Jak działa pompa ciepła?
Pompa ciepła jest wydajnym i energooszczędnym urządzeniem. Poniżej wyjaśniamy, jak działa pompa ciepła, jak jest zbudowana i jakie są rodzaje pomp ciepła.
- Pompa ciepła – jak działa?
- Budowa pompy ciepła
- Źródła ciepła pompy ciepła – powietrze, ziemia, woda
- Ekonomiczna praca pompy ciepła
Pompa ciepła – jak działa?
Pompa ciepła działa na zasadzie podobnej do lodówki. Z jedną różnicą: lodówka odbiera ciepło z pomieszczenia (wnętrza lodówki), podczas gdy pompa ciepła dostarcza ciepło do pomieszczenia. Do ogrzewania pompą ciepła potrzebna jest dodatkowo energia elektryczna. Podczas gdy inne elektryczne systemy grzewcze przekształcają energię elektryczną bezpośrednio w ciepło (np. grzejniki elektryczne), pompa ciepła wykorzystuje energię elektryczną znacznie wydajniej.
Pompa ciepła pobiera energię z otaczającego powietrza, gruntu lub wód gruntowych, a uzyskane ciepło wykorzystuje do ogrzewania pomieszczeń i ciepłej wody. Zasada działania każdego typu pompy ciepła jest taki sam, nawet jeśli źródło ciepła jest inne.
Budowa pompy ciepła
Do działania pompy ciepła potrzebne są różne komponenty. Powietrzne pompy ciepła wymagają między innymi parownika, sprężarki, skraplacza i zaworu rozprężnego. W czterech punktach wyjaśniamy zadania poszczególnych elementów i sposób ich współpracy:
Parownik: Parownik jest wymiennikiem ciepła, w którym ciepło otoczenia z powietrza, gleby lub wód gruntowych jest przekazywane do czynnika chłodniczego. Źródło ciepła przekazuje energię do czynnika chłodniczego, powodując spadek temperatury źródła ciepła (czyli spadek temperatury gleby, czy zasysanego powietrza).
Tymczasem czynnik chłodniczy w pompie ciepła pochłania energię. Podgrzewa się i ze względu na swoje szczególne właściwości, zamienia się w gaz.
Przykładem zjawiska parowania i poboru ciepła z otoczenia jest spryskanie się perfumami na skórze. Parujące perfumy odbierają ciepło od skóry powodując uczucie chłodu.
Sprężarka: Sprężarka zasysa opary czynnika chłodniczego i spręża je. Ponieważ zmniejsza to objętość gazu, wzrasta jego ciśnienie. Pozytywny efekt uboczny, który wykorzystuje technologia pomp ciepła polega na tym, że wraz ze wzrostem ciśnienia wzrasta również temperatura czynnika chłodniczego. Jest to konieczne, aby w następnym kroku móc przenieść ciepło z czynnika chłodniczego do wody grzewczej.
Przykładem wzrostu temperatury gazu podczas jego sprężania jest pompowanie dętki w rowerze. Tam również odczuwalny jest wzrost temperatury.
Skraplacz: Podobnie jak parownik, skraplacz jest również wymiennikiem ciepła. Przekazuje on gorące opary czynnika chłodniczego do podgrzania wody grzewczej i umożliwia przeniesienie ciepła z czynnika chłodniczego do wody grzewczej. Czynnik chłodniczy uwalnia energię w tym procesie, powodując spadek jego temperatury. Z kolei woda grzewcza pochłania energię i ogrzewa się.
Zjawisko skraplania się pary wodnej jest spotykane np. podczas tworzenia się rosy na trawie.
Zawór rozprężny: Zawór rozprężny zmniejsza ciśnienie czynnika chłodniczego. Zapewnia on możliwość całkowitego rozprężenia i skroplenia czynnika oraz gwarantuje, że przez parownik zawsze przepływa wystarczająca ilość czynnika chłodniczego. Stosowane są termiczne lub elektryczne zawory rozprężne. Te ostatnie są bardziej precyzyjne i dlatego częściej można je znaleźć w większych urządzeniach klimatyzacyjnych.
Gdy czynnik chłodniczy powróci do pierwotnego stanu, proces rozpoczyna się od nowa. Poniższy schemat przedstawia zasadę działania pompy ciepła.
Im bardziej sprężarka musi podnieść temperaturę czynnika chłodniczego, a tym samym ciśnienie, tym więcej energii zużywa pompa ciepła. Oznacza to, że wydajność pompy ciepła będzie najwyższa, gdy różnica temperatur pomiędzy źródłem ciepła a wodą grzewczą będzie niewielka.
Im mniejsza różnica temperatur, tym większa wydajność, dlatego pompy ciepła najlepiej działają z niskotemperaturowymi systemami ogrzewania (np. ogrzewanie podłogowe).
