Pompy ciepła

Pompy ciepła są to urządzenia, które wykorzystują ciepło otoczenia budynku do jego ogrzewania.Heat pump  Powietrze, woda oraz grunt akumulują energię słoneczną w postaci ciepła. Niestety jest to ciepło o zbyt niskiej temperaturze, by można było je użyć bezpośrednio do ogrzewania. Dzięki pompom ciepła energia ta, normalnie bezużyteczna, może być wykorzystana do ogrzewania pomieszczeń oraz ciepłej wody użytkowej. Wymienione nośniki mogą stanowić dolne źródło ciepła dla pomp ciepła. Dolne źródło ciepła – źródło ciepła niskotemperaturowego (grunt, woda, powietrze), które może być wykorzystane przez pompy ciepła, niezależnie od rodzaju i stanu skupienia substancji, w której zakumulowane jest ciepło w środowisku naturalnym. Temperatura dolnego źródła ciepła nie musi być wysoka, aby mieć duży potencjał energetyczny. Nie może być jednak zbyt niska ani podlegać dużym wahaniom. Pompy ciepła mają najwyższą sprawność spośród dostępnych urządzeń grzewczych.

Zasada działania:

Zasada działania pompy ciepła jest podobna do działania lodówki. Lodówka odbiera ciepło od przechowywanych w niej produktów i poprzez umieszczony z tyłu obudowy radiator oddaje je do otoczenia. Pompa ciepła odbiera ciepło o niskiej temperaturze z otoczenia budynku, przemienia je w ciepło o wysokiej temperaturze i przekazuje je do instalacji c.o. Aby to jednak mogło nastąpić, konieczne jest dostarczenie energii napędowej (w postaci energii elektrycznej). W układzie tym występują trzy obiegi:

  • Obieg dolnego źródła ciepła
  • Obieg termodynamiczny
  • Obieg górnego źródła ciepła

Obieg dolnego źródła ciepła – ciepło odbierane jest z niskotemperaturowego źródła (np. gruntu) i przekazywane jestground-source heat pump diagram do parownika. Temperatura dolnego źródła ciepła i czynnika roboczego w pompie ciepła jest niższa niż temperatura wymagana przez system c.o.

Obieg termodynamiczny – w wyniku odbioru ciepła z dolnego źródła następuje zwiększenie temperatury czynnika roboczego w pompie ciepła (czynnika termodynamicznego), co powoduje jego parowanie. Ciśnienie pary czynnika termodynamicznego jest zwiększane przez sprężarkę pompy ciepła i w efekcie wzrasta jego temperatura (im bardziej zwiększa się ciśnienie czynnika termodynamicznego, typ bardzie wzrasta jego temperatura). W skraplaczu para czynnika termodynamicznego oddaje większość swojego ciepła wodzie grzewczej (woda, która krąży w instalacji c.o. i c.w.u.) i w wyniku ochłodzenia skrapla się. Następnie czynnik termodynamiczny (w postaci cieczy, ale jeszcze pod wysokim ciśnieniem) przepływa przez zawór rozprężny i w procesie rozprężania zostaje gwałtownie ochłodzony. Zimny czynnik termodynamiczny przepływa przez parownik i odbiera ciepło od dolnego źródła ciepła. W efekcie czynnik obiegu termodynamicznego odparowuje, para zasysana jest przez sprężarkę i cykl się powtarza.

Obieg górnego źródła ciepła – ciepło odbierane jest od gorącego czynnika roboczego obiegu termodynamicznego i rozprowadzane jest do odbiorników (instalacji c.o. i c.w.u.). Odbiór ciepła odbywa się w skraplaczu. Z jednej strony do skraplacza doprowadzany jest czynnik roboczy obiegu termodynamicznego a z drugiej strony woda grzewcza (woda, która krąży w instalacji c.o. i c.w.u.) – czynnik roboczy górnego źródła ciepła.

Pompy ciepła mogą wykorzystywać ciepło zakumulowane w powietrzu, zbiorniku wodnym lub gruncie. Woda i powietrze mogą być pobierane bezpośrednio ze środowiska naturalnego i dostarczane do parownika pompy ciepła. W przypadku pobierania ciepła z gruntu niezbędne jest zastosowanie kolektora gruntowego, w którym ogrzewana będzie solanka – czynnik roboczy dolnego źródła ciepła: niezamarzający roztwór glikolu propylenowego z wodą.

Ze względu na metody pozyskiwania ciepła z dolnego źródła oraz rodzaj czynnika roboczego w górnym źródle ciepła wyróżnia się trzy podstawowe typy pomp ciepła:

  • solanka/woda (S/W)
  • powietrze/woda (P/W)
  • woda/woda (W/W)