Eksperci o pompach ciepła

Jak działa pompa ciepła?

Pompa ciepła wykorzystuje darmową energię ze środowiska naturalnego. Ciepło słoneczne zakumulowane w gruncie, wodzie gruntowej lub powietrzu atmosferycznym (określane jako dolne źródła ciepła), za pomocą energii elektrycznej przekształca w komfortowe ciepło grzewcze.

A dokładniej – w parowniku, energia środowiska naturalnego przekazywana jest czynnikowi roboczemu krążącemu w pompie ciepła. Jako czynniki robocze stosowane są zazwyczaj: R407C, R410A, R404A i R134A – nie zawierają halogenów, są nietoksyczne, biologicznie degradowalne i niepalne. Czynnik roboczy o niskiej temperaturze wrzenia (nawet poniżej 0°C) ulega odparowaniu, a tym samym odbiera pewną ilość ciepła ze środowiska naturalnego.

Następnie, odparowany czynnik roboczy zasysany jest przez sprężarkę, gdzie jest sprężany – wzrasta jego ciśnienie i temperatura. Para czynnika o podwyższonym ciśnieniu i temperaturze kierowana jest do skraplacza, gdzie ulega skropleniu i przekazuje ciepło wodzie grzewczej zasilającej instalację centralnego ogrzewania budynku (górne źródło ciepła).

W pompach ciepła jako parownik (oprócz pompy wykorzystującej powietrze jako źródło ciepła) i skraplacz stosuje się głównie płytowe wymienniki ciepła ze stali szlachetnej. Po oddaniu ciepła w skraplaczu, czynnik roboczy przepływa przez zawór rozprężny, gdzie powraca do parametrów wyjściowych, tj. niskiego ciśnienia i temperatury. Ponownie ulega odparowaniu w parowniku i cykl się powtarza.

Można powiedzieć, że pompa ciepła transportuje ciepło z dolnego źródła ciepła do górnego. Przy czym pobiera również energię elektryczną potrzebną do napędu sprężarki. Energia przekazana wodzie grzewczej jest więc sumą ciepła pobranego w parowniku (ciepło ze środowiska) i energii elektrycznej pobieranej do napędu sprężarki.

Nowoczesne pompy ciepła pobierają mniej więcej trzy czwarte ciepła potrzebnego do ogrzewania budynku ze środowiska naturalnego, a pozostała jedna czwarta pobierana jest jako energia elektryczna do napędu sprężarek.

Na co należy zwrócić uwagę, wybierając pompę ciepła?

Przy wyborze pompy ciepła istotnych jest wiele różnych czynników. Koszty energii, dostępna powierzchnia zabudowy, ekologia, kwestie finansowe – to tylko niektóre z nich. Należy też uwzględnić takie elementy, jak np. wydajność, moc grzewcza, parametry instalacji grzewczej, czy wreszcie sposób pozyskiwania ciepła.

Ważne jest dobranie, stosownie do wymagań, źródła dolnego o właściwych parametrach oraz zaprojektowanie instalacji centralnego ogrzewania. Wybór odpowiedniej pompy ciepła należy powierzyć projektantowi lub doświadczonemu instalatorowi.

Wydajność. Pompa ciepła powinna pracować oszczędnie, to znaczy – przy możliwie najmniejszym zużyciu prądu wytwarzać jak najwięcej ciepła. W charakterystyce produktu firmy podają tzw. wartość COP jako miarę efektywności energetycznej. Nowoczesne urządzenia, np. serie pomp gruntowych TM i TE Junkersa, otrzymują w optymalnych warunkach bardzo wysoką wartość COP, która wynosi nawet 5,0.

Oznacza to, że dzięki wkładowi jednego kilowata energii elektrycznej, uzyskujemy użytek energii cieplnej w wysokości 5 kilowatów – z tego 4 kilowaty są za darmo.

Moc grzewcza. Ważne jest precyzyjne zaplanowanie instalacji. Pompę ciepła dla domów jednorodzinnych dobiera się zazwyczaj na około 80% wynikającego z obliczeń zapotrzebowania na ciepło. Pozostałe 20% mocy grzewczej jest wykorzystywane tylko przez kilka dni w roku, w czasie największych mrozów. Pokrycie tego deficytu zapewnia w pełni zamontowany w pompie dogrzewacz elektryczny.

Źródło dolne. Ciepło ziemi można wykorzystać w różnorodny sposób. Rozróżnia się źródła ciepła, które wykorzystują powierzchniową energię cieplną oraz takie, które wykorzystują ciepło geotermiczne. Wybór źródła dolnego zależy od uwarunkowań geologicznych oraz powierzchni działki.

Na rynku dostępne są pompy ciepła zintegrowane z zasobnikiem wody użytkowej, tzw. urządzenia modułowe, a także pompy z dodatkowo dołączanym z zasobnikiem wody, tzw. urządzenia kompaktowe. Z powodu ograniczonej pojemności zasobnika, urządzenia modułowe (np. gruntowa pompa ciepła typu TM Junkersa) są przeznaczone dla małych gospodarstw domowych (do trzech osób).

