Tepelné čerpadlo je zařízení docela podobné chladničce. Dokáže odebírat teplo ze svého okolí (např. řeky, odpadních vod, vzduchu i z půdy), tím zvýší teplotu vhodně zvolené teplosměnné látky tak, aby se jejím prostřednictvím mohla ohřívat užitková voda, vytápět apod. Princip tepelného čerpadla je znám už přes 100 let.
Princip tepelného čerpadla.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Tak jako u chladničky je základním prvkem tepelného čerpadla kompresor – tedy stroj na stlačování plynů. Ten je u tepelných čerpadel poháněn buď elektrickým, nebo spalovacím motorem. Dalšími prvky tepelného čerpadla jsou výparník, kondenzátor a expanzní ventil. Dohromady jsou spojeny trubkami do uzavřeného okruhu, který je naplněn pracovním médiem – teplosměnnou látkou. Tato látka se vyznačuje nízkým bodem varu. Po zapnutí kompresoru se médium odčerpává z výparníku v podobě par. Stlačením se v kompresoru ohřívá asi na 50 °C. Ohřáté médium je protlačováno trubičkami kondenzátoru. Plocha trubiček bývá zvětšena připevněnými lamelami, aby co nejvíce tepla přešlo do topného okruhu. V něm je voda poháněna malým čerpadlem (jako v ústředním topení). Voda, která předala své teplo, se vrací pro nové do kondenzátoru.
Médium se o odebrané teplo ochladí. Ještě stále pod tlakem kompresoru. Tlak se sníží prudce až v expanzním ventilu. S tím však prudce klesne i teplota média, třeba až pod bod mrazu. Zároveň médium kondenzuje, tj. mění se v kapalinu.
Když takto vymražené médium probíhá trubkami výparníku, v němž se účinkem sání kompresoru opět mění v plyn, snaží se odebrat teplo z okolního teplejšího prostředí. Tím může být i zdánlivě studená voda v řece, vzduch, půda apod. Že se toto prostředí o něco ochladí, většinou ani nepozorujeme. S čím teplejším prostředím čerpadlo pracuje, tím dosahuje větší účinnosti.
Výhoda používání tepelného čerpadla spočívá v tom, že dokáže využít tzv. nízkopotenciální zdroje tepla, které jsou zdarma k dispozici. Dobře provedené tepelné čerpadlo dodá při odběru 1 kWh ze sítě pro pohon kompresoru asi třikrát tolik tepla, než kdybychom onu kilowatthodinu „propálili“ v kamnech. Nevýhodné je, že při venkovních teplotách pod –5 °C již výkon tepelného čerpadla nestačí. Je nutné tedy mít záložní zdroj.
