Jak działa pompa ciepła – zrozum technologię, która stoi za Twoim bezpieczeństwem energetycznym

Jakie są trzy podstawowe rodzaje pomp ciepła?

 

Powietrzne pompy ciepła wykorzystują powietrze jako źródło ciepła i dostarczają ciepło do pomieszczeń. Działają na zasadzie pobierania energii cieplnej z atmosferycznego powietrza i przekazywania go do wnętrza budynku. Pompy ciepła powietrzne są stosunkowo proste w instalacji, ponieważ nie wymagają głębokich wykopów. Są skutecznym sposobem na efektywne ogrzewanie i chłodzenie pomieszczeń oraz oszczędność energii. Jednak ich wydajność może zależeć od temperatury zewnętrznej, dlatego mogą być bardziej efektywne w umiarkowanych klimatach.

 

Gruntowe pompy ciepła wykorzystują energię zgromadzoną w ziemi jako źródło ciepła. Dzięki temu są w stanie dostarczać ciepło do pomieszczeń oraz zapewniać chłodzenie w bardziej efektywny sposób niż tradycyjne systemy grzewcze. Pompy ciepła gruntowe są bardziej efektywne niż pompy ciepła powietrzne, ponieważ temperatura gleby jest bardziej stabilna przez cały rok. Pozwala to na efektywne wykorzystanie energii do ogrzewania i chłodzenia budynków. Choć instalacja takiego systemu jest bardziej skomplikowana i kosztowna, urządzenia te oferują długoterminowe oszczędności energetyczne i zmniejszenie emisji dwutlenku węgla.

 

Wodne pompy ciepła wykorzystują wodę jako źródło ciepła. Mogą korzystać z wody z jezior, rzek, studni głębinowych lub innych akwenów. Działanie wodnej pompy ciepła polega na pobieraniu energii cieplnej z wody i przekazywaniu jej do układu grzewczego lub chłodzącego w budynku. Urządzenia te są efektywne, ponieważ woda ma wysoką gęstość cieplną i stabilną temperaturę. Jednak instalacja takiego systemu może być bardziej skomplikowana i kosztowna ze względu na potrzebę dostępu do wody oraz wymaganą infrastrukturę. Niemniej jednak, wodne pompy ciepła mogą być korzystne w przypadku obiektów z dostępem do odpowiedniego źródła wody, zapewniając efektywne i zrównoważone ogrzewanie i chłodzenie.

 

Dolne źródło ciepła w przypadku pomp ciepła

 

W przypadku powietrznych pomp ciepła, otaczające powietrze pełni rolę naturalnego dolnego źródła, ponieważ ciepło jest pobierane z zewnętrznego środowiska. To sprawia, że są one bardziej elastyczne w instalacji i nie wymagają oddzielnego dolnego źródła ciepła, jak w przypadku pomp ciepła gruntowych lub wodnych.

W przypadku pomp ciepła gruntowych, energia cieplna jest pobierana z gleby poprzez wymienniki ciepła umieszczone w gruncie. Mogą one przyjmować postać pętli rur, które są zasypane w ziemi, lub płyt wymiennikowych, które są wkopane na odpowiednią głębokość. Ziemia pełni rolę dolnego źródła, z którego pompowane jest ciepło do pompy ciepła.

Wodne pompy ciepła, z kolei, wykorzystują wodę gruntową jako dolne źródło. Wymiennik jest umieszczony w studniach lub innych akwenach, gdzie pobiera się energię cieplną z wody. Woda gruntowa, ze swoją relatywnie stabilną temperaturą przez cały rok, stanowi efektywne dolne źródło energii dla pomp ciepła.

 

Górne źródło ciepła w przypadku pomp ciepła

 

Źródło dolne jest kluczowym elementem działania każdej pompy ciepła. To właśnie z niego pobierana jest energia, która następnie jest przekazywana do górnego źródła, odpowiedzialnego za ogrzewanie budynku. Przekazanie ciepła z dolnego źródła do górnego źródła umożliwia efektywne ogrzewanie budynku oraz dostarczanie ciepłej wody użytkowej.

