Istnieją dwa główne rodzaje Pomp Ciepła

Pompy ciepła stanowią energooszczędną alternatywę dla pieców na paliwa kopalne we wszystkich strefach klimatycznych

W dzisiejszych czasach każdy, kto chce zainstalować lub zmodernizować swój system grzewczy, prędzej czy później będzie musiał zmierzyć się z tematem Pomp ciepła. To, co jeszcze kilka lat temu było znane tylko ekspertom, dziś jest systemem grzewczym znanym i stosowanym coraz powszechniej. Czym zatem są te pompy ciepła?

Pompy ciepła stanowią energooszczędną alternatywę dla pieców gazowych i na paliwa stałe we wszystkich strefach klimatycznych. Podobnie jak lodówka, pompy ciepła wykorzystują energię elektryczną do przenoszenia ciepła z jednego obszaru do drugiego. Ponieważ przekazują one ciepło, a nie wytwarzają go, pompy ciepła mogą skutecznie zapewnić komfortowe temperatury w domu. Są one zasilane energią elektryczną i przekazują ciepło za pomocą czynnika chłodniczego, zapewniając komfort przez cały rok. Ponieważ obsługują one zarówno chłodzenie, jak i ogrzewanie, właściciele domów mogą nie potrzebować instalować oddzielnych systemów do chłodzenia swoich domów.

Stosunek zużytej energii elektrycznej do uzyskanej energii grzewczej jest niezwykle korzystny, ponieważ przeciętna pompa ciepła potrzebuje 1 kilowatogodziny energii elektrycznej, aby zamienić ją w 4 kilowatogodziny energii grzewczej.

Pompy ciepła dzielą się na różne rodzaje w zależności od tego jakie dobierzemy kryterium podziału i tak możemy je podzielić ze względu na źródło dolne i górne oraz np. ze względu na budowę.

Rodzaje pomp ciepła ze względu na źródło

• powietrze-powietrze (np. popularne klimatyzatory z opcją grzania)
• powietrze-woda (najbardziej obecnie popularne pompy ciepła powietrzne)
• woda-woda (wykorzystujące najczęściej energię słoneczną zakumulowaną w gruncie)

Rodzaje pomp ciepła ze względu konstrukcję

• monolityczna (monoblokowa)
• podzielone, czyli tzw. split

Pompy monoblokowe

W przypadku systemów powietrze-woda występują min. monoblokowe pompy ciepła, gdzie jednostka zewnętrzna montowana na zewnątrz budynku ma w sobie cały układ obiegu czynnika chłodniczego. Powietrze jako źródło ciepła jest zasysane bezpośrednio i ponownie wypuszczane. Woda grzewcza jest więc podgrzewana na zewnątrz budynku i doprowadzana zaizolowanymi rurami do zasobnika ciepła w domu lub bezpośrednio wpuszczana do systemu dystrybucji ciepła. Może wystąpić wersja z pośrednim wymiennikiem wypełnionym glikolem.

Pompy typu Split

W przypadku pompy ciepła typu split ważne elementy systemu są podzielone pomiędzy dwie jednostki: Jednostka zewnętrzna obejmuje zazwyczaj parownik, sprężarkę i zawór rozprężny. Wszystkie pozostałe elementy znajdują się w jednostce wewnętrznej. Do cyrkulacji czynnika chłodniczego pomiędzy jednostką zewnętrzną a wewnętrzną używa się zaizolowane rury miedziane przechodzącego przez ścianę domu.

Pompy ciepła typu powietrze-powietrze

Najczęstszym typem pompy ciepła są klimatyzatory z opcją grzania, które najczęściej służą do okresowego podgrzewania pomieszczeń, rzadziej do całorocznego ogrzewania. Charakteryzują się stosunkowo wysoką sprawnością ale lokalnym zasięgiem. Dodatkowo konstrukcja klimatyzatora przewidziana jest przede wszystkim do chłodzenia i nie osiągnie takich parametrów jak typowa pompa ciepła.

Pompy ciepła typu powietrze-woda

Pompa wykorzystująca jako dolne źródło ciepła powietrze otaczające jednostkę zewnętrzną. Jako górne źródło wykorzystuje się wodę w kaloryferach lub w ogrzewaniu podłogowym. Dzisiejsza pompa ciepła może zmniejszyć zużycie energii elektrycznej do ogrzewania o około 25% w porównaniu z elektrycznym ogrzewaniem oporowym, takim jak piece i grzejniki płytowe.

Powietrzne pompy ciepła są stosowane od wielu lat w cieplejszych strefach klimatycznych, ale do niedawna nie były stosowane w obszarach, które doświadczyły przedłużonych okresów temperatur poniżej zera. Jednak w ostatnich latach, technologia powietrznych pomp ciepła rozwinęła się tak, że teraz oferuje uzasadnioną alternatywę ogrzewania pomieszczeń w chłodniejszych regionach.

Geotermalne pompy ciepła

Geotermalne (gruntowe lub wodne) pompy ciepła osiągają wyższą wydajność poprzez przenoszenie ciepła pomiędzy domem a ziemią lub pobliskim źródłem wody. Chociaż kosztują więcej, gruntowe pompy ciepła mają niskie koszty operacyjne, ponieważ wykorzystują stosunkowo stałe temperatury gruntu lub wody. Gruntowe pompy ciepła mają kilka głównych zalet. Mogą one zmniejszyć zużycie energii o 30%-60%, kontrolować wilgotność, są wytrzymałe i niezawodne oraz pasują do wielu różnych domów.

