Pompy ciepła – zasada działania

W ostatnim czasie zaobserwować można wzrost zainteresowania pompami ciepła. Są one popularne wśród osób, które szukają wydajnego i sprawdzonego źródła ciepła do nowo wybudowanego domu, a także wśród tych, którzy przymierzają się do wymiany starego systemu grzewczego (np. kotła na paliwo stałe) na coś bardziej efektywnego. Dużym zainteresowaniem cieszą się szczególnie pompy ciepła powietrze-woda, ale są też inne systemy, które warto znać.

Działanie pompy ciepła – co warto wiedzieć?

Pompy ciepła działają poprzez przenoszenie ciepła z jednego miejsca (ciepły obszar) do drugiego (zimny obszar). Odbywa się to za pomocą czynnika chłodniczego, który absorbuje ciepło z ciepłego obszaru i uwalnia je w zimnym obszarze.

Montaż pompy ciepła może być bardzo dobrym posunięciem. Pompy ciepła to wydajne, a zarazem ekologiczne urządzenia, które można wykorzystać m.in. do ogrzewania domu i podgrzewania wody użytkowej. Cechuje je niezawodność i wysoka efektywność.

Każdy, kto planuje zainstalować pompę ciepła na swojej posesji, powinien wiedzieć, czym dokładnie jest to urządzenie i na czym polega ogrzewanie pompą ciepła. W niniejszym tekście odpowiemy więc na kilka pytań, m.in. jak jest zbudowana oraz jak działa pompa ciepła.

Podstawowe elementy składowe pomp ciepła

Pompy ciepła, których używa się do ogrzewania domu, podgrzewania wody użytkowej, a w lecie także i do chłodzenia budynków, wykorzystują czynnik roboczy, który jest nośnikiem energii cieplnej. Bez niego funkcjonowanie pomp ciepła byłoby niemożliwe.

Aby możliwe było wykonywanie przez nich pracy, pompy ciepła potrzebują konkretnych elementów. Należą do nich:

• parownik – element pompy ciepła, który przekazuje ciepło z powietrza zewnętrznego do wewnętrznych wężownic poprzez odparowanie wody;
• wymiennik ciepła – urządzenie, które służy do przekazywania ciepła między dwoma obiegami – obiegiem wewnętrznym i instalacją centralnego ogrzewania;
• sprężarka – element, którego zadaniem jest zwiększenie ciśnienia i temperatury krążących w instalacji czynnika roboczego;
• zawór rozprężny – służy on do obniżania ciśnienia i temperatury czynnika roboczego.
  
  

Jak działa pompa ciepła?

Pompa ciepła to urządzenie, które przenosi ciepło z zimnej przestrzeni do cieplejszej. Robi to poprzez wykorzystanie energii mechanicznej do przemieszczania ciepła z miejsca zimniejszego do cieplejszego.

Zasada działania pompy ciepła polega na tym, że nie wytwarza ona żadnego ciepła, ale raczej przenosi je z jednego miejsca do drugiego. W tym celu wykorzystuje energię elektryczną do zasilania silnika elektrycznego i sprężarki. Sprężarka spręża znajdujący się w niej czynnik chłodniczy (np. specjalny gaz), co powoduje, że staje się on gorący. Ten gorący czynnik przemieszcza się następnie przez rury w systemie, gdzie traci część swojego ciepła na rzecz otaczającego go powietrza lub wody. Następnie ten schłodzony czynnik chłodniczy wraca do sprężarki, gdzie zostaje ponownie sprężony i rozpoczyna swój cykl od nowa, aż cała jego energia zostanie przekazana z systemu.

Jakie rodzaje pomp ciepła są najczęściej spotykane?

Pompy ciepła to świetny sposób na ogrzewanie i chłodzenie domu. Mogą być używane do zapewnienia centralnego ogrzewania lub klimatyzacji i są bardziej energooszczędną opcją niż tradycyjne metody, takie jak kotły na paliwo stałe.

Pompy ciepła mają różne typy systemów w zależności od tego, gdzie są umieszczone i jakie jest ich źródło pozyskiwania ciepła. Najczęściej wymienia się trzy główne typy pomp ciepła:

• Pompa ciepła powietrze-powietrze – pompy te wykorzystują powietrze jako źródło ciepła lub chłodu. Pobierają one powietrze z zewnątrz domu przez wewnętrzną cewkę przed wysłaniem go do pomieszczeń. Działanie pompy ciepła powietrze-powietrze jest często porównywane do działania klimatyzatora, tyle że jest to urządzenie o znacznie większej mocy. Proces wciągania zimnego powietrza i wydalania ciepłego nie wymaga od użytkownika robienia czegokolwiek poza włączeniem. Jest to więc system bardzo prosty w obsłudze;
• Pompa ciepła powietrze-woda – pompy ciepła typu powietrze-woda wykorzystują powietrze do przenoszenia ciepła z zewnątrz do wnętrza budynku. Odbywa się to za pomocą sprężarki, która jest napędzana przez silnik elektryczny. Sprężarka pobiera powietrze zewnętrzne o niskim ciśnieniu i spręża je do wysokiego ciśnienia. Powoduje to wzrost temperatury powietrza, ale nie jego gęstości. Sprężone powietrze jest następnie wykorzystywane do napędzania wymiennika ciepła, gdzie podgrzewa przepływającą przez niego wodę. Podgrzana woda jest kolejno przesyłana rurami z powrotem do budynku w celu wykorzystania jej do celów domowych;
• Pompa ciepła gruntowa – główną różnicą pomiędzy gruntową pompą ciepła a innymi rodzajami pomp ciepła jest wykorzystanie gruntu jako źródła energii cieplnej zamiast wykorzystywania energii elektrycznej lub paliw kopalnych do wytwarzania ciepła. Typowy system działa poprzez wykorzystanie dwóch pętli, jednej wewnątrz budynku i jednej w ziemi pod nim. Ciepło z wnętrza budynku przechodzi przez wewnętrzną wężownicę przed wejściem do pętli gruntowej, gdzie jest wydobywane z ziemi za pomocą studni geotermalnej. Wydobyte ciepło ogrzewa wodę, która krąży w wężownicach wewnątrz domu, zapewniając ciepłą wodę do kąpieli lub prania odzieży.
  
  

Połączenie pompy ciepła z instalacją fotowoltaiczną – czy to ma sens?

Pompy ciepła są często wykorzystywane jako alternatywne źródło ogrzewania w domach i firmach, ponieważ są bardziej wydajne niż inne formy systemów grzewczych, takich jak piece lub kotły, ponieważ mogą przenieść więcej energii z ich systemów niż wkładają do nich podczas pracy.

Instalacja pompy ciepła może też pomóc w oszczędzaniu na rachunkach za energię elektryczną. W jaki sposób można wygenerować takie oszczędności? Przykładowo, łącząc instalację fotowoltaiczną z pompą ciepła! Dzięki instalacji fotowoltaicznej – zamiast pobierać energię elektryczną z sieci, pompa ciepła wykorzystuje energię odnawialną, czyli prąd wygenerowany przez panele słoneczne. Zasilanie instalacji grzewczej i uzyskiwanie ciepłej wody użytkowej staje się wtedy znacznie tańsze.

Połączenie pompy ciepła z panelami fotowoltaicznymi może być więc znakomitym pomysłem pozwalającym zredukować zużycie energii elektrycznej z sieci, a co za tym idzie – obniżyć comiesięczne rachunki!