Jak działa pompa ciepła do ogrzewania domu?

Co daje ogrzanie domu pompą ciepła?

Wydaje Ci się, że pompy ciepła są czymś nowym? Ich historia sięga już ponad 100 lat, a pierwsze podobne systemy wynaleziono w XIX wieku. Dziś tak naprawdę wszyscy mamy w swoich czterech ścianach małą pompę ciepła, choć nie każdy o tym wie.

Domyślasz się, gdzie stoi?

Pompy ciepła pozwalają wykorzystywać odnawialne źródła energii do ogrzewania domu. W tym wypadku mogą to być np. grunt, woda lub powietrze. Takie rozwiązanie pozwala znacznie zmniejszyć koszty ogrzewania wody czy poboru prądu.

Dlaczego?    

Po pierwsze, pompy ciepła pobierają nie tylko niewyczerpalną, ale i ekologiczną energię. W odróżnieniu od kotłów nie wytwarzają energii w wyniku spalania (węgla, oleju, gazu itp.), ale korzystają z odnawialnych źródeł w środowisku, nie zanieczyszczając go.

Po drugie, podczas gdy sprawność tradycyjnych kotłów grzewczych oscyluje w granicach 70–100%, sprawność pomp ciepła może sięgać nawet 500% (pompy gruntowe). 

Po trzecie, omawiane urządzenia są automatyczne. Nie musimy do nich nic dolewać czy dosypywać. Działają jak lodówka, która samodzielnie chłodzi jedzenie, jeśli tylko podłączymy ją do prądu.

Lodówka wykorzystuje zresztą ten sam schemat funkcjonowania. Już wiesz, gdzie w Twoim domu pracuje pompa ciepła?

Sprawdź jak przygotować się do wymiany kotła C.O na pompę ciepła >>

Pompy ciepła – jak działają?

Zasadę działania pompy ciepła da się streścić w 3 krokach:

• Urządzenie pobiera ciepło z otoczenia.
• Energia cieplna przekazywana jest nośnikowi (czynnikowi termodynamicznemu) w pompie.
• Ciepło pozyskane z nośnika ogrzewa dom, a schłodzony płyn wraca na początek układu, by znowu pobrać energię cieplną.

Byłoby to oczywiście zbyt proste, bo na proces pracy pompy ciepła składa się wiele czynników. Zacznijmy więc podstaw.

Pompa ciepła – budowa

Ze względu na budowę pompy ciepła dzielą się na 3 rodzaje:

• sprężarkowe,
• termoelektryczne,
• sorpcyjne (absorpcyjne i adsorpcyjne).

Termoelektryczne pompy ciepła wykorzystują energię elektryczną i ze względu na wysoką efektywność najczęściej znajdują zastosowanie w ciągłym odprowadzaniu ciepła z niewielkich przedmiotów.

Pompy absorpcyjne wchłaniają energię z cieczy lub gazu (absorpcja), a adsorpcyjne powodują wiązanie się jej cząsteczek na powierzchni. W obu przypadkach energią napędową jest energia cieplna. Ten rodzaj urządzeń spotkamy głównie w dużych zakładach przemysłowych.

Sprężarkowa pompa ciepła zasilana energią elektryczną to najpopularniejszy rodzaj omawianego urządzenia. Budowa takiej pompy zawiera 5 podstawowych elementów:

• parownik,
• sprężarkę,
• skraplacz,  
• zawór rozprężny,
• czynnik roboczy (termodynamiczny, chłodniczy).

Największy udział w całym procesie ma czynnik chłodniczy, który, krążąc w obiegu zamkniętym pompy ciepła, zmienia stan skupienia, raz pobierając, a raz oddając energię cieplną.

Rodzaje pomp ciepła

Wyróżniamy pompy ciepła typu:

• Powietrzne (ASHP): powietrze-powietrze i powietrze-woda.
• Gruntowe (GSHP): wykorzystujące jako źródło ciepła: powietrze, glebę, skałę lub wodę (pobliskie jezioro, wody podziemne, rzekę).
• Powietrzne wylotowe (EAHP) – wymagające wentylacji mechanicznej i pełniące rolę klimatyzacji.
• Wodne (WSHP) – elektryczne, olejowe lub gazowe (GHP).
• Hybrydowe łączące różne typy pomp ciepła w jednym urządzeniu.