Dla większych gospodarstw oraz w celu zapewnienia większego komfortu dostawy ciepłej wody, polecane są urządzenia kompaktowe z osobnym zasobnikiem.

Jakie źródła można wykorzystać do zasilania pompy ciepła?

Zastosowanie pompy ciepła jest uwarunkowane możliwością pozyskania energii cieplnej z tzw. dolnego źródła ciepła, które musi spełniać następujące warunki:    

• mieć możliwie stałą temperaturę w roku,    
• temperatura źródła powinna umożliwiać ekonomiczny odzysk ciepła,    
• mieć dużą akumulacyjność ciepła,    
• możliwość odbudowy potencjału energetycznego w odpowiednim czasie,    
• niskie koszty poboru ciepła,    
• powinno funkcjonować sprawnie przez założony okres eksploatacji,    
• możliwie jak najniższe koszty budowy.

Grunt jest najpopularniejszym dolnym źródłem ciepła stosowanym w Polsce. Wynika to z jego dostępności oraz wydajności, która pozwala zdecydowanie obniżyć koszty eksploatacyjne w porównaniu z konwencjonalnymi źródłami ciepła. Najprostszą formą pozyskiwania ciepła z gruntu jest kolektor poziomy. Droższym rozwiązaniem jest kolektor pionowy, którego głębokość wynosi przeważnie od 50 do 160 m.

Woda jest bardzo dobrym i tanim nośnikiem ciepła. Aby użyć wody gruntowej jako dolnego źródła ciepła, muszą być spełnione następujące warunki:

•     wydajność eksploatacyjna ujęcia musi wynosić min. 0,21 m³/h na 1 kW wydajności ziębniczej pompy ciepła,
•     musi być zapewniony efektywny zrzut wody,
•     temperatura wody w całym okresie eksploatacji nie może być niższa niż 6°C,
•     woda nie może być nadmiernie zanieczyszczona.

Powietrze zewnętrzne nie jest korzystnym źródłem ciepła ze względu na duże wahania temperatury w ciągu roku. Spadek temperatury powietrza zewnętrznego powoduje jednocześnie spadek wydajności grzewczej pompy ciepła, a jest to równoznaczne ze zwiększonym zapotrzebowaniem ogrzewanego budynku na ciepło. Wykorzystanie powietrza zewnętrznego nie jest zalecane ze względu na wysokie koszty eksploatacji pompy ciepła.

Jakie są najważniejsze zalety pompy ciepła?

Pompa ciepła jest jednym z ostatnich osiągnięć techniki grzewczej. Jej rozwój jest odpowiedzią na potrzeby naszych czasów – konieczność ochrony środowiska naturalnego, podniesienie sprawności urządzeń i potrzeba poszukiwania nowych źródeł energii do ogrzewania. Dlatego też najważniejsze zalety pomp ciepła są zbieżne z potrzebami, które legły u ich powstania.

Jedna z nich to niskie koszty eksploatacji. Dzięki temu, że z jednego kilowata nowoczesne pompy potrafią „oddać” do czterech, a nawet więcej kilowatów ciepła, uzyskujemy czterokrotne zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych w porównaniu z kosztami ogrzewania energią elektryczną. Również w porównaniu z innymi paliwami, jak np. olejem opałowym, gazem płynnym, ogrzewanie pompą ciepła jest zdecydowanie tańsze, a w porównaniu z gazem ziemnym koszty są na porównywalnym poziomie. 

Druga zaleta jest istotna nie tylko dla użytkownika, ale również dla jego sąsiadów. Pompy ciepła są jednymi z najbardziej ekologicznych źródeł energii cieplnej. Przede wszystkim dlatego, że opierają się na wykorzystaniu odnawialnych i praktycznie niewyczerpalnych zasobów energii zawartej w otaczającym nas powietrzu, w wodach powierzchniowych i głębinowych czy w gruncie. 

Praca pomp ciepła powoduje niską emisję CO2 do atmosfery, (nie potrzebują kominów), a dzięki zastosowaniu nowoczesnych czynników chłodniczych nie powodują też niszczenia warstwy ozonowej.

Pompy ciepła dają użytkownikowi również inne korzyści:

•     bezpieczeństwo użytkowania (nie występują łatwopalne lub wybuchowe paliwa),
•     brak konieczności wydzielania specjalnych pomieszczeń (składów paliwa czy kotłowni),
•     brak konieczności dostaw sieciowych innych niż energia elektryczna (gazu czy ciepła z sieci miejskich),
•     wysoka estetyka wykonania urządzeń i instalacji (czyste i bezpyłowe),
•     dostępna opcja chłodzenia (bezkosztowo lub z niskimi kosztami instalacji),
•     możliwość regulacji wydatków i kontroli kosztów eksploatacji za pomocą tanich urządzeń.

Artykuł pochodzi z dwumiesięcznika "Ekspert Budowlany"

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!