicky zdatnější čtenáře lze proces fungování tepelného čerpadla popsat takto: Tepelné čerpadlo funguje na principu Carnotova cyklu, kde hlavními komponentami jsou kompresor, výměník tepla (výparník), expanzní ventil a další výměník tepla (kondenzátor). 

Začínáme s nízkoteplotním zdrojem tepla, například vzduchem nebo zemí. Teplo z těchto zdrojů je absorbováno do chladicí kapaliny (chladiva), která projde odpařováním v prvním výměníku tepla a mění se na plyn. Poté plyn prochází kompresorem, kde se zvyšuje jeho teplota a tlak. Tento zahřátý plyn následně prochází druhým výměníkem tepla (kondenzátorem), kde uvolní své teplo pro vytápění domu a při tom se z plynu zase stane kapalina (kondenzace).

Nakonec expanzní ventil sníží tlak a teplotu kapaliny, čímž se proces může začít znovu. Tímto způsobem tepelné čerpadlo efektivně "čerpá" teplo z jednoho místa a přesouvá ho na jiné.

Tato otázka může na první pohled vzbudit určité pochyby. Jak může být něco více než 100 % účinné? U tepelných čerpadel je to však realita, která souvisí s tím, jak měříme jejich účinnost.

Klasické topné systémy, jako jsou elektrické trouby nebo topné těleso, mají účinnost maximálně 100 %. To znamená, že všechna energie, kterou spotřebují, se přemění na teplo. Ale tepelná čerpadla nevyrábějí teplo - pouze ho přesouvají. Takže když spotřebují jednu jednotku energie, mohou přesunout více než jednu jednotku tepla. Proto mohou mít účinnost (či koeficient výkonu, jak se říká v kontextu tepelných čerpadel) větší než 100 %.

Topný faktor, někdy také označován jako koeficient výkonu (COP - Coefficient of Performance), je klíčovým ukazatelem účinnosti tepelných čerpadel. Zjednodušeně řečeno, COP nám říká, kolik jednotek tepla tepelné čerpadlo může přesunout za použití jedné jednotky energie.

Pokud tedy má tepelné čerpadlo COP 3, znamená to, že za každou jednotku energie, kterou spotřebuje, může přesunout tři jednotky tepla. Tímto způsobem může tepelné čerpadlo dosáhnout "účinnosti" více než 100 % - pokud tedy účinnost definujeme jako poměr přesunutého tepla k spotřebované energii.

Tepelná čerpadla jsou působivým příkladem, jak moderní technologie mohou efektivně využívat přírodní zdroje. Díky své vysoké účinnosti přispívají ke snižování energetické náročnosti vytápění a chlazení budov a tím i ke snižování dopadu na životní prostředí. Jejich vysoká "účinnost" může na první pohled působit záhadně, ale ve skutečnosti jde o důsledek efektivního využití energie k přesunu tepla. Bez ohledu na technické detaily je jasné, že tepelná čerpadla představují atraktivní řešení pro budoucnost bydlení.