Pomimo tego, że popularność pomp ciepła rośnie z roku na rok, wiele osób wciąż nie wie, jak funkcjonują te urządzenia. A ta niewiedza często jest źródłem mitów, które niejednego już wprowadziły w błąd. Dlatego poznaj zasadę działania powietrznej pompy ciepła, bo jest ona prostsza, niż Ci się wydaje.
Pompa ciepła znana jest od blisko 170 lat. Za jej ojca uważa się Petera von Rittingera, który w latach 1855 – 1857 zbudował i wykorzystywał pierwszą pompę ciepła do suszenia soli na austriackich bagnach. Późniejszy rozwój technologii oraz upowszechnienie się elektryczności oczywiście napędziły dalszy rozwój tych urządzeń, ale pierwotna zasada funkcjonowania pompy ciepła pozostała niezmienna. Już czas, abyś Ty też ją odkrył.
Elektryczne ogrzewanie domu pompą ciepła – czy to ma sens?
Pierwsze dwa wyrazy nagłówka tego akapitu to merytoryczny błąd. Popełniliśmy go z premedytacją po to, aby zobrazować w jaki sposób niektóre osoby postrzegają pompy ciepła. Uważają one, że urządzenia te zamieniają prąd w ciepło, a więc ich wydajność, czy też energooszczędność, zbliżona jest do innych, elektrycznych źródeł ciepła. Tymczasem prąd, który pobiera pompa, służy wyłącznie do transferu ciepła i zasilania pompy obiegowej c.o, a nie do ogrzewania (poza krótkimi okresami pracy grzałki w powietrznych pompach, o czym piszemy szerzej w dalszej części tego wpisu).
Dzięki temu wszystkie rodzaje pomp ciepła w każdych warunkach pracy mają dodatni współczynnik wydajności, czyli dostarczają więcej energii cieplnej, niż pobierają energii elektrycznej. Miarą sprawności tych urządzeń, jest parametr COP, częściej jednak wyrażany w ujęciu czasowym, czyli SCOP. Każda pompa ciepła ma zatem SCOP większy od jednego. Najwydajniejsze modele osiągają wartości ponad 6, co oznacza, że potrzebują zaledwie 1 kWh prądu, aby dostarczyć ponad 6 kWh ciepła. Właśnie dlatego ogrzewanie domu pompą ciepła ma dużo sensu.
Wspólna zasada działania wszystkich pomp ciepła. Poznaj ją.
Sprawność pompy ciepła w głównej mierze zależy od rodzaju dolnego źródła ciepła. Jednakże bez względu na to, czy urządzenie pobiera ciepło zmagazynowane w glebie, wodach gruntowych czy powietrzu atmosferycznym, działa na takiej samej zasadzie. Jego pracę podzielić można na trzy etapy:
Etap 1. Absorpcja ciepła z naturalnego źródła.
W pierwszym etapie pracy urządzenie pobiera ciepło z naturalnego, odnawialnego źródła. To możliwe dzięki specjalnym wymiennikom ciepła (pompy wodne i gruntowe) lub zassaniu powietrza z zewnątrz bezpośrednio do urządzenia. Warto już na początku podkreślić, że to właśnie korzystanie z darmowego przecież dolnego źródła ciepła czyni te urządzenia aż tak oszczędnymi. Bowiem już przy SCOP równym 3, za ponad ⅔ dostarczonej przez pompę energii cieplnej nie musisz nic płacić.
Etap 2. Transfer ciepła do instalacji grzewczej.
Ciepło z naturalnego źródła ogrzewa w tzw. parowniku czynnik roboczy, który krąży w zamkniętym obiegu pompy ciepła. Czynnik ten charakteryzuje się niską temperaturą wrzenia, dzięki czemu już w kilku stopniach Celsjusza zamienia się w gaz. Pamiętaj, że nawet zimą powietrze atmosferyczne zawiera dostatecznie dużo ciepła, aby czynnik roboczy zaczął parować.
Gaz, w który się zmienia, trafia do sprężarki, zwiększającej jego ciśnienie. W wyniku ściskania rośnie temperatura czynnika roboczego w postaci gazowej. Ogrzany gaz trafia do skraplacza, w którym oddaje ciepło, co powoduje jego powrót do stanu ciekłego.
Etap 3. Ogrzewanie pompą ciepła.
