Pompy ciepła

Pompy ciepła nie wytwarzają energii cieplnej, lecz pełnią rolę „wzmacniacza” energii pobranej z dolnego źródła powietrza, gruntu, lub wody. Do poprawnego działania pompy ciepła niezbędne jest źródło prądu elektrycznego, energia dolnego źródła oraz odbiór ciepła przez górne źródło. Pompa ciepła z COP 4,0 pobiera cztery razy mniej prądu niż grzałka elektryczna, dzięki temu że wykorzystuje energię dolnego źródła.

Ze względu na konstrukcję i zasadę działania pompy ciepła dzielimy na:

  • Sprężarkowe
  • Sorpcyjne (absorpcyjne, adsorpcyjne)
  • Termoelektryczne

Obecnie najbardziej popularne są sprężarkowe pompy ciepła.

Zasadę działania sprężarkowej pompy ciepła świetnie obrazuje film stworzony przez firmę Vaillant:

Pompy ciepła dzielimy ze względu na tzw. dolne źródło ciepła:

Powietrzne dzielimy ze względu na rodzaj przeznaczenia:

  • pompy ciepła służące do c.o.
    • monoblok – w tym przypadku cały układ chłodniczy pompy ciepła jest umieszczony w urządzeniu na zewnątrz budynku,
    • split – składa się z jednostki zewnętrznej oraz wewnętrznej połączony przewodami z czynnikiem chłodniczym.
  • pompy ciepła służące do przygotowania c.w.u.

Gruntowe pompy ciepła dzielimy ze względu na rodzaj wymiennika ciepła:

  • kolektor poziomy – rura PE rozłożona w ziemi na głębokości ok. 1,5m
  • kolektor pionowy – rura PE ułożona w odwiertach pionowych (sondy) na głębokość ok. 100m

oraz na rodzaj czynnika w gruntowym wymienniku:

  • pompy ciepła solanka/woda – ciepło z gruntu jest transportowane za pomocą glikolu lub solanki.
  •  pompy ciepła bezpośredniego parowania – w wymienniku gruntowym ciepło jest przekazywane bezpośrednio przez czynnik chłodniczy.

Różnice pomp ciepła powietrznych, a gruntowych:

  • Zakres działania – Powietrzne pompy ciepła działają obecnie już do -20 st. C (powyżej tej temp. załącza się drugie źródło ciepła np. grzałka elektryczna), natomiast gruntowe działają przez cały czas, ponieważ nie są podatne na wahania temp. zewnętrznej.
  • Sprawność – W przypadku pomp ciepła gruntowych ich sprawność COP będzie stała w stosunku do temp. zewnętrznych panujących na dworze. A to dlatego iż pobierają energię z głębi ziemi gdzie temperatury nie ulegają gwałtownym zmianą. W przypadku powietrznych pomp ciepła sprawność COP pompy spada wraz ze spadkiem temp. zewnętrznej. W większości powietrznych pomp ciepła poniżej -15 st C spada ich moc.
  •  Koszty – Gruntowe pompy ciepła są zdecydowanie droższe inwestycyjnie, ze względu na kosztowne prace gruntowe, pionowe odwierty lub wykop pod kolektor poziomy. Koszt wykonania odwiertu to na naszym terenie wynosi ok. 120zł/m2, w zależności oczywiście od wielkości domu i mocy pompy,  średnio ok. 24 000 zł. Ponadto trzeba wykonać kolektor gruntowy w studni lub wewnątrz budynku. W przypadku powietrznej pompy ciepła stawiamy jednostkę zewnętrzną, pamiętając o odpowiednim odprowadzeniu skroplin i hałasie generowanym przez pompę (odległość od granicy działki i jak najdalej od sypialni).
  • Wielkość działki – do wykonania gruntowego wymiennika ciepła potrzebujemy znacznie większej powierzchni działki, niż do ustawienia jednostki zewnętrznej powietrznej pompy ciepła. Dlatego też powietrzne pompy lepiej sprawdzą się na przykład w zabudowie szeregowej.
  • Ingerencja w otoczenie – Powietrzne pompy ciepła na pewno lepiej sprawdzą się przy modernizacji istniejących budynków, ponieważ do ich montażu nie musimy demolować otoczenia domu.
  • Dostępność energii – powietrzne pompy czerpią nieograniczoną energię z atmosfery, dlatego też energia z tego źródła nigdy się nie kończy. W przypadku gruntowych pomp ciepła istnieje ryzyko wymrożenia dolnego źródła i pod koniec sezonu grzewczego może nam brakować energii do ogrzania domu.

