Co to jest i jak działa pompa ciepła?

Komfort cieplny pomieszczeń, w których mieszkamy i pracujemy jest jednym z ważniejszych parametrów oceny poprawności działania instalacji grzewczej. W odróżnieniu od konwencjonalnych urządzeń grzewczych, pompy ciepła zaczynają dopiero zdobywać rynek instalacji grzewczych w Polsce. W pełni wykorzystują one energię zgromadzoną w środowisku naturalnym – w wodzie, gruncie lub powietrzu. W tym artykule postaramy się przybliżyć temat, przedstawiając zasadność zastosowania tych urządzeń w instalacjach grzewczych.

Jak działa pompa ciepła?

Działanie pomp ciepła oparte jest na prostym i dobrze znanym mechanizmie parowania i skraplania czynnika chłodniczego w odpowiednim cyklu przemian termodynamicznych. Podstawową zasadą działania pompy ciepła jest pochłanianie ciepła z dolnego źródła (wody, gruntu lub powietrza) przez odparowanie przy stosunkowo niskiej temperaturze i jego oddawanie w górnym źródle ciepła (ogrzewanie podłogowe, grzejniki i zbiorniki c.w.u.) na wyższym poziomie termicznym w wyniku skroplenia. W tym procesie wykorzystuje się dodatkowo zasilanie, najczęściej w postaci energii elektrycznej.

Obrazowy schemat działania przedstawia poniższy rysunek:

Źródło: instsani.pl

Sprawność i żywotność pompy ciepła

O sukcesie instalowania tych urządzeń w naszych domach decydują przede wszystkim wydajność energetyczna, niskie koszty eksploatacji i nieskomplikowana obsługa. Nie bez znaczenia jest także żywotność pomp ciepła, którą producenci określają na 20-30 lat.

Podstawowym parametrem pracy jest współczynnik wydajności COP. Określa on ilość dostarczonego ciepła instalacji grzewczej do ilości energii elektrycznej zużytej w trakcie danego punktu pracy. Im wyższy współczynnik COP tym pompa jest tańsza w eksploatacji, ponieważ zużywa mniej energii do wytworzenia danej ilości ciepła. Jeszcze dokładniej pokazuje sprawność pompy ciepła sezonowy współczynnik wydajności SCOP, który odnosi się do całego sezonu grzewczego. Jest to stosunek energii cieplnej potrzebnej do ogrzania budynku w trakcie sezonu do zużytej energii elektrycznej przez pompę w tym sezonie. Oczywiście im wyższy parametr SCOP tym większa oszczędność energii elektrycznej potrzebnej do pracy pompy ciepła.

Równie ważnym czynnikiem wpływającym na wydajność i żywotność pompy ciepła jest różnica temperatur dolnego i górnego źródła ciepła. Im ta różnica jest mniejsza tym współczynnik wydajności COP wzrasta i praca pompy przebiega na mniejszych obrotach. Jednym ze sposobów zmniejszenia tej różnicy jest zastąpienie ogrzewania grzejnikowego (temperatura zasilania 50-60^oC) ogrzewaniem płaszczyznowym – podłogowym lub ściennym (temperatura zasilania ok. 35^oC).

Przyjmuje się, że 1 kWh energii elektrycznej zamieniana jest w pompie ciepła na 4 kWh energii cieplnej w instalacji grzewczej, a może być jeszcze większy.

Rodzaje pomp ciepła

Głównym kryterium podziału pomp ciepła wynika ze sposobu podnoszenia ciśnienia i temperatury czynnika roboczego (chłodniczego) oraz rodzaju dolnego źródła ciepła. Pierwsze kryterium wyróżnia sprężarkowe (zasilane energią elektryczną) i sorpcyjne pompy ciepła (zasilane gazem).

Ze względu na fakt, że pompy sprężarkowe mają zastosowanie w indywidualnym ogrzewaniu budynków, a sorpcyjne (większej mocy) do wspomagania ogrzewania systemowego, w tym artykule interesują nas te pierwsze.

Uwzględniając kryterium rodzaju dolnego źródła ciepła, sprężarkowe pompy ciepła dzielimy na:

• powietrze/powietrze (pobieramy energię z powietrza i oddajemy do ogrzewania nadmuchowego),
• powietrze/woda (pobieramy energię z powietrza i oddajemy do zbiornika c.o. i c.w.u.),
• woda/woda (odbieramy energię z wód głębinowych i oddajemy do zbiornika c.o. i c.w.u.),
• solanka/woda (odbieramy energię z gruntu poprzez kolektor gruntowy poziomy lub pionowy i oddajemy do zbiornika c.o. i c.w.u.).

Perspektywy rozwoju

Jeśli zastanawiamy się nad wyborem sposobu ogrzewania domu, to czy warto wybrać pompę ciepła? Oczywiście. Ich nieustanny rozwój stawia te instalacje grzewcze w czołówce sensowności zastosowań w budownictwie jednorodzinnym. Jest to instalacja ekologiczna, praktycznie bezobsługowa i bezpieczna w użytkowaniu. Dodatkowo latem może służyć jako pewien rodzaj klimatyzacji, który chłodzi nasz dom w upalne dni. Jeżeli jeszcze do zasilania pompy ciepła zaprzęgniemy panele fotowoltaiczne lub przydomowe turbiny wiatrowe, może się okazać, że ogrzewanie domu jest praktycznie darmowe. W przeciągu lat konstrukcje pomp ciepła są coraz lepsze, wydajniejsze, pracujące przy niższych temperaturach i coraz mniej awaryjne.

Czy jest w tej beczce miodu jakaś gorycz? Koszt, jeszcze znaczny (od 30 do 100 tysięcy złotych). Jednak w ogólnym bilansie finansowym budowy nowego domu - do udźwignięcia. Zalety instalacji z pompą ciepła przemawiają na korzyść jej zastosowania i cieszenia się komfortem użytkowania.