Pompa ciepła - jak to działa?

Na rynku dostępne są obecnie liczne modele pomp ciepła, których technologia działania jest oparta na wykorzystywaniu zasobów naturalnych i zjawisku fizycznym, jakim jest termodynamika. Zasadniczo, ciepło w ten sposób pozyskiwać można z powietrza, gruntu lub wody gruntowej i w zależności od wybranego źródła, dobiera się odpowiedni model pompy. W kwestii źródła energii, wybierane jest ono nie tylko na podstawie jego dostępności, ale też innych czynników – jak metraż działki, typ podłoża, ukształtowanie terenu lub lokalizacja w odpowiedniej do danego rozwiązania strefie klimatycznej. Biorąc pod uwagę wszystkie te aspekty i stawiając na najefektywniejsze w naszym przypadku rozwiązanie, będziemy mogli cieszyć się ekonomicznym systemem grzewczym, zapewniającym optymalne warunki użytkowania budynku.

Jak działa pompa ciepła?

Działanie instalacji tego typu nie należy do szczególnie skomplikowanych i opiera się na założeniach termodynamiki. Warto też zauważyć, iż nowoczesne systemy grzewcze, wykorzystujące alternatywne źródła energii, są konstruowane tak, iż bez większych problemów spełniają swoją rolę również w klimacie umiarkowanym – mogą efektywnie funkcjonować w dość szerokim zakresie temperatur. Dowodem na skuteczność i efektywność działania z pewnością będą tutaj kraje skandynawskie, których mieszkańcy bardzo chętnie sięgają po pompy ciepła.

Działanie powietrznej, gruntowej lub wodnej pompy opiera się na wymuszeniu zmiany kierunku przepływu ciepła – jak wiadomo, prawidłowo i zgodnie z zasadami fizyki, jego przepływ odbywa się z obszarów cieplejszych do chłodniejszych. W przypadku instalacji grzewczych wykorzystujących niekonwencjonalne źródła ciepła, proces ten zostaje odwrócony przy użyciu energii mechanicznej lub cieplnej. Napędzana energią z zewnątrz (podawaną, na przykład, przez sprężarkę) pompa, z obszaru o niższej temperaturze w swoisty sposób pobiera ciepło (z powietrza, gruntu lub wód gruntowych), przekazując je do instalacji i ogrzewając czynnik roboczy o niższej temperaturze, doprowadzając do jego parowania. W skrócie, jest to cykliczny, niekończący się proces odbywający się w zamkniętym obiegu, angażujący parowanie na poziomie dolnego źródła ciepła, sprężanie, skraplanie czynnika roboczego w instalacji grzewczej i rozprężanie.

75% CIEPŁA SŁONECZNEGO + 25% ENERGII ELEKTRYCZNEJ = 100% CIEPŁA DO OGRZEWANIA BUDYNKU

Pompy ciepła pobierają energię słoneczną zmagazynowaną w środowisku naturalnym i wykorzystują ją w systemie ogrzewania. Czynnik roboczy, cyrkulujący w zamkniętym obiegu, parując w niskich temperaturach odbiera ciepło ze środowiska naturalnego. Następnie za pomocą sprężarki pompy ciepła czynnik roboczy zostaje doprowadzony do temperatury odpowiedniej do celów ogrzewania. Bezpłatnie pobrane ciepło słoneczne oraz elektryczna energia napędowa, która jest konieczna do sprężania czynnika roboczego, dają w efekcie ciepło pozwalające ogrzać budynek.

Ogólna zasada działania pomp ciepła

Działanie różnych typów pomp ciepła

Poszczególne typy pomp ciepła mają ze sobą wiele wspólnego, wszak opierają się na zasadach termodynamiki. Jednak w związku z faktem, iż wykorzystują różne źródła energii, różnią się zarówno pod względem technologii montażu, jak i sposobu działania na poszczególnych etapach.

Pompy Powietrzne

Powietrze jest nośnikiem energii cieplnej, którą za pomocą pomp ciepła typu powietrze/woda można wykorzystać w zakresie temperatur od +40°C do -25°C. Wskaźnik wydajności COP tych urządzeń jest na tyle wysoki, że ich wydajność porównuje się do pomp ciepła solanka/woda.

Jak wskazuje nazwa, modele tego typu, zarówno wewnętrzne, jak i zewnętrzne, pozyskują i przekazują energię z powietrza. System ten posiada bardzo znaczący atut – nie wymaga wykonywania wykopów oraz drążenia odwiertów, co nie tylko przyśpiesza związane z montażem prace, ale też obniża koszt ich realizacji. Specjalny moduł, który znajduje się w odpowiednio wytyczonym miejscu na zewnątrz budynku wsysa powietrze, z którego pobierana jest energia cieplna, wykorzystywana do ogrzewania pomieszczeń.

Wewnętrzna pompa ciepła powietrze-woda

Zewnętrzna pompa ciepła powietrze-woda

Pompy Wodne

Temperatura wody gruntowej, nawet zimą wynosi od +7°C do +12°C, dlatego można ją łatwo wykorzystać jako dolne źródło ciepła. Warunkiem do prawidłowej pracy jest jednak odpowiednia ilość i jakość pobieranej wody oraz posiadanie odpowiednich zezwoleń. Jeśli uda się je spełnić, to instalacja będzie nadzwyczaj efektywna.

Rozwiązania takie wymagają obecności na danym terenie wód gruntowych oraz wywiercenia studni poboru oraz zrzutowej (chyba że na działce znajduje się już inny zbiornik wodny, który można wykorzystać) – głębokość odwiertu jest zaś zróżnicowana pod względem warunków geologicznych panujących na danym obszarze. Wykorzystywany jest tutaj fakt, iż w przypadku ujemnych, zimowych temperatur powietrza, znajdująca się w obiegu gruntowym woda wykazuje zdolność do utrzymywania ciepła na poziomie od +7°C do +12°C. Pompa wodna w cyklicznym procesie wydobywa ciepło z pobranej wody i przekazuje je dalej, zaś wykorzystaną, „zużytą” ciecz zrzuca.

Pompa ciepłą typu woda-woda

Pompy Gruntowe

Wykorzystują energię słoneczną skumulowaną w gruncie. Pompa ciepła z wymiennikiem gruntowym wymaga wykonania wykopów oraz zamontowania specjalnych rurek, w układzie poziomym lub pionowym. Krążący w nich czynnik roboczy (glikol) odpowiedzialny jest za przekazywanie pozyskanego ciepła geotermalnego i skumulowanej w gruncie energii słonecznej do instalacji grzewczej.

Można to porównać do olbrzymiego zasobnika ciepła, który jest nieustannie zasilany energią promieniowania słonecznego i energią geotermalną. Pompy ciepła solanka/woda potrafią doskonale wykorzystać to niewyczerpalne źródło energii cieplnej, dlatego ich wydajność COP są bardzo wysokie. 

Energia geotermalna zaliczana jest do jednych z rodzajów energii odnawialnej i zgodnie z dyrektywą 2009/28/WE została zdefiniowana jako energia składowana w postaci ciepła pod powierzchnią ziemi. Technologia dolnych źródeł w układzie z pompami ciepła umożliwia przetwarzanie tych zasobów na potrzeby użytkowych celów grzewczych lub chłodniczych. 

Dolne źródło może być zrealizowane w układzie wertykalnym bądź horyzontalnym

Pionowy wymiennik w postaci „sondy” umieszczonej w odwiercie.

Poziomy wymiennik np. w postaci spirali, meandry zakopany bezpośrednio poniżej strefy przemarzania.