Pompa ciepła to efektywne i ekologiczne rozwiązanie, które służy do ogrzewania budynków i przygotowywania ciepłej wody użytkowej. Urządzenie to rozróżnia się ze względu na źródło pozyskiwanej energii. W ten sposób wymieniamy pompę ciepła gruntową, wodną i powietrzną. W poniższym opracowaniu wyjaśniamy jak działa pompa ciepła, z czego jest zbudowana oraz czy może być jedynym urządzeniem grzewczym w budynku. Zapraszamy do zapoznania się z treścią artykułu.

Z jakich elementów składa się pompa ciepła?

Pompa ciepła to urządzenie, które umożliwia produkcję ciepła z darmowej energii z otoczenia. Podstawowe elementy, z których składa się pompa ciepła to sprężarka, parownik, skraplacz, zawór rozprężny i czynnik roboczy. Współpraca tych elementów umożliwia bardzo efektywne i ekologiczne funkcjonowanie urządzenia, ogrzewającego budynki i ciepłą wodę użytkową. Czym są poszczególne elementy pompy ciepła?

  • Czynnik roboczy –  to czynnik chłodniczy, krążący w obiegu pompy, zmieniający odpowiednio stan skupienia. Bez niego przekazanie energii ze źródła dolnego do górnego nie byłoby możliwe,
  • Parownik – to element w którym następuje proces pozyskiwania ciepła z najbliższego otoczenia,
  • Sprężarka – element ten zasysa parę czynnika roboczego, który krąży w obiegu pompy, i spręża ją do ciśnienia skraplania. To powoduje wzrost jego temperatury i ciśnienia, a w konsekwencji możliwość przenoszenia energii z dolnego do górnego źródła,
  • Skraplacz – to wymiennik ciepła, w którym następuje skraplanie czynnika roboczego, który krąży w pompie ciepła. Wskutek tego wytwarza się wysoka temperatura, która przekazywana jest do instalacji ogrzewania budynku, 
  • Zawór rozprężny – element ten służy do blokowania czynnika roboczego w obiegu podczas skraplania oraz do rozprężenia go ze stanu ciekłego do stanu parowania.

Jak działa pompa ciepła? Jakie są etapy produkcji ciepła?

jak-dziala-pompa-ciepla

Pompa ciepła wykorzystuje energię z otoczenia do produkcji energii cieplnej. W zależności od rodzaju pompy ciepła, wyróżnia się inne źródła energii. W przypadku pompy gruntowej jest to ziemia, wodnej – woda, powietrznej – powietrze. Działanie pompy ciepła w skrócie można opisać jako pobieranie ciepła z środowiska, przetwarzanie go i dostarczanie do instalacji grzewczej. W rzeczywistości proces ten jest bardziej skomplikowany i różnie rozdzielany na poszczególne fazy. Tak więc, na początku parownik pobiera ciepło z zewnątrz. Ogrzewa czynnik roboczy, który trafia do sprężarki. W niej następuje sprężenie czynnika do ciśnienia skraplania, czemu towarzyszy wzrost temperatury. W kolejnym kroku czynnik roboczy trafia do skraplacza, w którym pośrednio styka się z wodą, znajdującą się w obiegu zamkniętym górnego źródła. Następnie czynnik roboczy skrapla się i oddaje ciepło do instalacji centralnego ogrzewania. W ten sposób ciepło ze skraplacza rozprowadzane jest do odbiorników, jak np. grzejniki, ogrzewanie podłogowe. Podczas procesu skraplania zawór rozprężny dławi krążący czynnik w obiegu pompy. Po odebraniu całego ciepła od czynnika, zawór otwiera się i rozpręża czynnik roboczy. Wskutek tego zmniejsza się jego ciśnienie i temperatura. W kolejnym etapie tego procesu, rozprężony czynnik trafia do parownika, w którym następuje jego odparowanie. W ten sposób cały proces zatacza koło. Rozpoczyna się kolejny obieg czynnika roboczego od parownika, poprzez sprężarkę, skraplacz i zawór rozprężny. 

Czym jest współczynnik COP? Jakie ma znaczenie?

Współczynnik COP to tak naprawdę współczynnik efektywności, który określa ile ciepła dostarcza pompa ciepła, a ile zużywa przy tym energii elektrycznej. Wskaźnik ten oblicza się uwzględniając stosunek ilości energii dostarczonej do pompy ciepła, do energii przez nią zużytej. Dla przykładu, jeśli współczynnik COP wynosi 4, oznacza to, że pompa ciepła zużywa 1 kW energii elektrycznej dla pozyskania 4 kW ciepła. W związku z tym, o jakości pompy ciepła świadczy wysokość wskaźnika. Im jest on większy, tym pompa ciepła jest lepsza.

wspolczynnik-COP

Czy pompa ciepła powietrzna może być jedynym urządzeniem grzewczym w budynku?

Odpowiedź jest oczywista i brzmi ona “tak”. Kluczowe jest jednak założenie, że pompa ciepła jest prawidłowo dobrana. Posługując się takim założeniem, należy pamiętać o tym, że podczas skrajnie ujemnych temperatur pompa ciepła utrzymuje swoją moc nominalną przy pomocy grzałek elektrycznych. Nie oznacza to więc, że powietrzna pompa przestaje działać, a jedynie, że jej działanie jest wspomagane. Nie wpływa to oczywiście na komfort użytkowników, jednak sprawi, że zauważalne będą różnice w rachunkach za energię elektryczną. Ważne jest jednak to, że pompa ciepła powietrzna pracuje wydajnie podczas temperatur do -15 stopni. Poniżej następuje wspomaganie za pomocą grzałki, dlatego ważne jest to, by takowa była zamontowana. Kolejnym ważnym argumentem, który potwierdza to, że pompa powietrzna może być jedynym urządzeniem grzewczym w budynku jest nasz klimat. Nie charakteryzuje się on ostrymi zimami, a z roku na rok zauważalne jest globalne ocieplenie i mniej intensywne, chłodne zimy. Pompy ciepła powietrzne montuje się w miejscach na świecie, gdzie z uwagi na inny klimat pracują w temperaturach nawet do -40 stopni.  W związku z tym, bez wątpienia odpowiedź na postawione pytanie jest pozytywna.