Hlavní myšlenka
Parní kompresní zařízení teplo nikdy nevyrábí; pouze je přemisťuje. Kompresor zvýší tlak chladiva (a tím i jeho kondenzační teplotu), kondenzátor odvede teplo na teplou stranu, expanzní ventil tlak sníží a výparník pohltí teplo ze studené strany. Nic v této fyzice neříká, která strana je „užitečná“ — lednička, klimatizace a tepelné čerpadlo jsou tentýž stroj, liší se pouze tím, ke kterému výměníku stojíte. Klimatizace už je tepelné čerpadlo: čerpá teplo z vaší ložnice a odvádí ho do ulice.
Tím, co z stroje dělá specializované tepelné čerpadlo, je čtyřcestný reverzační ventil, který vyměňuje role obou výměníků. V chladicím režimu je vnitřní výměník výparníkem; přesunete ventil a vnitřní výměník se stane kondenzátorem, takže tatáž jednotka najednou vytápí místnost. Z čísel plynou dvě věci. Topný COP se rovná chladicímu COP plus jedna, protože užitečné teplo na teplé straně se rovná teplu odebranému plus elektrickému příkonu kompresoru:
- COP_topení = COP_chlazení + 1 (tentýž stroj, ideální ventil)
- COP ≈ T_tep / (T_tep − T_stud) — Carnotův strop, teploty v kelvinech
Druhý vzorec je celý příběh návrhu tepelného čerpadla: účinnost nezávisí jen na stroji, ale na teplotním zdvihu mezi zdrojem a okem. Zmenšíte zdvih a COP vystřelí; zvětšíte ho a COP klesá k 1 — hodnotě obyčejného elektrického topení.
Praktický příklad
Supermarket provozuje chlazené vitríny celý rok, takže jeho strojovna kondenzuje teplo nonstop. Místo aby toto teplo vyhodila komíny střešními kondenzátory, obchod jej rekuperuje: desuperheatery na rámech předehřívají užitkovou vodu a ohřátý vzduch v zimě topí prodejnu — „účet za topení“ je většinou vedlejším produktem udržování mléka v chladu. Tatáž logika funguje i v domě: vzduch-voda jednotka čerpající teplo z nočního vzduchu −5 °C a dodávající vodu 35 °C do podlahového topení může běžet na COP 3–4, tedy dodat 3–4 kWh tepla na zakoupenou kWh, zatímco přímý elektrický topič dodá přesně 1.
Častá chyba
Očekávat, že COP je pevné číslo ze štítku. Není: COP klesá se rostoucím zdvihem. Namontujete tepelné čerpadlo na staré 70 °C radiátory místo 35 °C podlahového topení a kondenzační teplota musí stoupnout, zdvih se roztáhne a COP se může téměř halfovat — tatáž skříň náhle stojí provoz dvakrát tolik. Pravidlo: tepelná čerpadla milují nízké sdružené teploty a velké otopné plochy; výměna radiátorů je součástí tepelného čerpadla, ne volitelný doplněk.