Górne źródło znajduje zastosowanie w różnych systemach grzewczych w budynkach mieszkalnych. Może to być np. ogrzewanie podłogowe, które jest często wykorzystywane w domach z pompą ciepła, lub tradycyjny system centralnego ogrzewania oparty na grzejnikach. Nawet w nowoczesnych budynkach spełniających najnowsze standardy termiczne, zastosowanie pompy ciepła nadal ma uzasadnienie i może działać z wysoką wydajnością.

 

Mechanizm działania pomp ciepła

 

Pompa ciepła to urządzenie, które przekształca energię cieplną z jednego miejsca o niższej temperaturze (źródło dolne) na energię cieplną o wyższej temperaturze (źródło górne). Jej głównym celem jest dostarczanie ciepła do ogrzewania budynków lub innych zastosowań, takich jak przygotowanie ciepłej wody użytkowej.

Ogólnie rzecz biorąc, pompa ciepła działa na podstawie cyklu odparowania, sprężania, skraplania i rozprężania czynnika chłodniczego.

Początkowo czynnik chłodniczy, który jest substancją o właściwościach umożliwiających zmianę faz (np. freon), znajduje się w parującym stanie w wymienniku ciepła w dolnym źródle ciepła (np. grunt, woda gruntowa, powietrze zewnętrzne). Dolne źródło przekazuje ciepło do czynnika chłodniczego, powodując jego parowanie. Parowany czynnik chłodniczy jest sprężany przez kompresor, co powoduje wzrost jego temperatury i ciśnienia. W wyniku sprężania czynnik staje się gorącym gazem o wysokiej temperaturze. Gorący gaz przepływa przez wymiennik ciepła znajdujący się w górnym źródle ciepła (np. układ grzewczy budynku). Wymiana ciepła powoduje skraplanie czynnika chłodniczego, co powoduje uwalnianie ciepła do górnego źródła. Skroplony czynnik chłodniczy przechodzi przez zawór rozprężny, który obniża jego ciśnienie i temperaturę. W wyniku tego czynnik staje się chłodnym gazem o niskiej temperaturze. Chłodny gaz przechodzi przez wymiennik ciepła w dolnym źródle, gdzie absorbuje ciepło z otoczenia. Następnie cykl rozpoczyna się od nowa, gdy czynnik chłodniczy wraca do etapu odparowania.

 

Jak działa chłodzenie w przypadku pompy ciepła?

 

W przypadku pompy ciepła, która działa w trybie chłodzenia, proces jest odwrócony w porównaniu do trybu ogrzewania. Oznacza to, że ciepło jest pobierane z wnętrza budynku i odbierane przez zewnętrzną jednostkę pompy ciepła, a następnie jest oddawane do otoczenia.

 

Moc pompy ciepła

 

W przypadku pracy pompy ciepła, zużycie energii elektrycznej jest niewielkie. Energia ta jest potrzebna głównie do utrzymania działania systemu, a nie do bezpośredniej produkcji energii cieplnej, która jest pozyskiwana z odnawialnych źródeł. Za każdy kilowat energii elektrycznej zużytej przez pompę ciepła, jesteśmy w stanie wygenerować kilka razy więcej energii do celów grzewczych.

 

Moc grzewcza pompy ciepła (Pg)

 

Przy wyborze pompy ciepła istotne jest dobranie odpowiedniej mocy grzewczej. Powinna ona być dostosowana do zapotrzebowania na ciepło, które różni się w zależności od typu budynku. Ważne jest, aby pompa ciepła miała wystarczającą moc, aby zaspokoić potrzeby grzewcze budynku. Zbyt mała moc spowoduje brak wystarczającego ogrzewania, podczas gdy zbyt duża moc może prowadzić do nieefektywnego zużycia energii elektrycznej.

 

Moc elektryczna pompy ciepła (Pe)

 

Zapotrzebowanie pompy ciepła na prąd elektryczny wynosi zwykle około 25% całkowitego zapotrzebowania. Pozostałe 75% energii jest pobierane z dolnych źródeł, takich jak powietrze, woda lub grunt. Prąd elektryczny jest głównie wykorzystywany przez sprężarkę, która jest kluczowym elementem pompy ciepła. Sprężarka jest odpowiedzialna za kumulację energii cieplnej, która następnie jest wykorzystywana do podgrzewania wody użytkowej w systemie grzewczym.

