Zasada działania pompy ciepła – sprawdź KOMPENDIUM wiedzy o pompach

Podczas projektowania domu dochodzimy do jednej z najważniejszych kwestii, jaką jest wybór rodzaju ogrzewania. Świetną alternatywą dla tradycyjnych układów grzewczych są pompy ciepła. Ten cieszący się coraz większą popularnością system ogrzewania domu lub wody użytkowej jest bardzo ekonomicznym, a zarazem ekologicznym wyborem. Co to jest pompa ciepła i jak działa? Dowiesz się z poniższego artykułu.

O czym przeczytasz w artykule?

• Pompy ciepła – zasada działania
• Różne pompy ciepła: jak działają?

Pompy ciepła – zasada działania

Pompy ciepła są jednym z najoszczędniejszych, najbardziej efektywnych i ekologicznych sposobów uzyskania ciepłej wody użytkowej oraz ogrzewania domu. W przeciągu kilku lat popularność tych urządzeń znacznie wzrosła, co spowodowane jest nie tylko coraz większą troską Polaków o środowisko naturalne, ale także rosnącymi cenami takich paliw jak węgiel, olej opałowy, czy gaz. Niekwestionowaną zaletą pompy ciepła jest także jej niski koszt eksploatacji, komfort użytkowania oraz możliwość skorzystania z różnych form dofinansowania ich zakupu i instalacji.

Terminologia związana z nowoczesnymi systemami grzewczymi, zwłaszcza tymi wykorzystującymi zaawansowane technologie, brzmi czasami w sposób skomplikowany. O ile całkiem jasne wydaje się określenie pompa ciepła, działanie, jej rodzaje i mechanizmy mogą być dla laika niezrozumiałe. Ale nie z nami! Zatem co to jest pompa ciepła? Jak działa i jakie są jej typy?

Pompa ciepła to stosunkowo nowe na rynku urządzenie do produkcji ciepła. Zasada działania pompy ciepła jest o tyle ciekawa, że urządzenie, w odróżnieniu od tradycyjnych systemów grzewczych, nie wytwarza własnej energii. W takim razie: jak działa pompa ciepła?

Działanie pompy ciepła polega na wykorzystywaniu energii pochodzącej ze środowiska naturalnego (np. wody, powietrza, czy gruntu). Istotne jest, że urządzenie pobiera ciepło z obszaru o niższej temperaturze i przekazuje je do obszaru o temperaturze wyższej. Słowo „pompa” ma tutaj kluczowe znaczenie, ponieważ maszyna pobierając energię cieplną, wypompowuje ciepło z chłodnego otoczenia (np. z powietrza lub gruntu na zewnątrz budynku), następnie ogrzewa je i oddaje (pompuje) do wnętrza budynku.

Urządzenie nie spełniałoby tej funkcji bez czynnika roboczego, czyli cieczy, którą wypełniona jest pompa ciepła. Jak działa ten czynnik chłodzący? Płyn, wrząc pod niskim ciśnieniem i w niskiej temperaturze (na zewnątrz budynku) pobiera ciepło z otoczenia. Następnie w układzie wzrasta ciśnienie i temperatura cieczy, a dzięki sprężarce czynnik roboczy zmienia postać na gazową, by w końcu trafić do skraplacza i oddać ciepło do instalacji. Po tym czynnik w stanie ciekłym przechodzi przez zawór rozprężny, gdzie następuje spadek ciśnienia oraz temperatury i cykl rozpoczyna się ponownie.

Aby lepiej zobrazować, jak działa pompa ciepła, można ją porównać do lodówki. W środku chłodziarki jest zimno, ale obudowa urządzenia jest ciepła – zatem ciepło z przechowywanych w lodówce produktów jest wypompowane i wypuszczone na zewnątrz. Pompa ciepła działanie ma dokładnie odwrotne. Dzięki odpowiednim procesom termodynamicznym, pompa ciepła ogrzewa powietrze pobierane do środka.

Podkreślmy, że pompa ciepła działanie opiera aż w 75% na energii pozyskanej z gruntu, wody lub powietrza. Zaledwie 25% mocy niezbędnej do funkcjonowania to prąd, który jest wykorzystywany do transportu energii cieplnej. Prąd konieczny do transportu można pobrać z sieci lub – co jest najbardziej opłacalne – wykorzystać z paneli fotowoltaicznych.

W tym miejscu należy nadmienić, że już na etapie montażu pompy ciepła warto się zastanowić nad instalacją paneli fotowoltaicznych. Te dwa odnawialne źródła energii bardzo dobrze ze sobą współpracują, a inwestycja bardzo szybko się zwraca i korzystnie wpływa na stan domowego budżetu.

