Tepelné čerpadlá už dlho fascinujú svojou účinnosťou a možnosťou získavania energie zadarmo z okolia. Súčasná snaha o znižovanie spotreby energie robí túto víziu čoraz reálnejšou. Základný princíp, na ktorom tepelné čerpadlá fungujú, zostáva už viac ako 150 rokov nemenný.
Základný princíp tepelného čerpadla
Tepelné čerpadlo funguje na princípe obehu chladiva v uzavretom systéme. Tento systém pozostáva zo štyroch hlavných komponentov: výparníka, kompresora, kondenzátora a expanzného ventilu.
- Výparník: V ňom dochádza pri nízkom tlaku k odparovaniu chladiva, čím sa odoberá teplo zo zdroja primárneho tepla.
- Kompresor: Nasleduje stlačenie chladiva na vyšší tlak, čo vedie k jeho ohriatiu na vyššiu teplotu.
- Kondenzátor: Pri vysokom tlaku chladivo skvapalňuje a odovzdáva teplo vykurovacej vode.
- Expanzný ventil: Znižuje tlak chladiva pred vstupom do výparníka, čím uzatvára cyklus.
Tepelné čerpadlo zdanlivo nelogicky dokáže absorbovať teplo zo studenšieho prostredia a uvoľňovať ho v teplejšom prostredí. Ako to funguje? Tepelné čerpadlo je vlastne obeh kvapaliny v systéme, ktorý sa vyparuje pri nízkych teplotách. Kým je kvapalina kvapalná, prúdi do studenšieho prostredia, kde sa ohreje (pretože kým je kvapalná, je ešte studenšia než to prostredie). Keď sa ohreje, zmení sa jej skupenstvo z kvapalného na plynné. Plyn sa následne dostáva do teplejšieho prostredia (napr. do domu). Tu sa kompresorom stlačí, pričom dochádza ku zmene skupenstva a plyn opäť skvapalnie.
História tepelných čerpadiel
História tepelného čerpadla je prekvapivo stará. Už v roku 1748 demonštroval William Cullen princíp umelého chladenia, ktorý je v zásade aj princípom tepelného čerpadla. V roku 1852 lord Kelvin uviedol vedecké princípy, na ktorých tepelné čerpadlo pracuje - 2. termodynamická veta. V rokoch 1855 až 1857 Peter von Rittinger vybudoval prvý systém tepelného čerpadla. Americký vynálezca Robert C. Webber prišiel na myšlienku tepelného čerpadla zem/voda, keď experimentoval s chladením.
Druhy tepelných čerpadiel
Rozoznávame tri základné druhy tepelných čerpadiel:
Prečítajte si tiež: BMW E36 316i: Výmena vodného čerpadla
- Vzduch/voda: Teplo sa berie z vonkajšieho vzduchu. Tento typ je najjednoduchší na inštaláciu a hodí sa napríklad na nížinu, kde sú mierne zimy. Jeho výkonnosť závisí najmä od okolitej teploty.
- Zem/voda: Teplo sa berie z podzemného vrtu. Tento typ pracuje so stálou teplotou zdroja, no treba rátať s vyššími vstupnými nákladmi.
- Voda/voda: Teplo sa získava z podzemnej vody alebo studne.
Výhody a nevýhody tepelných čerpadiel
Tepelné čerpadlá sa pokladajú za najefektívnejšie zdroje tepla, ktoré sú mimoriadne vhodné kvôli ochrane životného prostredia. Nevytvárajú žiadny oxid uhličitý a spotrebujú minimum elektrickej energie na svoj pohon.
Každá dobrá vec má však svoje ale. Pribúda aj počet neodborných inštalácií a nespokojných zákazníkov.
Ako si vybrať správne tepelné čerpadlo
Ak si chcete vybrať tepelné čerpadlo pre svoj dom, je prakticky nevyhnutné porozprávať sa s odborníkom. Musíte zobrať do úvahy, aký typ vykurovania v dome používate. Tepelné čerpadlo, podobne ako kondenzačný kotol, najlepšie pracuje, ak neohrieva vykurovaciu vodu na vysokú teplotu. Preto je vhodný systém odovzdania tepla podlahové vykurovanie. Tiež je dôležité, aby bol dom dobre izolovaný a zateplený. Tiež je vhodné do miest s teplejšou klímou - najmä typy vzduch-voda.
