Zasada działania pompy ciepła. Jak działają jej poszczególne rodzaje?

Pompy ciepła cieszą się coraz większą popularnością ze względu na korzyści, jakie za sobą niosą, dostarczając ciepło między innymi do instalacji grzewczej czy produkcji ciepłej wody użytkowej. Dzięki nim można zaoszczędzić na zakupie energii, pozyskując ją znacznie taniej ze źródeł odnawialnych. Do wyboru jest kilka typów takich urządzeń, różniących się między sobą wykorzystywanym źródłem ciepła, a w następstwie także kosztami instalacji i efektywnością.

Co to jest pompa ciepła?

Pompy ciepła są prostymi w budowie urządzeniami, przeznaczonymi do pozyskiwania energii z naturalnego źródła ciepła. Należy jednak rozumieć, że nie chodzi tutaj o środowisko wysokotemperaturowe. Warunkiem efektywności pracy pompy ciepła jest dolne źródło cieplejsze niż czynnik roboczy o niższej temperaturze. Dlatego tym pierwszym może być zarówno powietrze, jak i grunt lub woda. W każdym przypadku działanie pompy ciepła jest takie samo i sprowadza się do wymiany energii cieplnej pomiędzy środowiskiem a czynnikiem roboczym znajdującym się w instalacji urządzenia.

Z czego się składa pompa ciepła?

Budowa pompy ciepła i jej działanie w przybliżeniu przypominają tradycyjną domową lodówkę. Do podstawowych komponentów urządzenia zaliczają się:

• skraplacz,
• sprężarka,
• parownik,
• zawór rozprężny.

Wymienione elementy są połączone przewodami, w których przemieszcza się czynnik roboczy. To on jest nośnikiem transportującym energię cieplną pozyskiwaną z odnawialnych źródeł energii i przekazywaną do ogrzewania pomieszczeń lub podgrzewania wody użytkowej.

Na jakiej zasadzie działają pompy ciepła?

Zasada działania pompy ciepła, podobnie jak jej budowa, przypomina pracę domowej lodówki. Co ważniejsze, wszystkie pompy ciepła bez względu na to, jakie wykorzystują źródło, pracują na podobnych zasadach. Różnice sprowadzają się głównie do budowy samej instalacji, która np. może wymagać wykonania głębokiego odwiertu w celu umieszczenia w nim sondy. Nośnikiem energii jest czynnik roboczy, który, zmieniając stan skupienia, przyjmuje lub oddaje energię cieplną. Urządzenie jest zasilane energią elektryczną.

Działanie pompy ciepła krok po kroku

Oto jak działa pompa ciepła krok po kroku.

1. Pobieranie ciepła z dolnego źródła

Każda pompa jest wyposażona w sondę, która łączy dolne źródło ciepła z parownikiem, ze źródłem górnym. W przypadku pomp gruntowych to pierwsze jest ulokowane pod ziemią, natomiast przy pompach powietrznych — na powierzchni. Na skutek różnicy temperatur pomiędzy czynnikiem roboczym i otoczeniem w parowniku energia cieplna jest przez niego absorbowana. Jednocześnie medium zmienia stan skupienia na gazowy. Jego temperatura w parowniku wynosi od 0 do 5 st. C, a ciśnienie około 1,7 bar.

2. Sprężenie czynnika gazowego w sprężarce

Kolejnym etapem w obiegu pompy ciepła jest sprężarka. Łączy ona dolne i górne źródło ciepła, zasysając czynnik gazowy i powodując jego sprężenie. W konsekwencji wzrastają też ciśnienie i temperatura medium, osiągając poziom skraplania (około 14 bar). Dzięki sprężarce zasilanej przy pomocy energii elektrycznej następuje przeniesienie energii naturalnej do instalacji grzewczej budynku lub produkującej ciepłą wodę użytkową.

3. Skraplanie czynnika roboczego i wymiana ciepła

Po dostarczeniu sprężonego czynnika roboczego do skraplacza następuje kolejna zmiana stanu skupienia z gazowego na ciekły. Pod wpływem kontaktu z chłodniejszym obiegiem górnego źródła, następuje przekazanie ciepła do tej instalacji. Jednocześnie czynnik roboczy, który jest nośnikiem energii cieplnej, wychładza się i przyjmuje formę cieczy. Górne źródło pompy ciepła jest też wyposażone w pompę obiegową, która wymusza przepływ cieczy w instalacji c.o.

4. Rozprężenie czynnika roboczego

Kiedy pompa ciepła usuwa ciepło z czynnika roboczego i przekazuje je do instalacji centralnego ogrzewania, medium może zostać ponownie przekazane do dolnego źródła. W tym celu używa się zaworu rozprężnego. Po jego otwarciu następuje spadek temperatury i ciśnienia czynnika, który ponownie trafia do parownika.

Czym się różnią zasady działania poszczególnych pomp?

Do pozyskiwania taniej energii odnawialnej wykorzystuje się kilka typów pomp ciepła. Czynnikiem różnicującym jest źródło, z którego urządzenie pobiera energię. Pod tym względem wyróżnia się trzy typy pomp ciepła.

Gruntowa pompa ciepła

W pompie ciepła tego typu dolne źródło znajduje się głęboko pod ziemią. Do jego montażu jest wymagany odwiert, dlatego koszt wykonania instalacji jest najwyższy. Jednocześnie takie rodzaje pomp ciepła są najbardziej efektywne. Stosunek energii cieplnej potrzebnej do tego, aby zasilić instalację grzewczą, do energii elektrycznej zużytej do zasilania urządzenia jest najkorzystniejszy.

Powietrzna pompa ciepła

Urządzenie tego typu ma dolne i górne źródło na powierzchni. W niektórych modelach są one ze sobą połączone podobnie, jak w klimatyzatorach. Pompy ciepła powietrze powietrze są najtańsze w instalacji, ale też ich praca jest uzależniona od warunków pogodowych. Pomimo to można nimi zasilić ogrzewanie płaszczyznowe. Powietrzne pompy ciepła nadają się też do przygotowania ciepłej wody użytkowej.

Pompa ciepła typu powietrze woda

Większość pomp ciepła powietrze woda korzysta z dolnego źródła ciepła, którym jest zbiornik wody gruntowej. Jej temperatura zimą wynosi nawet do 12 st.C.. Jest to wystarczająca ilość energii do pozyskania ciepła. Podobnie jak w przypadku pomp gruntowych, również pompa ciepła powietrze woda wymaga wykonania odwiertów pod studnię poboru i zrzutową.

Ogrzewanie domu za pomocą pompy ciepła to doskonały sposób na obniżenie rachunków za energię. Skontaktuj się z Erato Energy, a pomożemy Ci dobrać urządzenie do efektywnego ogrzewania pompą ciepła Twojego domu.