Wiesz już, co to jest pompa ciepła i jak działa każdy z jej rodzajów. Ale co to znaczy, że pompa ciepła oddaje ciepło na zewnątrz? Aby ciepło znalazło się w pomieszczeniu, musi mieć swój odbiornik, którym jest instalacja grzewcza. Najczęstsze rodzaje odbiorników ciepła to między innymi: ogrzewanie podłogowe, ogrzewanie grzejnikowe, podgrzewanie ciepłej wody użytkowej.

Co ciekawe, działanie pompy ciepła to nie tylko ogrzewanie. Urządzenie ma też opcję chłodzenia. Chłodzenie pompą ciepła funkcjonuje najczęściej przy wykorzystaniu niskiej temperatury źródła ciepła (chłodzenie pasywne) lub przez odwróconą pracę pompy ciepła, która działa wówczas jak chłodziarka (chłodzenie aktywne).

Co to jest pompa ciepła i jak działa?

• Pompa ciepła to urządzenie do produkcji ciepła.
• Pompa ciepła pobiera energię cieplną z chłodnego otoczenia (powietrze, grunt, woda), ogrzewa je i oddaje do wnętrza budynku.
• Zasada działania pompy ciepła opiera się głównie na energii pobranej z gruntu, wody lub powietrza. Zaledwie 25% mocy niezbędnej do funkcjonowania to prąd.

Różne pompy ciepła: jak działają?

Nowoczesne technologie pozwalają pozyskać energię z rozmaitych źródeł. Ze względu na główne źródło energii wyróżniamy różne pompy ciepła. Jak działają poszczególne rodzaje tych systemów?

Pompy ciepła gruntowe

Jak sama nazwa wskazuje, urządzenie pobiera ciepło z gruntu (np. gleba, skała). Podobnie, jak w przypadku każdej pompy ciepła, zasada działania tego urządzenia polega na wypompowaniu ciepła z chłodniejszego otoczenia, ogrzaniu go i oddaniu na zewnątrz. Działanie pompy ciepła gruntowej ma tę zaletę, że pracuje ona stabilnie i niezależnie od temperatury na zewnątrz. Dla wielu z nas sporą wadą może się okazać wysoki koszt inwestycji.

Pompy ciepła powietrzne

Działanie pompy ciepła powietrznej opiera się na poborze energii cieplnej z powietrza zewnętrznego. Od razu na myśl nasuwa się pytanie, jak działa pompa ciepła powietrzna zimą, gdy powietrze zewnętrzne jest mroźne? To zaskakujące, ale powietrze nawet przy ujemnych temperaturach zawiera w sobie energię cieplną. Skuteczne działanie pompy ciepła powietrznej, a także niedrogi i mało skomplikowany montaż sprawiają, że jest to najczęściej wykorzystywany rodzaj pomp grzewczych. Jednak trzeba liczyć się z wadą, jaką jest obniżenie sprawności urządzenia wynikające ze spadku temperatury na zewnątrz.

Pompy ciepła wodne

Kolejnym rodzajem omawianych systemów grzewczych są wodne pompy ciepła. Jak działają te urządzenia? Zasada działania pompy ciepła jest taka sama – bez względu na źródło poboru energii cieplnej. Wodne pompy ciepła pobierają energię z akwenów wodnych lub studni głębinowych. Urządzenie wypompowuje ciepło, ogrzewa je i oddaje na zewnątrz, natomiast „zużytą” wodę odprowadza z powrotem do zbiornika, co jest bardzo ekologicznym rozwiązaniem. Minusem tego rodzaju pompy ciepła są bardzo wysokie koszty instalacji oraz konieczność posiadania studni lub zbiornika wodnego.

Pompy ciepła hybrydowe

Na uwagę zasługuje działanie pompy ciepła hybrydowej. Zasada działania pompy ciepła o charakterze hybrydy polega na wykorzystaniu atutów innych rodzajów pomp i skutecznym ich połączeniu. To rozwiązanie usprawnia cały proces grzewczy i wpływa na znaczny wzrost energetycznej efektywności urządzenia w skali roku. Zatem jak działa hybrydowa pompa ciepła? Urządzenie pobiera energię cieplną zarówno z powietrza, jak i gruntu. Specjalne czujniki i mikroprocesorowe sterowniki pozwalają maszynie analizować warunki otoczenia zewnętrznego i czerpać moc z tego źródła, które w danym momencie dostarczy więcej energii.

Pompy ciepła: zasada działania poszczególnych typów:

• Pompy ciepła gruntowe pobierają energię cieplną z gruntu, tj. gleby lub skał.
• Pompy ciepła powietrzne czerpią energię z powietrza zewnętrznego.
• Pompy ciepła wodne wykorzystują energię cieplną z wody (studnia, akwen wodny).
• Pompy ciepła hybrydowe pobierają energię cieplną zarówno z powietrza, jak i gruntu.