Nezabúdajte, že ak znížite tepelné straty, klesnú vám aj nároky na výkon tepelného čerpadla a priamoúmerne s výkonom čerpadla klesajú aj nároky na zdroj primárneho tepla. To všetko sú investičné aj prevádzkové náklady. Je dobré snažiť sa dostať dom do pasívneho štandardu. Inštalovať nízkoteplotný systém vykurovania s dostatočne nadimenzovaným teplotným spádom na úrovni vstupnej vody 30 - 35 °C.
Ďalšie odporúčania:
- Vyberte si čo najjednoduchší systém tepelného čerpadla.
- Zvážte použitie dvojtarify.
COP (Coefficient of Performance)
Ak sa stretnete so skratkou COP v spojitosti s tepelným čerpadlom, práve toto číslo vyjadruje pomer tepla, ktoré sa vytvorí, k množstvu energie, ktoré je potrebné na jeho vytvorenie. Čím je COP vyššie, tým lacnejšiu energiu z tepelného čerpadla dostávate.
Prečítajte si tiež: Bezpečnosť a obehové čerpadlá
Veterná energia a veterné čerpadlá
Keď sa vietor bez zábran preháňa krajinou, vie roztáčať ramená mlynov. Tie človeku slúžili pred stovkami rokov ako prostriedok na vytváranie obživy. Príroda a jej živly sú nevyspytateľné. Svoju moc ukázali aj na prelome 18. a 19. storočia, keď Slovensko trápili veľké suchá. Tento zdroj sily našli a pretavili do podoby veterných mlynov. Ich výstavba sa dokonca začala realizovať v masovom meradle. Napriek tomu sa u nás zachoval iba jeden veterný mlyn holandského typu.
Veterný mlyn je zariadenie, ktoré dokáže premieňať energiu vetra na kinetickú energiu, teda pohybovú. Používal sa nielen na Slovensku, ale aj v mnohých krajinách sveta (dodnes nachádza využitie na mletie múky či pumpovanie vody), pričom veľké zastúpenie našiel najmä v Holandsku. Značná časť týchto mlynov sú v skutočnosti vetrom poháňané vodné čerpadlá. Ani u nás však o špecifické prepojenie vetra a vody nebola núdza.
Na Slovensku sa nachádzali iba tri technické pamiatky založené na princípe veterného pohonu vodárenského čerpacieho zdroja, a to v juhozápadnej časti v obciach Lok, Mužla a Trávnica. Jediná zachovaná na pôvodnom mieste, zrekonštruovaná a aj v súčasnosti funkčná je veterná studňa v Trávnici v Nitrianskom kraji.
Veterná studňa v Trávnici
Jej výstavbu začal staviteľ Ladislav Barlanghy, a to predovšetkým z dôvodu dobudovania kaštieľa, ktorý v Trávnici doposiaľ stojí obklopený exotickými stromami. Dokončovacie práce neoklasicistického kaštieľa vyžadovali využitie vody na kopci - jednak kvôli uľahčeniu roboty a jednak na účely budúceho zužitkovania. Zásluhu na vytvorení veternej studne má i statkár Karol Elbogen, ktorý sa neskôr stal novým majiteľom kaštieľa. Postaral sa o zmodernizovanie mechanizmu čerpania vody, a to tak, že obmenil stožiar a doplnil ho o veterné koleso. Išlo o zlepšovák, ktorým sa inšpiroval na svojich cestách v zahraničí.
Bol to pragmatický človek, čo sa ukázalo pri praktickom používaní studne - slúžila na čerpanie vody do spádového vodovodu, na ktorý bol napojený kaštieľ a neďaleký liehovar či koniareň. Konštrukcia studne s veľkým veterným kolesom prestala byť po roku 1945 používaná, pozemok, na ktorom bola postavená, bol skonfiškovaný a pridelený na výstavbu rodinného domu. V nasledujúcom období sa teda k pamiatke nikto nehlásil, mechanizmus studne skorodoval, stal sa nefunkčným, ba postupom času dokonca ohrozoval obyvateľov v okolí. To malo za následok, že kvôli bezpečnosti bolo hnacie koleso z vrcholu konštrukcie odstránené.
Prečítajte si tiež: Efektívne vykurovanie a ohrev vody
Znovuzrodenie veternej studne
Veterná studňa sa naozaj dočkala znovuzrodenia. Miesto, na ktorom sa nachádza, už oficiálne patrí obci. Na veži studne sa dodnes zachovali všetky pôvodné priečniky. Sila vetra sa tak prenáša cez ozubené kolesá na pumpu čerpajúcu vodu zo studne.
