Podstata problému
Nic ve skutečnosti „vyrábí chlad". Teplo je energie a samovolně teče z tepla ke studenu — nikdy naopak, podobně jako voda neteče do kopce. Lednice ani klimatizace nejsou výjimkou: jsou to tepelná čerpadla, která vynakládají mechanickou práci na přenos tepla proti jeho přirozenému směru — z chladného prostoru do teplejšího.
Trik spočívá v tom, že teplota varu kapaliny závisí na tlaku. Snížíme-li tlak, kapalina vře při nízké teplotě; stlačíme-li ji, kondenzuje při vysoké. Stroj toho využívá ve smyčce se čtyřmi komponenty:
- Výparník (vnitřní/studená strana): nízkotlaké chladivo vře a pohlcuje skupenské teplo z místnosti nebo potravinového prostoru — právě zde vzniká chlad.
- Kompresor: stlačuje páru na vysoký tlak a zvyšuje tak její kondenzační teplotu nad teplotu okolí.
- Kondenzátor (venkovní/teplá strana): vysokotlaká pára kondenzuje a to teplo odvádí ven.
- Expanzní ventil: škrtí kapalinu zpět na nízký tlak; ta se při tom prudce ochlazuje a vrací se do výparníku.
Energetická bilance musí sedět: Q_teplo = Q_chlad + W — teplo odvedené ven se rovná teplu odebranému uvnitř plus práci kompresoru W. Účinnost vyjadřuje COP = Q_chlad / W — kilowatty přeneseného tepla na kilowatt elektriky. COP 3 znamená tři jednotky tepla přenesené na jednotku práce; žádný odporový topný těleso se tomu nevyrovná, protože odporové vytápění je stropem COP 1.
Příklad z praxe
Kuchyňská lednice a domácí split klimatizace jsou tentýž stroj v jiné geometrii: výparník lednice se skrývá v potravinovém prostoru, kondenzátor je teplá mřížka na zadní stěně. Zimní tepelné čerpadlo je stejná smyčka, jen užitečným výstupem je teplá strana — a s reverzačním ventilem se z něj v červenci stane klimatizace. Jediný cyklus stojí za většinou světového chlazení a rostoucí částí vytápění.
Častá chyba
Nechávat otevřené dveře lednice, aby zchladila rozpálenou kuchyňi. Každý joule tepla odebraný z místnosti se přes kondenzátor vrátí zpátky — plus elektrická práce kompresoru W. Čistý efekt: místnost se oteplí právě o W. Provozovali byste stowattový topný ventilátor s pár kroky navíc.