Jak działają pompy ciepła?

Ekologiczne, energooszczędne, praktycznie bezobsługowe – pompy ciepła mają mnóstwo zalet, dzięki nim wykorzystywanie odnawialnych źródeł energii jest proste. Co ważne, pompy ciepła tak naprawdę potrzebują niewielkiej mocy elektrycznej do napędu procesów wytwarzających ogrzewanie. Jak zatem działają pompy ciepła? W jaki sposób ocieplają budynek i stają się wydajnym źródłem wody użytkowej? Odpowiadamy!

Z czego jest zbudowana pompa ciepła?

Pompa ciepła składa się z dwóch najważniejszych jednostek – zewnętrznej i wewnętrznej. Są one połączone przewodami, które wypełnia czynnik roboczy. Pompy ciepła czerpią energię z otoczenia: z powietrza, gruntu lub wody, zależnie od rodzaju systemu, a następnie dostarczają ją do instalacji za pomocą aktywnego czynnika.

Poniżej opisujemy najważniejsze elementy pompy ciepła.

Parownik – ten element odpowiada za pobór ciepła. Parownik absorbuje ciepło z otoczenia, a w połączeniu z aktywnym czynnikiem roboczym odbiera je, gdy znajduje się w dolnym obiegu w pompie ciepła.

Sprężarka – spręża czynnik roboczy, który krąży w obiegu pompy ciepła, co powoduje wzrost jego ciśnienia i temperatury. To właśnie sprężarka odpowiada za transport energii między dolnym a górnym obiegiem. Dzięki sprężeniu para się skrapla, co wpływa na wydzielanie ciepła.

Skraplacz – w tym miejscu zachodzi intensywne skraplanie się czynnika roboczego, który zmienia stan skupienia z pary na ciecz. Ten proces skutkuje mocnym wzrostem temperatury, to właśnie ona zostaje przekazana do instalacji ogrzewania obiektu.

Zawór rozprężny – reguluje wymianę ciepła, przepływ czynnika roboczego.

Czynnik roboczy – umożliwia przekazywanie energii z obiegu dolnego do obiegu górnego. Czynnik roboczy zmienia stan skupienia zależnie od temperatury i ciśnienia, co sprawia, że transport ciepła przebiega sprawnie i bezproblemowo. Zwany czynnikiem termodynamicznym lub nośnikiem ciepła, oddaje i pobiera energię.

Teraz już wiesz, jakie są najważniejsze elementy pomp ciepła i jak przepływa energia cieplna. Pompa, która jest źródłem wody użytkowej i ogrzewania, wykorzystuje do pracy tak zwany efekt Joule’a-Thomsona, którego zasady przybliżymy w następnej części wpisu.

Jak działa pompa ciepła?

Nie każdy wie, że pompa ciepła działa podobnie jak lodówka, tylko w odwrotny sposób – podczas, gdy lodówka usuwa ciepło z wnętrza, pompa ciepła usuwa ciepło z zewnątrz, przekazując je do swojego systemu. To jest główna zasada działania pompy ciepła, czyli przekazanie energii z dolnego źródła, by górne źródło pompy ciepła ogrzało budynek.

Pobieranie ciepła

Pompa ciepła pracuje dzięki trzem kluczowym obszarom, na które składa się: system źródła ciepła, pompa ciepła i system dystrybucji. W systemie źródła ciepła znajduje się ciecz, w większości przypadków roztwór glikolu, na który składa się woda ze środkiem zapobiegającym zamarznięciu. Chłonie ona ciepło z gruntu lub wody. W przypadku powietrznej pompy ciepła cieczy zazwyczaj nie ma, ale jest wentylator zasysający powietrze do pompy.

Wykorzystanie ciepła

Po poborze ciepła dochodzi do przekazania energii z zewnątrz do czynnika chłodniczego, co skutkuje jego odparowaniem w parowniku. Sprężarka pobiera parę, podnosi temperaturę czynnika, w efekcie czego staje się on ciepły. W skraplaczu gorący czynnik w postaci gazu pod wysokim ciśnieniem zostaje skraplany i oddaje ciepło. Skroplony czynnik jest transportowany do zaworu rozprężonego, gdzie jego ciśnienie maleje, a on przyjmuje stan ciekły.

