Rodzaje pomp ciepła
Pompa ciepła to urządzenie, które transportuje energię cieplną ze źródła ciepła do tak zwanego rezerwuaru termicznego. Jest to element o bardzo dużej pojemności cieplnej – tak dużej, że pomimo dostarczania do niego ciepła, jego temperatura pozostaje, w przybliżeniu, stała . Pompy ciepła przenoszą energię cieplną w kierunku przeciwnym do spontanicznego mechanizmu transportu ciepła, pobierając ciepło z zimniejszego materiału i przekazując je do cieplejszego.
Jak działa pompa ciepła
Pompa ciepła wykorzystuje energię zewnętrzną do realizacji pracy polegającej na przenoszeniu – „pompowaniu” – energii z jakiegoś źródła ciepła do radiatora. Urządzenia te pozwalają na transport ciepła nawet z obiektów zimniejszych do cieplejszych, dzięki czemu możliwe jest ich wykorzystanie do ogrzewania.
Najpopularniejsza konstrukcja pompy ciepła obejmuje cztery główne elementy – skraplacz, zawór rozprężny, parownik i sprężarkę. W zasadzie mechanicznie przypominają one lodówkę, ale „wywróconą na lewą stronę” i działającą, w związku z tym, odwrotnie niż ona . W lodówce ciepło jest transportowane z wnętrza lodówki na jej tylną powierzchnię – im jest ona lepiej wentylowana, tym lodówka lepiej pracuje. Tak samo jest w przypadku pompy ciepła – im mniejsza jest różnica temperatur pomiędzy ogrzewanym materiałem, a źródłem ciepła – tym lepiej.
Pompy ciepła wykorzystują właściwości fizyczne łatwo parującego i skraplającego się płynu do transportu ciepła, tak zwany „czynnik”. Pompa ciepła spręża ten płyn, aby był cieplejszy po stronie, która ma być ogrzewana, i rozpręża ciśnienie po stronie, gdzie ciepło jest pochłaniane. Ciecz ta w stanie gazowym jest sprężana i przepuszczana przez układ za pomocą sprężarki. Po stronie tłocznej sprężarki gorąca i znajdująca się pod wysokim ciśnieniem para jest schładzana w wymienniku ciepła, zwanym skraplaczem, aż do skroplenia w ciecz o wysokim ciśnieniu i umiarkowanej temperaturze. Następnie skroplony czynnik chłodniczy przechodzi przez urządzenie obniżające ciśnienie (zawór rozprężny). Ciekły czynnik chłodniczy pod niskim ciśnieniem dostaje się następnie do drugiego wymiennika ciepła – parownika – w którym płyn pochłania ciepło i wrze. Następnie czynnik chłodniczy powraca do sprężarki i cykl jest powtarzany .
Rodzaje pomp ciepła
Pompy ciepła są znacznie bardziej energooszczędne niż zwykłe elektryczne grzejniki oporowe. Grzejnik taki, pobierając 1 kW mocy z gniazdka, odda niemalże tyle samo w postaci ciepła. Pompa ciepłą z kolei odda znacznie więcej ciepła – dla takiego samego poboru energii elektrycznej oddać może nawet 4000 W ciepła . Ich sprawność zaczyna spadać wraz ze wzrostem różnicy temperatur między źródłem ciepła a miejscem ogrzewanym . Utrata wydajności spowodowana wahaniami temperatury otoczenia jest czynnikiem powodującym, że różne rodzaje pomp ciepła charakteryzują się różną wydajnością i charakterem stosowania. W zależności od źródła pompowanego ciepła wyróżnia się następujące rodzaje instalacji:
- Powietrzne pompy ciepłą
- Gruntowe pompy ciepłą
- Wodne pompy ciepłą
Wodna pompa ciepła
Jak sama nazwa wskazuje, ten rodzaj pompy, jako źródło ciepła wykorzystuje wodę. Na ogół są to zbiorniki wodne, takie jak jeziora czy niezamarzające rzeki. Wymienniki ciepła zatapia się na pewnej głębokości, gdzie przez większość roku panuje stała temperatura, na ogół niespadająca nigdy poniżej zera.
Wodne pompy ciepła są rzadko stosowanym rozwiązaniem, z uwago ma skomplikowanie rozwiania oraz konieczność bezpośredniego dostępu do wody, najlepiej w postaci relatywnie głębokiego jeziora. Z uwagi na to, oraz relatywnie wysoki koszt realizacji takiej instalacji, pompy wodne ustępują swojej popularności powietrznym pompom ciepła jak i pompom gruntowym.
Pompa ciepła powietrzna
Pompy ciepła powietrze-powietrze, które pobierają ciepło z powietrza otaczającego dom i przekazują je do powietrza wewnętrznego. Jest to najpowszechniejszy i zarazem najtańszy rodzaj pomp ciepła powszechnie znany jako klimatyzator typu split.
Powietrzne pompy ciepła do ogrzewania wody także są stosowane – są podobne do pomp ciepła powietrze-powietrze, ale przekazują pobrane ciepło do obiegu grzewczego wody. Pompy ciepła powietrze-ciecz doskonale współpracują z niskotemperaturowym ogrzewaniem podłogowym. Jest to najbardziej wydajne i energooszczędne rozwiązanie. Pompa ciepła powietrze-ciecz może również służyć do grzania wody użytkowej zastępując w ten sposób tradycyjny bojler lub ogrzewacz przepływowy.
Pompa ciepła gruntowa
Gruntowe pompy ciepła, zwane również pompami geotermalnymi, mają zazwyczaj wyższą wydajność niż inne rodzaje pomp ciepła. Dzieje się tak, ponieważ pobierają one ciepło z gruntu lub ewentualnie wód gruntowych, które mają – poniżej około 9 metrów – stosunkowo stałą temperaturę przez cały rok . Dzięki temu ich wydajność jest również niezmienna przez cały rok.
Wadą tych instalacji jest to, że gruntowa pompa ciepła jest droższa w instalacji ze względu na konieczność wiercenia głębokich otworów w celu pionowego umieszczenia rur wymiennika ciepła lub kopania rowów w celu poziomego jego ułożenia.
Podsumowanie
Mimo, że typowy koszt instalacji pompy ciepła jest wyższy niż w przypadku konwencjonalnego ogrzewania elektrycznego, tego rodzaju systemy pozwalają na długofalowe oszczędzanie prądu. Spośród wszystkich typów pomp ciepła najwyższą wydajnością charakteryzują się pompy gruntowe. Zmiany klimatu i coraz cieplejsze zimy sprawiają, że coraz popularniejsze są jednak powietrzne pompy ciepła które zapewniają wydajną prace przez większość zimy.