Pri rekonštrukcii boli vypracované rôzne posudky. Keďže ide o jedinú zachovanú studňu na veterný pohon, a teda vo svojej podstate unikát, bolo potrebné celú konštrukciu rozobrať a premerať. Jej veža bola pôvodne navrhnutá ako štvorboká konštrukcia s výškou 20 metrov. Vo výške takmer 16 metrov sa nachádzala plošina s drevenou podlahou a s rozmermi pôdorysu 1,83 metra. Okolo nej bolo vybudované zábradlie.
Slovensko je na kultúrne pamiatky bohaté. Ani tie technického zamerania nezaostávajú, naopak, prostredníctvom zachovaných unikátov nám predostierajú vynaliezavosť a kreativitu našich predkov. Z tohto pohľadu je nepochybne zaujímavý technický objekt veternej studne s vežovým čerpadlom, prístupný pre širokú verejnosť, pripravený preniesť vás na okamih do minulosti.
Alternatívne zdroje energie a ich využitie v Štúrove
Mesto Štúrovo a jeho okolie disponuje potenciálom pre využitie rôznych obnoviteľných zdrojov energie, ktoré by mohli prispieť k zníženiu závislosti na fosílnych palivách a k ochrane životného prostredia.
Biomasa
Využiteľný potenciál biomasy v okolí Štúrova je značný, pričom sa zameriava na zdroje dendromasy (odpad z lesného hospodárstva a drevospracujúceho priemyslu) a poľnohospodárskej biomasy (slama, odpady z pestovania plodín).
Slnečná energia
Oblasť Štúrova má priaznivé podmienky pre využívanie slnečnej energie, s ročným úhrnom globálneho žiarenia dosahujúcim hodnotu 1000 až 1250 kWh/rok. Táto energia sa dá využiť na prípravu teplej úžitkovej vody, vykurovanie priestorov a výrobu elektrickej energie pomocou solárnych kolektorov a fotovoltaických panelov.
Geotermálna energia
Vzhľadom na geologickú aktivitu v regióne existuje potenciál pre využívanie geotermálnej energie pomocou tepelných čerpadiel.
Veterná energia
Hoci v okolí Štúrova nie sú ideálne podmienky pre rozsiahle veterné parky, menšie veterné turbíny môžu byť vhodné na lokálne využitie, napríklad na pohon čerpadiel vody.
Prečerpávacie vodné elektrárne (hydroakumulátory)
V dobe, keď sa svet neúprosne snaží o udržateľnú budúcnosť, čelíme jednej z najväčších výziev: ako efektívne skladovať energiu. S rastúcim podielom obnoviteľných zdrojov, ako sú solárne panely a veterné turbíny, ktoré sú závislé od počasia, sa stáva stabilita energetickej siete kritickou otázkou. V tomto kontexte sa prečerpávacie vodné elektrárne, často označované ako hydroakumulátory, ukazujú ako kľúčový hráč. Ide o technológiu, ktorá už desaťročia ticho, no mimoriadne efektívne, zabezpečuje rovnováhu v našich elektrických sieťach.
Prečerpávacie vodné elektrárne, alebo hydroakumulátory, predstavujú najrozšírenejšiu formu veľkokapacitného skladovania energie na svete. Ich princíp je jednoduchý, no mimoriadne efektívny. Základom sú dve vodné nádrže umiestnené v rôznych nadmorských výškach. Keď je v sieti prebytok elektriny - napríklad počas veterných nocí alebo slnečných dní - táto energia sa využije na pohon čerpadiel. Čerpadlá tlačia vodu z dolnej nádrže do hornej. Keď je naopak dopyt po elektrine vysoký a cena stúpa, voda sa vypúšťa z hornej nádrže. Prúdi potrubím dole a roztáča turbíny. Proces je plne reverzibilný a môže sa opakovať nespočetne veľakrát. Celý cyklus prečerpávania a výroby elektriny dosahuje vysokú účinnosť, často v rozmedzí 70-85 %.
Sú kľúčové pre integráciu premenlivých obnoviteľných zdrojov, ako je solárna a veterná energia.
Áno, existujú koncepcie a pilotné projekty pre pobrežné hydroakumulátory, ktoré využívajú morskú vodu ako dolnú nádrž.