Ze względu na prostą i niedrogą instalację oraz efektywność spełniającą oczekiwania większości inwestorów najpowszechniej stosowanymi w domach są pompy typu powietrze. I to na jej przykładzie pokażemy, jaka jest zasada działania pompy.

Jak działa pompa ciepła powietrzna?

Powietrzne pompy ciepła do działania wykorzystują 3 obiegi:

• dolnego źródła ciepła,
• termodynamiczny (wewnętrzny),
• górnego źródła ciepła.

W 1. obiegu (dolnym) powietrznej pompy ciepła następuje pobór ciepła z otoczenia do parownika. Energia wędruje układem przewodów, w których płynie odporna na zamarzanie ciecz (glikol etylenowy lub propylenowy). Decydujący przy takiej wymianie jest fakt, że płyn posiada zawsze temperaturę niższą od otoczenia, dzięki czemu może pobierać ciepło, nawet gdy na zewnątrz panuje mróz. 

Ogrzany glikol przekazuje energię do 2. obiegu (wewnętrznego) pompy ciepła, w którym płynie środek chłodniczy (z grupy freonów hydrofluorowęglowodorowych) parujący już w bardzo niskich temperaturach. W parowniku robi się cieplej, a podgrzana ciecz wrze, trafiając w postaci pary do sprężarki.

Kolejny krok to pobór energii elektrycznej. Sprężarka zachowuje się jak pompka ręczna do roweru: podgrzany gaz zostaje sprężony; wzrasta jego ciśnienie oraz temperatura i staje się na tyle gorący, by wykorzystać jego ciepło do ogrzania budynku. 

Sprężona para wędruje do skraplacza (górne źródło ciepła). To wymiennik ciepła, w którym właściwości czynnika termodynamicznego gwałtownie się zmieniają i ulega on skropleniu, oddając ciepło wodzie grzewczej w instalacjach.

W 3. obiegu następują 2 ważne procesy.

Po pierwsze, pozyskane z otoczenia ciepło wykorzystywane jest do ogrzania wody użytkowej w instalacjach centralnego ogrzewania oraz ciepłej wody.

Po drugie, środek chłodniczy, który oddał ciepło, wraca schłodzony do dolnego źródła, aby zamknąć cykl. Jednak zanim to nastąpi, musi przejść przez zawór rozprężny, dzięki czemu obniżą się jego ciśnienie i temperatura. Dzieje się tak, bo choć po skropleniu i oddaniu ciepła temperatura czynnika chłodniczego obniżyła się, to wciąż jest za wysoka, by pobrał on ciepło z otoczenia. Dopiero gdy zmienią się jego właściwości cieplne, może wrócić do parownika, by pobrać energię cieplną z otoczenia, a cały proces rozpoczął się na nowo.

Ogrzewanie domu pompą ciepła służy nie tylko zwiększeniu temperatury wody w grzejnikach czy kranach. Może wspomagać m.in. ogrzewanie płaszczyznowe czy ogrzewanie podłogowe. Latem pompa ciepła potrafi nawet pełnić funkcję klimatyzatora, odprowadzając ciepłe powietrze na zewnątrz w zamian za chłodne.

Powietrzna pompa wykonuje głównie pracę mechaniczną, wykorzystując 2 rodzaje energii w następujących proporcjach:

• 75–80% z odnawialnych źródeł energii (OZE),  
• 20–25%  energii elektrycznej.

Zużycie tej drugiej zależy od ilości energii cieplnej przenoszonej pomiędzy poszczególnymi obiegami, a także różnicy temperatur pomiędzy nimi. Mówiąc prościej: zimą więcej jej potrzeba na ogrzanie, a latem – na ochłodzenie budynku, o ile oczywiście korzystamy z takiej opcji.

Zobacz także dlaczego warto inwestować w pompę ciepła >> 

Podsumowanie

Mechanizm działania pompy ciepła jest dość prosty: pobrać ciepło z otoczenia i przekazać je na potrzeby ogrzewania budynku. Ten ekologiczny system pozwala osiągać wysoką wydajność, wykorzystując odnawialne, ekologiczne źródła energii przy małej podaży prądu. Różnicę na rachunkach można szybko zauważyć.

Chcesz mieć dom z pompą ciepła? Zastanawiasz się, jaki jest koszt instalacji? Inwestycja zależy od kilku czynników. Jeśli potrzebujesz fachowej porady, jesteśmy do Twojej dyspozycji. Kliknij i skontaktuj się z nami >>