Pompa ciepła – urządzenie przyszłości?

Czyli ogrzewanie po nowemu

Pompa ciepła jest prawdopodobnie urządzeniem przyszłości. Mają uwolnić od rosnących cen energii elektrycznej, ale zapewniając zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową, zredukują koszty ogrzewania domu – gwarantując komfort użytkowania. Ogrzewanie pompą ciepła cały czas budzi obawy dotyczące wydajności i sposobu działania urządzenia.

Pompy ciepła to innowacyjne i nowoczesne urządzenia, których działanie opiera się na całkowicie odnawialnych źródłach energii pozyskiwanych z natury. Z definicji odnawialne źródła energii nigdy nie ulegną wyczerpaniu, zużyciu – zapewniają użytkownikom całoroczny potencjał energetyczny, który możemy wykorzystać do ogrzewania pomieszczeń, przygotowania wody użytkowej czy zasilania gniazdek elektrycznych.

Typy pomp ciepła dzielimy w zależności z jakiego środowiska termicznego urządzenie będzie pobierało energię termiczną. To właśnie rozróżnienie dolnego źródła ciepła od dolnego pozwala na określenie jaka pompa jest właściwa w realizowanej inwestycji.

JAK DZIAŁA POMPA CIEPŁA

Jak odbywa się ogrzewanie pomieszczeń budynku dzięki pompie ciepła? Oto schemat jej działania.

• Parownik to podstawowy element pompy ciepła. To właśnie tu dochodzi do odbioru ciepła z dolnego źródła i tu czynnik chłodniczy ulega procesowi odparowania. Dzieje się to dzięki bardzo niskiej temperaturze parowania czynnika termodynamicznego, który parując, pobiera ciepło zawarte w dolnym źródle (nawet jeśli jego temperatura nie jest wysoka).
• Odparowany czynnik roboczy trafia do sprężarki, gdzie w wyniku sprężania wzrasta jego ciśnienie i temperatura.
• Czynnik chłodniczy w tej postaci transportowany jest do skraplacza, który oddaje ciepło do czynnika grzewczego, czyli wody.
• Woda transportuje ciepło do zbiornika buforowego wody grzewczej, który zasila instalację centralnego ogrzewania oraz do zbiornika ciepłej wody użytkowej. W wyniku oddania ciepła w skraplaczu, czynnik ulega skropleniu i dalej wciąż pod dużym ciśnieniem przepływa przez zawór rozprężny.
• Przepływ przez zawór rozprężny powoduje bardzo gwałtowny spadek ciśnie, co skutkuje bardzo dużym spadkiem temperatury czynnika, który dzięki temu ponownie może powtórzyć cały obieg termodynamiczny po dostaniu się z powrotem do parownika.

DOLNE ŹRÓDŁO CIEPŁA

Dolne źródło ciepło to podstawa działania pompy. Do prawidłowego działania urządzenie potrzebuje źródło energii termicznej: powietrza, wód gruntowych lub gruntu. Do najpopularniejszych typów pomp ciepła należą pompy powietrzne i gruntowe, rzadko stosowane są wodne pompy ciepła.

GRUNTOWA POMPA CIEPŁA

Pompa tego rodzaju to prawidłowego działania potrzebuje energii termicznej zawartej w ziemi. Energia cieplna z gruntu pozyskiwana jest na dwa sposoby:

• dzięki wymiennikowi poziomemu czyli systemowi rur polietylenowych zakopanych na głębokości około 1.5 metra pod powierzchnią terenu
• dzięki wymiennikowi pionowemu czyli specjalistycznym odwiertom, w których są zainstalowane systemy kolektorów rur polietylenowych, gdzie przepływa glikol. Glikol jest świetnym transporterem ciepła – tłoczony dzięki pompie obiegowej transportuje energię termiczną i zwraca ją czynnikowi termodynamicznemu pracującemu w pompie ciepła przez parownik.