W skraplaczu dostarczona przez czynnik roboczy energia cieplna odbierana jest przez instalację grzewczą budynku. W zależności od jej budowy oraz aktualnego zapotrzebowania ciepło może trafić od razu do ogrzewania płaszczyznowego, czyli podłogówki albo grzejników, posłużyć do przygotowania ciepłej wody użytkowej lub zostać zmagazynowane w buforze.
Tymczasem w pompie schłodzony czynnik roboczy przechodzi przez zawór rozprężny, który redukuje jego ciśnienie. W stanie ciekłym ponownie trafia do prawnika, aby zacząć wrzeć pod wpływem temperatury pozyskanej z odnawialnego źródła ciepła.
Jak działa powietrzna pompa ciepła? Wydajność pompy, system grzewczy.
Powietrzne pompy ciepła występują w dwóch rodzajach: powietrze-woda oraz powietrze-powietrze. Urządzenia pierwszego typu są zdecydowanie bardziej popularne, nawet pomimo tego, że drugi rodzaj pomp umożliwia również schładzanie pomieszczeń. Omówimy zatem zasadę działania pompy ciepła powietrze-woda.
Urządzenia tego rodzaju montowane są w całości na zewnątrz budynków (monoblok) lub częściowo wewnątrz (split). W każdym przypadku powietrze atmosferyczne tłoczą do pompy wentylatory, zasilane energią elektryczną. Wewnątrz urządzenia ciepło przez parownik przekazywane jest do znanego już z poprzedniego akapitu czynnika roboczego. Dostarczy on je do wody, krążącej w instalacji grzewczej, a stamtąd energia cieplna zostanie rozprowadzona w budynku, zmagazynowana lub zużyta na potrzeby przygotowania c.w.u.
Pompy ciepła typu split i monoblok: różnice tylko w montażu?
Pompy ciepła typu monoblok i split to tak naprawdę takie same urządzenia, tylko inaczej zaprojektowane. Monolityczna konstrukcja, chociaż nieznacznie droższa, jest prostsza w montażu. Masywniejsze pompy typu monoblok generują mniej hałasu i są praktycznie bezobsługowe.
Tymczasem powietrzne pompy ciepła typu split składają się z dwóch elementów. W jednostce zewnętrznej znajduje się parownik, sprężarka oraz zawór rozprężny, a w jednostce wewnętrznej skraplacz. Między nimi krąży czynnik chłodniczy, co wymaga od instalatora wykonania bardzo szczelnego połączenia obu elementów. Co więcej, szczelność tego połączenia musi być regularnie kontrolowana przez osobę o stosownych uprawnieniach. Pomimo tego popularność powietrznych pomp ciepła wynika z powodu niższej ceny zakupu urządzeń.
Sprawdź te fakty przed wyborem pompy ciepła do ogrzewania domu.
Dla ogólnej wydajności ogrzewania domu za pomocą pompy kluczową kwestią jest odpowiedni dobór mocy urządzenia do zapotrzebowania energetycznego obiektu. Stąd właśnie klasyczne pytania typu “Jaka Powietrzna Pompa Ciepła Do Domu 150m2 ?”
Uśredniony współczynnik SCOP w przypadku gruntowych pomp ciepła może wynosić blisko 5, a dla pomp woda-woda sięgać nawet powyżej 6.5, podczas gdy modele powietrzne osiągają ok. 3.5. Ale za to montaż pompy ciepła powietrze-woda jest o wiele tańszy.
Duże kontrowersje budzi również znaczący spadek wydajności powietrznych pomp ciepła w okresach dużych mrozów, czyli akurat wtedy, kiedy zapotrzebowanie na ciepło jest najwyższe. Producenci tych urządzeń fabrycznie montują w nich grzałki elektryczne, które mają wspomagać pracę pompy w niekorzystnych warunkach zewnętrznych.
Przeciwnicy tych urządzeń wskazują, że po włączeniu grzałki efektywność pompy ciepła spada poniżej 1, ponieważ de facto energia elektryczna wykorzystywana jest bezpośrednio do wytwarzania ciepła. To prawda, ale faktem jest, że w prawidłowo zaprojektowanej i wykonanej instalacji grzewczej grzałka elektryczna w pompie ciepła nie zużyje więcej niż 3% energii elektrycznej pobranej przez urządzenie w ciągu całego roku.
