Generalna zasada działania pomp ciepła
Wiele osób, które rozważają modernizację instalacji grzewczej zastanawia się, jak działa pompa ciepła. Na pierwszy rzut oka zasada, w oparciu o którą pracuje to urządzenie może wydawać się „kosmiczną” technologią. W rzeczywistości pompa ciepła pracuje w oparciu o podobną zasadę, wg której działa zwykła lodówka. Rzecz jasna przypadku urządzenia służącego do ogrzewania, obieg termodynamiczny został odwrócony.
Przede wszystkim należy pamiętać, że pompa ciepła nie wytwarza energii cieplnej, a pobiera je z dolnego źródła ciepła. Większość urządzeń na rynku to powietrzne pompy ciepła, które korzystają z energii cieplnej zgromadzonej w powietrzu atmosferycznym. Układ pompy ciepła składa się maksymalnie z trzech obiegów:
- obieg dolnego źródła ciepła – występuje w gruntowych pompach ciepła i jest wypełniony glikolem. Dzięki temu, że zamarza dopiero w temperaturze -15℃, świetnie sprawdza się do wypełniania sond sięgających nawet kilkuset metrów głębokości.
- obieg pompy ciepła – w zależności od producenta i rodzaju pompy, układ wypełnia się najczęściej czynnikiem R32 lub R410A.
- obieg górnego źródła ciepła – stanowi element łączący z instalacją hydrauliczną budynku. Ze względu na niskie ryzyko zamarznięcia, najczęściej jest wypełniony wodą.
Jak działa pompa ciepła powietrzna?
Zasada działania pompy ciepła typu powietrze woda
Pompa ciepła powietrze woda to jeden z dwóch głównych typów powietrznych pomp ciepła. Wyjaśniając, jak działa pompa ciepła tego typu, należy pamiętać że rolę dolnego źródła ciepła pełni powietrze atmosferyczne. Oczywiście energia cieplna jest dostarczana do pompy ciepła bezpośrednio za pomocą czynnika chłodniczego. W tym przypadku obiegu dolnego źródła ciepła nie wypełnia się glikolem.
Cykl pracy takiego urządzenie składa się z czterech głównych faz:
- Faza absorbowania ciepła z powietrza zgromadzonego w powietrzu – element, który wspomaga ten cykl to wentylator zamontowany w jednostce zewnętrznej.
- Etap przekazywania energii cieplnej z powietrza do czynnika chłodniczego – umożliwia ją parownik, który zmienia stanu skupienia czynnika z ciekłego na gazowy.
- Faza wykorzystania energii cieplnej – w ramach tego etapu czynnik chłodniczy w stanie gazowym jest przekazywany do sprężarki. W rezultacie podnosi się ciśnienie i temperatura gazu. Za pomocą skraplacza następuje kolejna zmiana stanu skupienia czynnika – tym razem z powrotem z gazowego na ciekły – i oddanie energii do wody.
- Etap powrotu czynnika chłodniczego do dolnego źródła ciepła – polega na rozprężeniu czynnika i zmianie jego stanu skupienia na gazowy. Dzięki temu może on znowu efektywnie absorbować ciepło.
Zasada działania pompy ciepła typu powietrze powietrze
Wyjaśniając, jak działa pompa ciepła powietrze powietrze należy w zasadzie odnieść się do różnic i podobieństw w stosunku do zasad funkcjonowania innych rodzajów urządzeń tego typu. Analogicznie do pomp pobierających ciepło z powietrza atmosferycznego, faza absorbowania i przekazywania ciepła przebiega przy udziale wentylatora i czynnika chłodniczego. W przeciwieństwie zaś do innych rodzajów pomp, pobrana energia cieplna nie jest oddawana do wody zgromadzonej w instalacji hydraulicznej. W tym przypadku ciepło trafia bezpośrednio w kierunku powietrza we wnętrzu budynku.
