Pompa ciepła – co to jest i jak działa?

Pompy ciepła uznawane są obecnie za najbardziej opłacalny system ogrzewania wody użytkowej i domu. Są one w stanie wykorzystać energię z naturalnych zasobów – w sprzyjających warunkach – nawet w 75 procentach, a zatem potrzebują tylko 25 procent. energii z tradycyjnych – nieodnawialnych źródeł. Czym zatem są i jak działają pompy ciepła?

Pompa ciepła – co powinniśmy o niej wiedzieć?

Pompa ciepła jest to system grzewczy służący do ogrzania domu oraz wody, jak również efektywnego chłodzenia budynku latem. W tym przypadku większość energii pobierana jest ze źródeł odnawialnych, a więc z gruntu, powietrza lub wody, dlatego też nie dochodzi do emisji żadnych szkodliwych substancji do środowiska.

Często mechanizm działania pompy ciepła przedstawiany jest jako odwrotność działania lodówki, bowiem w obu tych urządzeniach zachodzą podobne procesy termodynamiczne. W przypadku lodówki, ciepło pobierane jest z wnętrza i oddawane na zewnątrz do pomieszczenia, w którym ona się znajduje. Natomiast pompa ciepła czerpie ciepło ze środowiska, które następnie przekazuje je do wnętrza domu.

Jakie mamy rodzaje pomp ciepła?

Pompy ciepła mogą czerpać energię z gruntu, wody lub powietrza, a zatem możemy wyróżnić:

1. Pompy ciepła gruntowe – pobierają energię z ziemi za pomocą wymiennika gruntowego. Podgrzewają one wodę zasilającą instalację grzewczą w domu.
2. Pompy wykorzystujące energię z wody – pozyskują energię z wody, która później wykorzystywana jest do podgrzewania wody zasilającej instalację grzewczą bądź powietrza nawiewanego do pomieszczeń. Do ich instalacji konieczny jest dostęp źródła – stawu lub studni na działce.
3. Pompy wykorzystujące energię z powietrza – czerpią energię z powietrza, która następnie służy do podgrzania wody w instalacji grzewczej bądź powietrza w systemie nawiewnym. Ten rodzaj pomp jest najpowszechniejszy i gwarantuje łatwą instalację, oraz wysoką wydajność.

Jak działa pompa ciepła?

Pompa ciepła zbudowana jest z obiegów, które są połączone ze sobą wymiennikami ciepła:

1. Obieg solanki – odbiera energię cieplną z ziemi, wody gruntowej lub powietrza zewnętrznego i przenosi ją do następnego obiegu – czynnika chłodniczego.
2. Obieg czynnika chłodniczego – dzięki niemu energia cieplna ze źródła ciepła zostaje przeniesiona na wyższy poziom temperatury, co umożliwia jej wykorzystanie, poprzez oddanie jej do obiegu grzewczego.
3. Obieg grzewczy – dzięki niemu ogrzewane są pomieszczenia mieszkalne.

Obieg czynnika chłodniczego z jednej strony podłączony jest do źródła ciepła przez parowacz, dzięki któremu pobierana jest energia cieplna. Z drugiej zaś strony połączony jest – za pomocą skraplacza – z instalacją grzewczą, do której z kolei oddaje energię cieplną.

Czynnik chłodniczy w parowaczu musi mieć niższą temperaturę niż źródło ciepła, ponieważ energia cieplna może przejść tylko z ciała o wyższej temperaturze na ciało o niższej temperaturze. Z kolei poziom ciepła czynnika chłodniczego w skraplaczu, aby mógł oddać energię cieplną, musi być wyższy niż wody grzewczej. Za właściwe utrzymanie różnych temperatur w obiegu czynnika chłodniczego odpowiada sprężarka oraz zawór rozprężny – znajduje się on między parowaczem a skraplaczem.

Gaz z czynnika chłodniczego przepływa od parowacza do sprężarki, gdzie jest sprężany. W procesie tym wzrasta silnie ciśnienie i temperatura czynnika chłodniczego, co umożliwia przepływ gazu przez skraplacz. W wyniku kondensacji oddaje on swoją energię cieplną do wody grzewczej.

Gorąca para opuszczając sprężarkę, przechodzi do skraplacza, gdzie ulega ochłodzeniu, a następnie skraplaniu. W tym czasie oddaje wodzie grzewczej ciepło pobrane w parowniku. Mimo że temperatura czynnika obniża się, to jednak nadal jest wyższa niż temperatura otoczenia parownika. Płyn nie jest więc gotowy do kolejnego odbioru ciepła. Z pomocą przychodzi zawór rozprężny. W procesie rozprężania, przy gwałtownym spadku ciśnienia czynnika, dochodzi do spadku temperatury płynu, do takiego poziomu, który umożliwia odbiór ciepła, a także całkowite odparowanie w parowniku. Powstająca para jest wówczas zasysana przez sprężarkę i zaczyna na nowo powtarzać się cykl obiegu termodynamicznego.