Ogrzewanie

Wytworzone ciepło przejmuje woda i kieruje je dalej do systemu dystrybucji. To właśnie ten system odpowiada za ogrzewanie wody i budynku.

Zasada działania pompy ciepła polega więc na oddaniu ciepła do instalacji centralnego ogrzewania na przykład podłogowego, ściennego, sufitowego lub do grzejników oraz podgrzaniu ciepłej wody użytkowej.

Zasada działania pompy ciepła różni się zwłaszcza w przypadku pompy powietrznej, jednak wiele elementów jest wspólnych, a cel dokładnie taki sam – dostarczenie ciepłej wody użytkowej i ogrzewania do domu, biura czy dowolnego obiektu użytku publicznego.

W PIGUŁCE: jak działa pompa ciepła

Podsumowując: energia zostaje pobrana z dolnego źródła i transportowana do górnego źródła. Generowanie ciepła jest możliwe dzięki kluczowym elementom, takim jak parownik, sprężarka, skraplacz, zawór rozprężny. Natomiast za przekazywanie ciepła odpowiada czynnik roboczy zmieniający stan skupienia, w efekcie czego może pobierać lub oddawać energię.

Przemiany termodynamiczne prowadzą do odparowania płynu w niskiej temperaturze. Następnie pobiera on ciepło z otoczenia w dolnym źródle, trafia do sprężarki, gdzie wzrost ciśnienia powoduje sprężenie gazu. Czynnik roboczy stopniowo się nagrzewa i oddaje ciepło do instalacji grzewczej i wody użytkowej. Po skropleniu trafia do zaworu rozprężnego, ochładza się, a potem cykl zaczyna się od nowa.

Rodzaje pomp ciepła

Działanie pompy ciepła trochę różni się zależnie do rodzaju pompy, na przykład, jak wspomnieliśmy, powietrzna pompa ciepła zasysa powietrze wentylatorem, a gruntowa pompa ciepła chłonie energię z ziemi za pomocą specjalnego roztworu. Efekt jest jednak taki sam, oba systemy nienagannie służą do ogrzewania pomieszczeń i podgrzewania wody użytkowej.

Skoro już o tym mowa, jakie rodzaje pomp ciepła są dostępne w Polsce?

·         Powietrzne pompy ciepła

·         Gruntowe pompy ciepła

·         Wodne pompy ciepła

W Polsce najczęściej są montowane powietrzne i gruntowe pompy ciepła. Czym się różnią?

Pompy ciepła powietrze

Pobierają ciepło z powietrza, dzielą się na dwa rodzaje: pompy ciepła powietrze-woda oraz pompy ciepła powietrze-powietrze. Te pierwsze ogrzewają obiekty i służą do przygotowania ciepłej wody użytkowej, drugie natomiast nie ogrzewają wody. Te pompy doskonale współgrają z ogrzewaniem podłogowym, najlepszym rozwiązaniem jest oczywiście korzystanie z nich w duecie z panelami fotowoltaicznymi.

Powietrzne pompy ciepła wykorzystują nawet do 80% energii z powietrza, co czyni je energooszczędnymi i ekologicznymi. Mają dostęp do niewyczerpanego źródła ciepła, czyli powietrza, więc nie musisz się obawiać o ich wydajność.

Gruntowe pompy ciepła

Działanie pompy ciepła gruntowej nie byłoby możliwe bez wykorzystania zasobów ziemi. Gruntowa pompa czerpie energię właśnie z jej wnętrza, jest stabilniejszym źródłem ogrzewania niż powietrzna, o której wydajności w dużej mierze decydują warunki atmosferyczne.