Czy gruntowa pompa ciepła jest odpowiednia dla Ciebie będzie zależeć od wielkości działki, podłoża i krajobrazu. Gruntowe lub wodne pompy ciepła mogą być stosowane w bardziej ekstremalnych klimatach (np w Polsce np strefa IV i V) niż powietrzne pompy ciepła, a zadowolenie klientów z systemów jest bardzo wysokie.

Jak zatem działa pompa ciepła?

Podstawowe działanie wszystkich pomp cieła jest takie samo, dlatego dla uproszczenia przestawimy działanie powietrznych pomp ciepła jako najbardziej popularnych i najczęściej wybieranych przez klientów.

Pomimo nazwy, pompy ciepła nie wytwarzają ciepła - przenoszą je z jednego miejsca do drugiego. Piec wytwarza ciepło, które jest rozprowadzane w całym domu, ale pompa ciepła absorbuje energię cieplną z powietrza zewnętrznego (nawet w niskich temperaturach) i przenosi ją do powietrza wewnątrz budynku. Gdy w trybie chłodzenia pompa ciepła i klimatyzator są funkcjonalnie identyczne, pochłaniając ciepło z powietrza wewnątrz i uwalniając go przez jednostkę zewnętrzną. Pompa ciepła może działa więc w dwóch trybach, w trybie chłodniczym oraz w trybie grzewczym.

Jedną z najważniejszych rzeczy do zrozumienia o działaniu pompy ciepła i procesie przekazywania ciepła jest to, że energia cieplna w naturalny sposób chce się przemieszczać do obszarów o niższych temperaturach i mniejszym ciśnieniu. Pompy ciepła opierają się na tej właściwości fizycznej, umieszczając ciepło w kontakcie z chłodniejszym, niższym ciśnieniem środowiskiem, aby ciepło mogło naturalnie przenosić się.

Żeby pokazać jak bardzo uniwersalnych urządzeniem są pompy ciepła prace pompy ciepła zaczniemy opisywać zaczynając od opisu jej w pracy w trybie chłodzenia a potem przejdziemy do trybu grzewczego.

Działanie pompy w trybie chłodzenia

1. Ciekły czynnik chłodniczy jest pompowany przez urządzenie rozprężające na wewnętrznej wężownicy, która działa jako parownik. Powietrze z wnętrza domu jest wdmuchiwane przez wężownice, gdzie energia cieplna jest absorbowana przez czynnik chłodniczy. Powstałe w ten sposób chłodne powietrze jest wdmuchiwane do kanałów w domu. Proces pochłaniania energii cieplnej powoduje podgrzanie ciekłego czynnika chłodniczego i jego odparowanie do postaci gazu.
2. Gazowy czynnik chłodniczy przechodzi teraz przez sprężarkę, która podnosi ciśnienie gazu. Proces zwiększania ciśnienia gazu powoduje jego nagrzewanie (typowa fizyczna właściwość gazów sprężonych). Gorący, sprężony czynnik chłodniczy przemieszcza się przez system do wężownicy w jednostce zewnętrznej.
3. Wentylator w jednostce zewnętrznej przepuszcza powietrze zewnętrzne przez wężownice, które w trybie chłodzenia służą jako skraplacze. Ponieważ powietrze na zewnątrz domu jest chłodniejsze niż gorący sprężony gaz czynnika chłodniczego w wężownicy, ciepło jest przekazywane z czynnika chłodniczego do powietrza zewnętrznego. Podczas tego procesu czynnik chłodniczy skrapla się z powrotem do stanu ciekłego w miarę ochładzania. Ciepły płynny czynnik chłodniczy jest pompowany przez system do zaworu rozprężnego w jednostkach wewnętrznych.
4. Zawór rozprężny zmniejsza ciśnienie ciepłego ciekłego czynnika chłodniczego, co powoduje jego znaczne schłodzenie. W tym momencie czynnik chłodniczy jest w chłodnym, ciekłym stanie i jest gotowy do przepompowania z powrotem do wężownicy parownika w jednostce wewnętrznej, aby ponownie rozpocząć cykl.

Działanie pompy w trybie grzewczym

Pompa ciepła w trybie ogrzewania działa tak samo jak w trybie chłodzenia, z tym że przepływ czynnika chłodniczego jest odwrócony. Innymi słowy, fizyka procesu jest taka sama. Energia cieplna jest absorbowana w jednostce zewnętrznej przez chłodny ciekły czynnik chłodniczy, zamieniając go w zimny gaz. Następnie do zimnego gazu stosowane jest ciśnienie, które zmienia go w gorący gaz. Gorący gaz jest chłodzony w jednostce wewnętrznej przez przepływające powietrze, które ogrzewa powietrze i skrapla gaz do ciepłej cieczy. Ciepła ciecz jest uwalniana od ciśnienia, gdy wchodzi do jednostki zewnętrznej, zamieniając się w chłodną ciecz i wznawiając cykl.

W skrócie o działaniu pomp ciepła

Pompy ciepła to wszechstronne, wydajne, odnawialne systemy chłodzenia i ogrzewania, bezobsługowe które potrafią zmienić przepływ czynnika chłodniczego i albo ogrzewać, albo chłodzić dom. Powietrze jest nawiewane na wężownicę parownika, przekazując energię cieplną z powietrza do czynnika chłodniczego. Ta energia cieplna krąży w czynniku chłodniczym do wężownicy skraplacza, gdzie jest uwalniana, gdy wentylator przedmuchuje powietrze przez wężownicę. Dzięki temu procesowi ciepło jest pompowane z jednego miejsca do drugiego.