Zalety takiego rozwiązania to:
- uniknięcie strat ciepła wynikających z przekazywania energii z powietrza do wody, a następnie znowu do powietrza,
- niska bezwładność układu, pozwalająca na niemal natychmiastowe podniesienie temperatury w pomieszczeniu,
- brak konieczności posiadania instalacji hydraulicznej na potrzeby grzewcze,
- możliwość wykorzystywania pompy ciepła zarówno do ogrzewania pomieszczeń zimą, jak chłodzenia latem.
- kłopotliwa i kosztowna instalacja centralnego centralnego układu rozprowadzenia ciepła w istniejących budynkach,
- szybko obniżająca się temperatura pomieszczeń po wyłączeniu nadmuchu,
- konieczność zastosowania odrębnego źródła ciepła dla wody użytkowej.
Jak działa pompa ciepła gruntowa?
Ogólna zasada działania gruntowej pompy ciepła jest analogiczna do innych rodzajów pomp. Różnica w budowie i sposobie działa tego typu pompy tkwi w rodzaju dolnego źródła ciepła. W przypadku gruntowej pompy ciepła, rolę wymiennika pełni kolektor gruntowy pionowy lub poziomy. Poziomy odwiert może mieć głębokość nawet 200 metrów. W przypadku kolektora poziomego, jego instalacja przebiega na głębokości do 2 metrów, ale zajmuje on wtedy dość sporą powierzchnię działki.
- wysoka i stała sprawność energetyczna wynikająca ze stałej temperatury gruntu (szczególnie na dużej głębokości),
- brak hałasu generowanego przez jednostkę zewnętrzną, wynikający z braku agregatu,
- wyższa kwota dofinansowania do pompy ciepła gruntowej w stosunku do odmian powietrznych.
- wyższy koszt urządzenia w stosunku do odmian powietrznych pomp ciepła,
- bardzo wysoki koszt instalacji dolnego źródła ciepła, wynikający z konieczności wykonania specjalistycznego odwiertu,
- konieczność zagospodarowania dużej powierzchni działki w przypadku instalacji poziomego kolektora gruntowego.
Jak działa pompa ciepła do basenu?
Przy określaniu, jak działa pompa ciepła do basenu można odwołać się do zasady działania zwykłej pompy powietrze woda. Zasada działania tych urządzeń jest wszak dokładnie taka sama. W przeciwieństwie do pompy ciepła służącej do ogrzewania budynku, basenowa pompa ciepła podgrzewa bezpośrednio wodę przeznaczoną do kąpieli.
Należy pamiętać, że im mniejsza różnica pomiędzy temperaturą dolnego i górnego źródła ciepła, tym większa sprawność pompy ciepła. Dzięki temu, że temperatura wody w basenie, która gwarantuje komfort jej użytkowania to już ok. 25 – 26 stopni, sprawność urządzenia może być spora. Ze względu na dużą objętość wody w basenie, podgrzanie jej do temperatury użytkowej trwa nawet 3 – 4 dni. Utrzymanie zadanej temperatury wymaga utrzymywania pracy pompy ciepła przez okres całego sezonu.
Zalety ogrzewania basenu za pomocą pompy ciepła zamiast innych alternatywnych źródeł:
- zdecydowanie niższy koszt eksploatacji (szczególnie w stosunku do ogrzewania elektrycznego),
- bezobsługowość rozwiązania – basenowa pompa ciepła sama dostosowuje swój cykl pracy do zadanej temperatury wody,
- łatwość montażu urządzenia na początku sezonu i demontażu po jego zakończeniu.
Od czego zależy efektywność energetyczna pompy ciepła?
Efektywność energetyczna to popularny wątek omawiany podczas wyjaśniania jak działa pompa ciepła. Od poziomu sprawności urządzenia zależy wszak zużycie energii elektrycznej. Efektywność energetyczna pomp ciepła jest mierzona za pomocą dwóch wskaźników:
- COP (Coefficient Of Performance) – wskaźnik wyznaczający stosunek wyprodukowanej energii cieplnej do pobranej energii elektrycznej. Parametr ma stałą wartość dla danego urządzenia pracującego w określonych warunkach temperaturowych. Im niższa różnica pomiędzy temperaturą kolektora zewnętrznego, a temperaturą wody tym większy COP.