Pompa ciepła gruntowa składa się z wymiennika gruntowego, który trzeba umieścić na odpowiedniej głębokości. Z tego względu jest koniecznie wykonanie odwiertów, co często przekłada się na wyższe koszty, poza tym nie każda posesja jest odpowiednio duża na montaż gruntowych pomp ciepła.

Wodne pompy ciepła

Pompa ciepła wodna dostarcza energię cieplną z wody płynącej lub wód gruntowych. Zdaniem niektórych ekspertów jest jeszcze wydajniejsza niż gruntowa pompa ciepła. Do jej najefektywniejszej pracy jest potrzebna rzeka, staw lub jezioro, dlatego nie każdy jest w stanie zainwestować w tej rodzaj pompy ciepła. Alternatywą jest wykopanie studni, ale wkład finansowy w wodne urządzenia jest wówczas bardzo wysoki.

Jak dopasować pompę ciepła do swojego obiektu?

Teraz już znasz zasady działania pompy ciepła gruntowej, powietrznej i wodnej. Kluczowe pytanie brzmi, co zrobić, by inwestycja w pompę ciepła stała się jak najbardziej opłacalna?

Jeśli chcesz, by system był najwydajniejszy, Twój obiekt powinien spełniać standardy budownictwa energooszczędnego. Przede wszystkim połącz pompy z fotowoltaiką, czyli panelami słonecznymi, które generują darmową energię elektryczną ze słońca. Wówczas pompa ciepła będzie korzystała z wytwarzanego prądu prosto z odnawialnych zasobów, co stanie się jeszcze bardziej ekologiczne i ekonomiczne.

Na właściwe działanie pomp ciepła wpływa też dopasowanie pompy do własnej posesji. Na niewielkich przestrzeniach zda egzamin pompa ciepła powietrzna, ale na większych działkach doskonale spisze się bardziej efektywna pompa ciepła gruntowa.

Chociaż inwestycja w gruntowy system jest wyższa, przynosi jeszcze większe korzyści finansowe na przestrzeni lat. Poza tym przy dobrej pompie ciepła z łatwością wykorzystasz ogrzewanie podłogowe, ścienne czy płaszczyznowe, łączy się ona z praktycznie każdym systemem, korzystając z energii elektrycznej.

Pompa ciepła działa wydajniej, jeśli odpowiednio dopasujesz jej projekt do własnej działki i zlecisz montaż doświadczonym fachowcom. Na co zwrócić uwagę przy wyborze specjalistów? Przede wszystkim na lata doświadczenia, opinie klientów i komponenty, jakimi dysponuje firma.

Trafnym wyborem będzie wybór ekipy, która kompleksowo zajmuje się instalacją pomp ciepła, począwszy od doradztwa i audytu energetycznego, a skończywszy na uzyskaniu dofinansowania, montażu i serwisie. Właśnie takie usługi świadczy nasze przedsiębiorstwo Inoviss – dostarczamy pompy do mieszkań i domów, ale i biur, zakładów przemysłowych i obiektów użytku publicznego.

Odnawialne źródła energii sprawiają, że instalacja centralnego ogrzewania jest wydajniejsza, generuje niższe rachunki nawet o 80%. Pompa ciepła powietrze lub grunt ma jeszcze więcej zalet – przede wszystkim jest bezobsługowa, nie uzupełniasz paliwa, jak jest w przypadku kotłów na paliwa kopalniane na przykład ekogroszek. Urządzenie jest bezpiecznie i nie stwarza ryzyka wybuchu, jak na przykład systemy wykorzystujące gaz.

Pompy ciepła pracują bezawaryjnie nawet przez 30 lat, co oznacza, że nie wymagają kosztownych napraw i posłużą przez dekady. Co ważne, zajmują minimalną ilość miejsca, często nie więcej niż lodówka. Nie generują spalin i zanieczyszczeń, w efekcie czego nie brudzą przestrzeni. Z dobrą pompą ciepła przeniesiesz swój komfort grzewczy na wyższy poziom – napisz lub zadzwoń, a przedstawimy ofertę dopasowaną do Twojego budynku!