Zasada działania pompy ciepła (w uproszczeniu):

schemat pompy ciepła
Schemat działania pompy ciepła.

Energia cieplna z dolnego źródła 5 (może to być grunt, woda lub powietrze) jest pobierana przez parownik pompy ciepła 4 i oddawana przez skraplacz 2 do instalacji centralnego ogrzewania.

Istnieją dwa główne procesy zachodzące w pompie ciepła:
– skraplanie – stopniowe przechodzenie gazu,
w stan ciekły
– parowanie – stopniowe przechodzenie cieczy,
w stan gazowy.

W układzie chłodniczym pompy ciepła krąży czynnik chłodniczy, po ogrzaniu go przez dolne źródło ciepła 5 (grunt, wodę lub powietrze) ulega on odparowaniu w parowniku 4. Następnie trafia do sprężarki 1, która podnosząc ciśnienie czynnika równocześnie podnosi jego temperaturę. Po czym gorący czynnik chłodniczy trafia na skraplacz 2, oddając ciepło do instalacji czynnik ochładza się, tym samym spada jego ciśnienie i przechodzi w stan ciekły. Następnie trafia na zawór rozprężny 3, który obniża ciśnienie czynnika by ten mógł odparować w parowniku 4 i cały proces zaczyna się od początku.

 

Pompy ciepła czerpią energię ze źródła o niskiej temperaturze (-15°C do 10°C) i dostarczają ją do odbiornika, podgrzewając wodę do temperatury ok. 50°C. Im mniejsza jest różnica temperatur pomiędzy temperaturą zasilania obiegu grzewczego i temperaturą wejściową dolnego źródła ciepła, tym pompa pracuje z większą wydajnością. Czyli im niższa będzie wymagana temperatura zasilania c.o. tym pompa ciepła będzie miała lepszą sprawność. Dlatego też najlepszym odbiornikiem ciepła dostarczanego przez pompę ciepła, jest ogrzewanie niskotemperaturowe podłogowe, ścienne lub klima-konwektorowe.

Podstawową wartością służącą do porównania pomp ciepła jest współczynnik efektywności pompy ciepła COP (ang. coefficent of performance). Jest to stosunek uzyskanej energii ciepła, do energii elektrycznej zużytej przez pompę ciepła. Współczynniki efektywności COP pomp ciepła, ustalane są w oparciu o normę DIN PN-EN 14511 i mierzone w ustalonych punktach pracy (w zależności od rodzaju źródła pompy ciepła – powietrze: A, solanka: B) i temperatury zasilania instalacji grzewczej W.

pompa ciepła – powietrze/woda

A7°C /W35°C

A2°C /W35°C

A-7°C /W35°C

pompa ciepła – solanka/woda

B0°C/W35°C

Kolejny współczynnik to SCOP – jest to stosunek dostarczonego ciepła użytecznego, do zużycia energii elektrycznej, ale wykorzystanej przez całą instalację centralnego ogrzewania łącznie z pompami obiegowymi, grzałkami itp. – dla określonego przedziału czasu, np.: dla miesiąca, okresu grzewczego, całego roku, itp.

Więcej cech charakterystycznych gruntowych i powietrznych pomp ciepła w kolejnych artykułach:

Krótka historia pomp ciepła opowiedziana przez Polską Organizacje Rozwoju Technologii Pomp Ciepła PORT PC na łamach portalu Gramwzielone.pl sp. z o.o.

http://gramwzielone.pl/dom-energooszczedny/14029/wynalazek-einsteina-ogrzewa-domy-czyli-krotka-historia-pomp-ciepla

Zapytaj o pompę ciepła:

Zadzwoń: 507 440 577,

wyślij zapytanie e-mail: damian@instal-energia.pl

lub

odwiedź nas na Instal-energia

pompycieplaczest.pl – portal informacyjny o pompach ciepła.