POWIETRZNA POMPA CIEPŁA

Pompa ciepła powietrze-powietrze to urządzenie, które energię cieplną czerpie z powietrza zewnętrznego. Jest to oczywiście najprostszy i najmniej kosztowny system dolnego źródła ciepła. Zaletą pomp ciepła jest brak dodatkowego osprzętu oraz brak ograniczeń co do wielkości działki oraz jej ukształtowania terenu i adaptacji krajobrazowej (występowanie krzewów i drzew). Pompa powietrzna występuje w dwóch wariantach:

• powietrze-woda – czyli taka, która ogrzewa wodę w rurach naszego CO (albo CWU)
• powietrze-powietrze – czyli taka, która grzeje powietrze za pomocą specjalnych nadmuchów czy nagrzewnic.

Pompa powietrze-woda jest klasycznym rodzajem tego urządzenia. O jej popularności decyduje cena i prostota montażu. Energia w tej pompie jest pobierana z powietrza, po czym zamieniania jest na ciepłą wodę, która trafia do grzejników lub podłogówki. Ze względu na funkcjonalność tego urządzenia możemy wyróżnić dwa rodzaje pompy ciepła powietrza-woda:

• Monoblok – obieg chłodniczy odbywa w jednostce zewnętrznej, która jest połączona z wewnętrzną częścią pompy za pomocą rur.
• Split – wariant,w którym czynnik chłodniczy znajduje się wewnątrz budynku

Wadą tych pomp jest przed wszystkim wyższy pobór energii elektrycznej, zmniejszona efektywność produkcji ciepła przy niskich temperaturach powietrza. Część pomp przestaje działać w temperaturze między -12^oC, -15^oC i niższych. Zewnętrzne pompy ciepła powietrze-woda generują hałas co może powodować konflikty z sąsiadami.

Pompa powietrze-powietrze – tu ogrzewamy budynek powietrzem, a nie ciepłą wodą. Ten rodzaj pompy ciepła można podłączyć do klasycznego CO lub CWU. Podgrzane powietrze jest rozprowadzane za pomocą specjalnych nadmuchów, nagrzewnic.

Zaletą tych pomp ciepła jest możliwość chłodzenia powietrza latem. Niestety ten rodzaj pompy ma solidne wady: wąskie spectrum zastosowania, ogrzewa tylko powietrzem, wymaga w każdym pomieszczeniu nadmuchu oraz ogrzewanie powietrza może je wysuszyć.

WODNA POMPA CIEPŁA

Podstawą funkcjonowania tego rodzaju pompy musi być wystarczająca ilość wody na działce. Pompa w zasadzie może czerpać ciepło z dwóch źródeł – ze studni, albo z powierzchniowych zbiorników (np. stawy).

Pompa ciepła oparta na wodzie ze studni jest bardzo ekonomiczna w działaniu. Zasada działania jest bajecznie prosta – woda jest pompowana i przepuszczana przez wymiennik ciepła, następnie schłodzona wraca z powrotem. Należy podkreślić, że nie może być to ta sama studnia. Konieczne jest zbudowanie studni czerpanej i chłonnej, które muszą być oddalone od siebie. Studnia powinna mieć wydajność przepływu minimum 2-2,5 l/min na 1 kW systemu.

Pompa ciepła oparta na powierzchniowym zbiorniku wodnym będzie najtańszym rozwiązaniem jeśli na działce jest staw lub tego typu zbiornik. Niestety do tego typu pompy potrzebny jest poważny zbiornik wody najlepiej zasilany rzeką lub większy staw, jezioro.

WSPÓŁCZYNNIK WYDAJNOŚCI CIEPŁA

Przy wyborze typu pompy ciepła natniemy się na pojęcie współczynnik wydajności cieplnej (COP), które określa efektywność tego urządzenia. Jest to stosunek między wyprodukowanym ciepłem a zużytą energią wewnątrz nieruchomości. Im wyższa wartość, tym lepiej – mniej energii elektrycznej potrzebne będzie do wyprodukowania więcej ilości ciepła.