Jak działa pompa ciepła i z czego się składa

Jak działa pompa ciepła i z czego się składa

Działanie pompy ciepła opiera się na dwóch zjawiskach fizycznych. Po pierwsze, podczas parowania substancja pochłania ciepło, a podczas skraplania — oddaje je. Po drugie, temperatura parowania substancji rośnie wraz ze wzrostem ciśnienia.

Aby zrozumieć, w jaki sposób pompa ciepła przekazuje energię do systemu ogrzewania domu, warto przeanalizować jej główne obiegi i elementy: obieg zewnętrzny, parownik, sprężarkę, skraplacz oraz zawór rozprężny.

Z jakich obiegów składa się system pompy ciepła?

System pompy ciepła składa się z obiegu zewnętrznego, który pobiera ciepło z otoczenia, oraz obiegu wewnętrznego, który przekazuje tę energię do instalacji grzewczej budynku.

• Obieg zewnętrzny: przekazuje ciepło z gruntu, wody lub powietrza do niezamarzającej cieczy — solanki. Zazwyczaj składa się z rurociągu oraz pompy obiegowej.
• Obieg wewnętrzny: przenosi uzyskaną energię cieplną do instalacji ogrzewania, systemu ciepłej wody użytkowej lub innego odbiornika ciepła w domu.

Jak działa pompa ciepła?

Pompa ciepła pracuje w zamkniętym cyklu: solanka pobiera niskotemperaturowe ciepło z otoczenia, czynnik chłodniczy pochłania je w parowniku, sprężarka podnosi jego temperaturę, a skraplacz przekazuje energię do instalacji grzewczej.

• Przepływając przez rury obiegu zewnętrznego, niezamarzająca mieszanina — solanka — ogrzewa się zwykle do około 1–10 °C.
• W parowniku solanka przekazuje zebraną energię cieplną do wewnętrznego obiegu czynnika chłodniczego.
• Czynnik chłodniczy ma niską temperaturę wrzenia, dlatego w parowniku pochłania ciepło od solanki i przechodzi ze stanu ciekłego w gazowy.
• Gazowy czynnik chłodniczy trafia do sprężarki. Tam zostaje sprężony, jego ciśnienie rośnie, a wraz z ciśnieniem wzrasta także temperatura.
• Gorący czynnik chłodniczy trafia do skraplacza, gdzie oddaje ciepło instalacji grzewczej. Następnie ochładza się i ponownie przechodzi w stan ciekły.
• Zawór rozprężny obniża ciśnienie czynnika chłodniczego przed jego powrotem do parownika. Po tym cykl zaczyna się od nowa.

Jaką rolę pełni sprężarka?

Sprężarka jest jednym z kluczowych elementów pompy ciepła. Spręża gazowy czynnik chłodniczy, podnosi jego ciśnienie i temperaturę, dzięki czemu możliwe jest przekazanie ciepła do systemu ogrzewania domu.

To właśnie praca sprężarki oraz pomp obiegowych odpowiada za główną część zużycia energii elektrycznej. Jednocześnie znaczna część ciepła dostarczanego do budynku pochodzi nie z sieci elektrycznej, lecz z otoczenia.

Co oznacza COP pompy ciepła?

COP, czyli współczynnik efektywności pompy ciepła, pokazuje, jak wydajnie pracuje system. Określa stosunek ilości zużytej energii elektrycznej do ilości energii cieplnej przekazanej do instalacji grzewczej.

Jeśli COP wynosi 3, oznacza to, że z każdego 1 kW zużytej energii elektrycznej pompa ciepła może dostarczyć około 3 kW energii cieplnej. W korzystnych warunkach wartość ta może być wyższa i osiągać 4–5 lub więcej.

Na COP wpływa temperatura źródła ciepła, temperatura w instalacji grzewczej, tryb pracy sprężarki, jakość montażu oraz prawidłowy dobór urządzenia. Im mniejsza różnica temperatur między źródłem ciepła a systemem ogrzewania, tym efektywniej działa pompa ciepła.

Dlaczego pompa ciepła jest ekonomicznym sposobem ogrzewania?

Pompa ciepła jest ekonomiczna, ponieważ energia elektryczna jest wykorzystywana głównie do pracy sprężarki i pomp, a zasadnicza część ciepła pochodzi z gruntu, wody lub powietrza. Dzięki temu system może dostarczać więcej energii cieplnej, niż zużywa energii elektrycznej.

W porównaniu z wieloma tradycyjnymi źródłami ciepła pompa ciepła może zapewnić niższe koszty eksploatacyjne, szczególnie w dobrze ocieplonym domu z niskotemperaturowym systemem ogrzewania, na przykład ogrzewaniem podłogowym.

Efektywność pompy ciepła zależy nie tylko od samego urządzenia, lecz także od strat ciepła budynku, temperatury pracy instalacji grzewczej, źródła ciepła oraz prawidłowego zaprojektowania całego systemu.

Wniosek

Pompa ciepła to system, który przenosi ciepło z otoczenia do budynku za pomocą obiegu zewnętrznego, parownika, sprężarki, skraplacza i zaworu rozprężnego. Jej efektywność zależy nie tylko od urządzenia, ale także od poprawnych obliczeń, montażu i warunków eksploatacji.

Przeczytaj także inne artykuły o pompach ciepła.