 

W ten sposób, dzięki wykorzystaniu energii elektrycznej i dolnego źródła ciepła, pompa ciepła może dostarczać energię cieplną do ogrzewania budynków w sposób efektywny i ekologiczny.

 

Co oznacza współczynnik COP?

 

Współczynnik COP to wskaźnik wydajności pompy ciepła. Określa on stosunek dostarczonej energii cieplnej do zużytej energii elektrycznej przez pompę ciepła. W prostych słowach, COP mierzy, ile ciepła jest generowane przez pompę ciepła w stosunku do ilości energii elektrycznej, jaką zużywa. Wartość COP jest podawana jako liczba, na przykład COP = 4, co oznacza, że pompa ciepła dostarcza 4 razy więcej energii cieplnej niż zużywa energii elektrycznej.

 

Współczynnik COP jest ważnym parametrem przy wyborze pompy ciepła, ponieważ wyższa wartość COP oznacza większą efektywność i mniejsze zużycie energii elektrycznej. Przekłada się to na niższe koszty eksploatacji oraz mniejsze negatywne oddziaływanie na środowisko. Przy wyborze pompy ciepła warto zwracać uwagę na jej COP, aby wybrać urządzenie o jak najwyższej wydajności.

 

Dlaczego warto postawić na pompę ciepła?

 

·      Pompa ciepła jest jednym z najbardziej efektywnych systemów grzewczych dostępnych na rynku. Dzięki wykorzystaniu energii odnawialnej i mechanizmowi przenoszenia ciepła, pompa ciepła może dostarczyć znacznie więcej energii cieplnej niż wynosi zużyta energia elektryczna. Wysoki współczynnik COP pompy ciepła potwierdza jej efektywność.

·      Choć koszt zakupu i instalacji pompy ciepła może być początkowo wyższy niż tradycyjnych systemów grzewczych, długoterminowo pompa ciepła pozwala zaoszczędzić znaczną ilość pieniędzy na rachunkach za energię. Dzięki mniejszemu zużyciu energii elektrycznej i wydajności pompy ciepła można zmniejszyć koszty ogrzewania budynku.

·      Korzystając z pompy ciepła, można zmniejszyć zależność od tradycyjnych paliw kopalnych i przyczynić się do ochrony środowiska poprzez redukcję emisji gazów cieplarnianych.

·      Pompa ciepła może być wykorzystywana nie tylko do ogrzewania budynku, ale także do chłodzenia w okresie letnim oraz do przygotowania ciepłej wody użytkowej. Dzięki temu stanowi kompleksowe rozwiązanie dla systemu grzewczego i może zastąpić kilka oddzielnych urządzeń.

·      Urządzenia te są zwykle trwałe i niezawodne, o ile są odpowiednio zainstalowane i regularnie serwisowane. Mają dłuższą żywotność w porównaniu do niektórych innych systemów grzewczych, co przekłada się na mniejsze koszty konserwacji i wymiany.

 

Podsumowując, postawienie na pompę ciepła to inwestycja w energooszczędne i ekologiczne ogrzewanie. Dzięki wysokiej efektywności, oszczędności kosztów eksploatacji i wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii, pompa ciepła staje się coraz popularniejszym rozwiązaniem w sektorze grzewczym.

 

Jeśli interesują Cię pompy ciepła wysokiej jakości, zapoznaj się z ofertą hurtowni instalacyjnych współpracujących z Instal-Konsorcjum.

 

 

Autor: Małgorzata Buchkovska

 

Przeczytaj także: 

• Czy pompy ciepła mają realny wpływ na środowisko i zmniejszenie CO2? 
• Zmiany w rozporządzeniu f-gazowym i ich wpływ na rynek pomp ciepła 

 

 

 

 

Zapraszamy także na tematyczne e-szkolenie IK