Źródła ciepła pompy ciepła – powietrze, ziemia, woda
Pompa ciepła może wykorzystywać wiele różnych źródeł ciepła. Ciepło może być na przykład pozyskiwane z gruntu, powietrza lub wód gruntowych. Można również wykorzystywać ciepło odpadowe z systemów technicznych do ogrzewania za pomocą pompy ciepła.
Do ogrzewania domów jednorodzinnych pompą ciepła wykorzystuje się głównie trzy rodzaje źródeł ciepła:
- Powietrze – najpopularniejszy rodzaj pomp ciepła to pompy powietrze-woda. Powietrze jest najłatwiej dostępnym źródłem energii odnawialnej do ogrzewania domu, jego wadą jest znaczna zmiana temperatur.
- Grunt – pompa ciepła wykorzystuje energię pobieraną z gruntu. W gruntowej pompie ciepła nie występują znaczne wahania temperatury, ale instalacja jest znacznie droższa.
- Woda – najrzadziej stosowane rozwiązanie ze względu na koszty i wymagania związane z montażem.
Jak działa pompa ciepła powietrze-woda?
W przypadku pompy ciepła powietrze-woda energia cieplna powietrza otoczenia służy jako źródło ciepła. Pompa ciepła pobiera powietrze poprzez tzw. jednostkę zewnętrzną. Jednostka zewnętrzna powietrznej pompy ciepła zasysa powietrze z otoczenia za pomocą wentylatora.
Ponieważ temperatura powietrza nie jest stała, ale zmienia się wraz z porami dnia i roku, występują różnice temperatur, które system pompy ciepła musi kompensować. Im zimniejsze jest zasysane powietrze zewnętrzne, tym więcej czynnika chłodniczego należy podgrzać, aby woda grzewcza w domu osiągnęła wymaganą temperaturę.
Pompy ciepła powietrze-woda są jedynym typem pomp ciepła dostępnym w dwóch wersjach. Pompy ciepła typu monoblok różnią się od pomp ciepła typu split tym, że obieg chłodniczy jest zamknięty w jednym urządzeniu, a nie w dwóch oddzielnych urządzeniach.
Jak działa gruntowa pompa ciepła?
Działanie gruntowej pompy ciepła polega na wykorzystaniu ciepła zgromadzonego w gruncie. Gruntowa pompa ciepła wykorzystuje energię cieplną z gruntu jako źródło ciepła. Termin „solanka-woda” wskazuje, że ciepło jest przenoszone z ziemi do cieczy w pompie ciepła.
Kolektory gruntowe lub sondy geotermalne umożliwiają działanie gruntowej pompy ciepła. Pobierają one ciepło z ziemi i przekształcają je w energię do ogrzewania domu i ciepłej wody użytkowej. Do wykorzystania energii gruntu wymagane są prace ziemne lub głębokie odwierty. W zależności od głębokości odwiertu, gruntowa pompa ciepła wykorzystuje ciepło przypowierzchniowe lub głębinowe.
Względnie stała temperatura gruntu utrzymuje się przez cały rok. W rezultacie gruntowa pompa ciepła działa wydajniej niż powietrzne pompy ciepła i uzyskuje wysoki sezonowy współczynnik wydajności.
Jak działa pompa ciepła w niskich temperaturach?
Ponieważ pompa ciepła powietrze-woda wykorzystuje ciepło pobierane z otoczenia, wielu właścicieli domów zadaje sobie pytanie: Jak działa pompa ciepła w niskich temperaturach w mroźne zimowe dni? Aby odpowiedzieć na to pytanie, warto przyjrzeć się temperaturze parowania niektórych popularnych czynników chłodniczych. Zwykle wynosi ona od minus 20 do minus 40 stopni Celsjusza, czyli znacznie poniżej temperatur mierzonych zimą w Polsce.
Jeśli temperatura zewnętrzna spadnie poniżej -20°C, większość pomp ciepła tymczasowo załącza grzałkę elektryczną. Przy niskiej temperaturze powietrza na zewnątrz wspiera ona pracę pompy.
Zobacz poradnik dla kupujących pompę ciepła – wszystko co powinieneś wiedzieć i na co zwrócić uwagę przed zakupem.
Ekonomiczna praca pompy ciepła
Pompa ciepła działa szczególnie ekonomicznie tylko wtedy, gdy różnica temperatur między źródłem ciepła a systemem grzewczym jest niewielka. Zmniejsza to obciążenie sprężarki i zapewnia niskie koszty ogrzewania.
Oprócz wyboru korzystnego źródła energii, właściciele domów powinni również zwrócić uwagę na izolację domu. Warunkiem ekonomicznej pracy pompy ciepła jest system, który zapewnia odpowiednie temperatury nawet przy niskich temperaturach wody grzewczej. Jest to możliwe m. in. dzięki dobrej izolacji budynku, energooszczędnym oknom i ogrzewaniu płaszczyznowemu, takiemu jak ogrzewanie podłogowe lub ścienne.
Może Cię zainteresować