- SCOP (Seasonal Coefficient Of Performance) – wskaźnik pokrewny do COP, ale stosunek wytworzonej energii cieplnej do pobranej energii elektrycznej został tu wyrażony w ujęciu sezonowym. Dzięki temu wskaźnik można użyć do obliczenia rocznego zużycia prądu i sezonowego kosztu eksploatacji urządzenia.
Pompy ciepła sprawdzają się szczególnie dobrze we współpracy z niskotemperaturowymi instalacjami hydraulicznymi, opartymi na ogrzewaniu podłogowym. Dzięki takiemu rozwiązaniu ogrzewanie działa efektywnie już w temperaturze 30 – 35 stopni. W rezultacie różnica pomiędzy dolnym a górnym źródłem ciepła jest dużo mniejsza, niż w przypadku zwykłych instalacji grzejnikowych.
Współpraca pompy ciepła z fotowoltaiką
Wiele osób rozważających instalację nowoczesnego tego nowoczesnego źródła ogrzewania zastanawia się, jak działa pompa ciepła z fotowoltaiką. Otóż duet złożony z tych dwóch urządzeń powoduje, że koszty ogrzewania domu mogą spać nawet do zera.
Jak wspomniano na początku, pompa ciepła to nie urządzenie, które produkuje energię cieplną w wyniku spalania paliwa, jak np. węgla czy gazu. Pompa ciepła przenosi z jednego nośnika do drugiego, wykorzystując przy tym energię elektryczną. Przyjmuje się, że urządzenie przeznaczone do domu 180 m2 zużywa przeciętnie od 2500 do 3000 kWh energii elektrycznej podczas sezonu. W przypadku domu o powierzchni 120 m2, zużycie może oscylować w granicach 1500 – 2000 kWh. Rzecz jasna dotyczy to budynków nowoczesnych, wybudowanych wg najnowszych standardów energetycznych.
Energia wyprodukowana przez instalację fotowoltaiczną zostanie częściowo zbilansowana z energią pobieraną z sieci. Poza tym wiele producentów modeli urządzeń, jak np. Viessmann, wyposażyło swoje produkty w funkcję współpracy z fotowoltaiką. Dzięki temu zestaw ma możliwość zwiększania poziomu energii produkowanej przez panele słoneczne i konsumowanej na bieżąco przez pompę. W rezultacie mniejsza część prądu jest przesyłana do sieci dystrybucyjnej, co jest bardziej opłacalne dla użytkownika.
Najczęściej zadawane pytania
Pompa ciepła to urządzenie, które umożliwia ogrzewanie domu za pomocą energii odnawialnej. Jako dolne źródło ciepła wykorzystuje się najczęściej powietrze atmosferyczne lub grunt. Sprawność energetyczna urządzeń tego typu jest bardzo duża i dochodzi do poziomów nawet 400 - 500%.
Aby poprawnie dobrać moc pompy ciepła do wielkości budynku, należy posłużyć się jego zapotrzebowaniem na ciepło. Można go znaleźć m.in. w charakterystyce energetycznej dołączonej do projektu budowlanego. Po pomnożeniu wartości wskaźnika Ep przez powierzchnię domu w m2, uzyskasz informację o potrzebnej mocy urządzenia.
Pompa ciepła wraz z instalacją może kosztować od 25 000 nawet do ponad 100 000 zł. Ostateczna cena zależy m.in. od rodzaju dolnego źródła ciepła i wybranego producenta sprzętu. Inwestycja będzie droższa w przypadku pomp gruntowych, bo poza instalacją samego urządzenia potrzebne będzie też wykonanie odwiertów pod sondy gruntowe.
Większość nowoczesnych pomp ciepła działa nawet w temperaturach dochodzących do -25°C. Należy pamiętać, że urządzenie będzie działać również poniżej tej temperatury, ale do podgrzewania wody w układzie będą wykorzystywane grzałki elektryczne. To zaś spowoduje, że efektywność energetyczna urządzenia znacznie spadnie.
iga78
2022-11-11 at 18:46Dzięki. W końcu krótkie i rzeczowe wyjaśnienie działają te różne pompy ciepła.