Pompa ciepła to urządzenie grzewcze, które nie wytwarza ciepła przez spalanie paliwa, lecz przenosi je z powietrza, gruntu albo wody do budynku. Do działania wykorzystuje energię zgromadzoną w otoczeniu oraz prąd potrzebny głównie do napędu sprężarki.
Pompa ciepła – co to jest?
Najprościej porównać ją do lodówki działającej w odwrotnym kierunku. Lodówka odbiera ciepło z wnętrza i oddaje je do pomieszczenia. Pompa ciepła pobiera energię cieplną z otoczenia, a następnie przekazuje ją do instalacji ogrzewającej dom. Może też przygotowywać ciepłą wodę użytkową, a w określonych warunkach chłodzić pomieszczenia.
W systemie grzewczym trzeba rozróżnić dolne źródło i górne źródło. Dolnym źródłem jest powietrze, grunt lub woda, z których urządzenie pobiera energię. Górnym źródłem jest instalacja budynku, na przykład ogrzewanie podłogowe, grzejniki albo zasobnik ciepłej wody.
Pompa ciepła nie jest więc kotłem, który spala gaz, olej lub paliwo stałe. Przenosi energię za pomocą zamkniętego obiegu czynnika chłodniczego. Jego właściwości pozwalają pobierać ciepło nawet z chłodnego powietrza.
Jak działa pompa ciepła?
Praca urządzenia opiera się na obiegu termodynamicznym. Czynnik chłodniczy krąży między czterema podstawowymi elementami: parownikiem, sprężarką, skraplaczem i zaworem rozprężnym. Każdy z nich odpowiada za inną część procesu.
Cały cykl można przedstawić w czterech etapach:
- Parowanie – w parowniku czynnik chłodniczy pobiera ciepło z dolnego źródła, czyli z powietrza, gruntu lub wody. Pod wpływem tej energii przechodzi ze stanu ciekłego w gazowy.
- Sprężanie – sprężarka zwiększa ciśnienie gazowego czynnika. Wraz ze wzrostem ciśnienia rośnie jego temperatura. Ten etap wymaga energii elektrycznej.
- Skraplanie – gorący czynnik trafia do skraplacza i oddaje ciepło instalacji grzewczej budynku. Podczas oddawania energii zmienia stan z gazowego na ciekły.
- Rozprężanie – ciekły czynnik przechodzi przez zawór rozprężny. Spada jego ciśnienie i temperatura, dzięki czemu może ponownie pobrać ciepło w parowniku.
Po zakończeniu czwartego etapu czynnik wraca do parownika, a obieg rozpoczyna się od nowa. W pompach odwracalnych kierunek pracy można zmienić, aby latem odbierać ciepło z budynku i przekazywać je na zewnątrz.
Najwięcej energii elektrycznej zużywa sprężarka. Wentylatory, pompy obiegowe i automatyka również potrzebują zasilania, ale to właśnie sprężanie czynnika pozwala podnieść jego temperaturę do poziomu użytecznego dla ogrzewania.
Jakie są rodzaje pomp ciepła?
Rodzaj pompy określa się przede wszystkim na podstawie dolnego źródła ciepła. Najczęściej spotyka się urządzenia powietrzne, gruntowe i wodne.
| Typ pompy | Źródło ciepła | Złożoność montażu |
|---|---|---|
| Powietrzna | Powietrze zewnętrzne | Łatwa |
| Gruntowa | Grunt | Trudna |
| Wodna | Woda gruntowa lub powierzchniowa | Trudna |
Powietrzna pompa ciepła pobiera energię z powietrza zewnętrznego. Jej montaż zwykle nie wymaga odwiertów ani dużych prac ziemnych, dlatego jest często wybierana w domach jednorodzinnych. Jej wydajność może jednak spadać przy silnym mrozie, gdy różnica temperatur między źródłem a instalacją grzewczą staje się większa.
Gruntowa pompa ciepła wykorzystuje stabilniejszą temperaturę gruntu. Energia jest pobierana przez kolektor poziomy albo sondy pionowe. Takie rozwiązanie może pracować z równą wydajnością przez cały sezon, ale wymaga większych nakładów na przygotowanie instalacji i ingerencji w działkę.
Wodna pompa ciepła korzysta z wód gruntowych lub powierzchniowych. Może osiągać wysoką wydajność, lecz jej zastosowanie zależy od warunków terenowych, dostępności odpowiedniego źródła wody i możliwości wykonania instalacji.
Skąd bierze się efektywność pompy ciepła?
Pompa ciepła przekazuje więcej energii cieplnej, niż zużywa samej energii elektrycznej. Orientacyjnie około 70–75% energii może pochodzić z otoczenia, a pozostała część z prądu zasilającego urządzenie. Nie jest to jednak stała wartość dla każdego modelu i każdych warunków pracy.
Najłatwiej uzyskać wysoką efektywność wtedy, gdy różnica temperatur między dolnym źródłem a instalacją grzewczą jest niewielka. Z tego powodu pompy ciepła dobrze współpracują z ogrzewaniem niskotemperaturowym, szczególnie podłogowym, ściennym lub sufitowym. Mogą także zasilać grzejniki, lecz znaczenie ma ich dobór, izolacja budynku i wymagana temperatura wody.
W uproszczeniu działanie czynnika chłodniczego można porównać do obiegu znanego z klimatyzatora lub lodówki. Czynnik odparowuje przy niskiej temperaturze, sprężarka podnosi jego temperaturę, a następnie skraplacz oddaje zgromadzoną energię do instalacji domu. Dzięki temu nawet chłodne powietrze zawiera wystarczającą ilość energii, którą można wykorzystać po odpowiednim przetworzeniu.
Co pompa ciepła może zasilać?
Pompa ciepła może ogrzewać pomieszczenia, przygotowywać ciepłą wodę użytkową, a w wersji odwracalnej także chłodzić budynek. System nie ogranicza się więc wyłącznie do dostarczania ciepła do podłogówki. Może współpracować z ogrzewaniem płaszczyznowym, grzejnikami lub instalacją mieszaną.
Ostateczna wydajność zależy od właściwego dopasowania urządzenia do budynku. Znaczenie mają między innymi izolacja przegród, powierzchnia ogrzewana, lokalny klimat, rodzaj dolnego źródła i temperatura wymagana przez instalację. Dobór mocy powinien opierać się na obliczeniach zapotrzebowania na ciepło, a nie wyłącznie na powierzchni domu.
Pompa ciepła jest więc maszyną, która wykorzystuje prąd do przenoszenia energii z otoczenia do budynku. Dobrze zaprojektowany system może zapewnić ogrzewanie, ciepłą wodę i chłodzenie bez spalania paliw na miejscu, co sprzyja ograniczeniu emisji oraz zwiększa niezależność od tradycyjnych źródeł ciepła.
