Zasysanie pary

Sprężarkowa pompa ciepła działa identycznie jak klasyczne sprężarkowe urządzenia chłodnicze, czyli lodówki. Inny jest tylko sposób zagospodarowania uzyskiwanego ciepła i "zimna". (Czytelnik daruje mi to "zimno" - jak wiemy z termodynamiki każde ciało jest wyłącznie ciepłe). W pompie ciepła parownik służy do pozyskiwania, przy niskiej temperaturze, ciepła z dolnego źródła. W skraplaczu to samo ciepło oddawane jest, przy wyższej temperaturze, do ogrzewanego medium - "zładu" c.o.

"Transport ciepła" od niższej do wyższej temperatury realizowany jest w zamkniętym obiegu termodynamicznym, w którym krąży w sposób ciągły czynnik roboczy, będący "transporterem" energii cieplnej. Podlega on następującym po sobie przemianom termodynamicznym, stanowiącym zamknięty lewobieżny obieg termodynamiczny. Sprężarka pompy ciepła zasysa pary czynnika chłodniczego z parownika przy niskim ciśnieniu (od około 2 do 5 barów) i temperaturze (od około -5 do 5°C) i spręża do wysokiego ciśnienia (około 20 barów) i temperatury (około 95°C). Za sprężarką pary czynnika są przegrzane. Pary te są skraplane w skraplaczu, oddając ciepło przy temperaturze do około 60°C wodzie lub powietrzu wykorzystywanemu do grzania (temperatury i cienienia odpowiadają w przybliżeniu czynnikowi R 407C).

1. Przegrzane pary czynnika chłodniczego o wysokim ciśnieniu. 2. Skraplanie czynnika chłodniczego w wymienniku. 3. Dochłodzona ciecz czynnika chłodniczego o wysokim ciśnieniu. 4. Rozprężony czynnik chłodniczy o niskim ciśnieniu. 5. Odparowanie czynnika chłodniczego w parowniku. 6. Przegrzane pary czynnika chłodniczego o niskim ciśnieniu. 7. Powrót wody z instalacji grzewczej. 8. Podgrzewanie wody przez oddający ciepło skraplający się czynnik. 9. Zasilanie instalacji podgrzaną w pompie ciepła wodą. 10. "Ciepła" ciecz z obiegu dolnego źródła. 11. Chłodzenie cieczy poprzez odparowujący czynnik chłodniczy. 12. Schłodzona w pompie ciepła ciecz obiegu dolnego źródła.
Skroplone pary czynnika chłodniczego są dławione w zaworze rozprężnym do niskiego ciśnienia i temperatury panującej w parowniku. W parowniku ciecz czynnika chłodniczego odparowuje, przy czym ciepło potrzebne do parowania pobiera z obiegu dolnego źródła. "Pompowanie ciepła" odbywa się kosztem energii elektrycznej zużywanej przez sprężarkę. O efektywności "podnoszenia" ciepła (stosunek ilości energii cieplnej uzyskanej w skraplaczu pompy do ilości energii doprowadzonej do napędu sprężarki) decyduje różnica między temperaturami górnego i dolnego źródła, także sprawność sprężarki. Mniejsza różnica powyższych temperatur gwarantuje wyższą efektywność pracy pompy ciepła. Dlatego też pompa ciepła najefektywniej pracuje w układach grzewczych niskotemperaturowych (w których dla uzyskania temperatury komfortu w pomieszczeniach wystarczająca jest temperatura zasilania instalacji c.o. rzędu 30°C - 35°C, przy współpracy z dolnym źródłem ciepła o temperaturze nie niższej niż około 0°C. O efektywności pracy pompy ciepła mówi tzw. współczynnik efektywności (COP), określający stosunek energii cieplnej uzyskanej (Qk) do energii elektrycznej pobranej przez silnik sprężarki (Pe).

Pompa ciepła jest nowoczesnym, ekologicznym, tanim w eksploatacji i w pełni bezobsługowym urządzeniem, które samodzielnie może ogrzewać dom i zapewnić cwu. Co możemy zrobić, by pompa ciepła pracowała z możliwie największą sprawnością: Postarać się o dobrze skonstruowaną sprężarkę - o wysokiej sprawności; zastosować odpowiednie wymienniki - o wielkości tak dobranej, by spadek temperatury czynnika był ok. 4 K - 5 K i podobne "spiętrzenie" temperatur między wymiennikami: czyli do 5 K i "wzdłuż", i "w poprzek"; tak dobrać czynnik, by dla typowych warunków pracy pompy ciepła pracował on w zakresie przemiany fazowej - by nagrzewanie/chłodzenie czynnika powodowało prawie wyłącznie jego parowanie/skraplanie. Analizując podany schemat poglądowy pompy ciepła można dostrzec dwa ciekawe miejsca: - Czynnik opuszczając sprężarkę ma ok. 90°C, a w skraplaczu nagrzewana woda ma co najwyżej 60°C (to jest słuszne dla R 407C). Może dałoby się wykorzystać te "tracone" 30K. Należy zauważyć, że w tym zakresie temperatur gaz może oddać stosunkowo niewiele ciepła, ale są konstrukcje pomp ciepła zwane niezbyt fortunnie "trójmedialne", wykorzystujące to ciepło do dogrzania c.w.u., za cenę pewnego skomplikowania układu i pewnego zmniejszenia średniej sprawności pompy ciepła, można podgrzać nieco wyżej c.w.u. Robi się to za pomocą niedużego wymiennika pomocniczego umieszczonego przed skraplaczem.
- Ciecz opuszczająca skraplacz jest z pewnością o 4 K - 5 K cieplejsza od wlotu podgrzewanej wody i jeżeli pompa ciepła pracuje "na c.w.u.", to może mieć ok. 60°C. Tak wysoka temperatura i energia jest jej tam raczej zbędna, stąd pomysł, by "zewrzeć termicznie" rurociągi 3 i 6. Układ taki jest nazywany przeważnie ekonomizerem i używany w chłodnictwie do stabilizowania obiegów o wysokich temperaturach odbioru; zmniejsza on nieco straty rozprężania, stabilizuje pracę układu, powoduje poprawę sprawności o kilka procent, szczególnie dla wysokich temperatur odbioru ciepła (c.w.u.)
Autor: Bogdan Chmielecki Źródło: Magazyn Instalatora