Jak działa pompa ciepła?

 

Na jakiej zasadzie działa pompa ciepła?

Niezależnie od typu urządzenia, wszystkie pompy ciepła działają według tej samej zasady fizycznej. Ich zadaniem jest pobranie energii cieplnej z otoczenia i przekazanie jej do instalacji grzewczej w budynku. Ogólna zasada działania pompy ciepła opiera się na prostych prawach termodynamiki.

Proces ten zachodzi dzięki obiegowi, w którym krąży czynnik chłodniczy w zamkniętym układzie urządzenia. W uproszczeniu składa się on z czterech podstawowych etapów:

1. Pobór ciepła z otoczenia. Czynnik chłodniczy w postaci zimnej, niskociśnieniowej cieczy (często z domieszką pary) przepływa przez parownik i pobiera energię cieplną z tzw. dolnego źródła ciepła (np. powietrza, gruntu lub wód gruntowych).
2. Sprężanie. Para czynnika chłodniczego z parownika trafia do sprężarki, gdzie zostaje sprężona. W wyniku pracy i zasilania sprężarki energią, znacząco rośnie jego temperatura.
3. Oddanie ciepła do instalacji grzewczej. Gorąca, sprężona para wpływa do skraplacza – specjalnego wymiennika ciepła połączonego z instalacją grzewczą budynku (np. podłogówką, grzejnikami, zasobnikiem CWU – ciepłej wody użytkowej). Na wyjściu ze skraplacza czynnik chłodniczy ma postać ciekłej, gorącej cieczy pod wysokim ciśnieniem. W tym procesie urządzenie skutecznie oddaje ciepło do wnętrza.
4. Rozprężanie i powrót do obiegu. Po oddaniu ciepła czynnik przechodzi przez zawór rozprężny, gdzie spada jego ciśnienie i temperatura. Po rozprężeniu staje się zimny, niskociśnieniowy i częściowo odparowany. Taki stan jest idealny, by ponownie wejść do parownika i zacząć odbierać energię odnawialną z otoczenia. Obieg się zamyka i cały proces powtarza się setki razy na godzinę ¹.

Takie są zasady, wedle których działa pompa ciepła. Dzięki temu cyklowi pompa ciepła nie wytwarza energii cieplnej bezpośrednio, lecz przenosi ją z jednego miejsca do drugiego, zapewniając komfort cieplny domownikom. Z tego powodu urządzenia te mogą być bardzo efektywne energetycznie, co gwarantuje skuteczne ogrzewanie budynku.

Jak podaje Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA), pompy ciepła mogą dostarczać nawet 3-5 razy więcej energii cieplnej niż wynosi zużycie energii elektrycznej potrzebnej do ich pracy ². Dzięki tak wysokiej efektywności energetycznej, koszty eksploatacji takiego systemu są bardzo niskie.

Czym jest dolne źródło ciepła?

Najważniejszym elementem różniącym poszczególne urządzenia jest tzw. dolne źródło ciepła, czyli miejsce, z którego urządzenie pobiera energię cieplną.

Najczęściej wykorzystywane są dwa źródła ciepła:

• powietrze zewnętrzne – w rozwiązaniach typu pompa ciepła powietrze,
• grunt – w systemach, jakimi są pompy ciepła gruntowe.

Czasami stosuje się również wodne pompy ciepła, bazujące na wodzie podziemnej. Od rodzaju dolnego źródła zależą m.in.:

• sposób montażu instalacji,
• koszt inwestycji,
• efektywność pracy systemu.

Pompy ciepła należą do najtańszych i najbardziej perspektywicznych sposobów na ogrzewanie domu, szczególnie w połączeniu z nowymi grupami taryfowymi energii i programami wsparcia. Więcej informacji w artykule:

Współczesne pompy ciepła – początek realnych oszczędności.

Pompa ciepła powietrzna – najważniejsze zalety i ograniczenia

Pompy ciepła powietrzne (często nazywane jako pompa ciepła powietrze-woda) są obecnie najczęściej instalowanym typem tych urządzeń w domach jednorodzinnych.

Ich działanie polega na pobieraniu energii cieplnej z powietrza zewnętrznego – nawet wtedy, gdy temperatura spada poniżej zera. Jest to możliwe dlatego, że czynnik charakteryzuje się bardzo niską temperaturą wrzenia, która przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym, w zależności od jego rodzaju, waha się pomiędzy -52°C a -42°C. Tak więc nawet temperatura zewnętrzna na poziomie -20°C powoduje jego „zagotowania się”. Dlatego pompa ciepła działa niezawodnie w niemal każdych warunkach.

Do najważniejszych zalet, jakie ma pompa ciepła powietrzna, należą:

• Prostszy montaż. Instalacja, jaką jest powietrzna pompa, nie wymaga wykonywania odwiertów ani prac ziemnych. W większości przypadków wystarczy montaż jednostki zewnętrznej przy budynku.
• Niższy koszt inwestycji. Brak konieczności wykonywania dolnego źródła w ziemi oznacza znacznie mniejsze koszty początkowe w porównaniu z pompą gruntową.
• Krótki czas realizacji. Instalacja może zostać wykonana w stosunkowo krótkim czasie, zazwyczaj mieszczącym w się terminie 2 dni.

Warto jednak pamiętać, że pompy powietrzne mają nieco niższą efektywność niż systemy gruntowe, szczególnie w okresach bardzo niskich temperatur. Mimo to w wielu przypadkach całkowity koszt inwestycji i eksploatacji okazuje się korzystniejszy. Niższy koszt początkowy i dotacje państwowe wpływają na to, że powietrzna pompa ciepła zwraca się szybciej – w polskim klimacie. Urządzenia te coraz częściej umożliwiają także chłodzenie pomieszczeń w upalne dni.

Pompa ciepła gruntowa – kiedy warto ją wybrać?

Drugim popularnym rozwiązaniem są gruntowe pompy ciepła, które pobierają energię z ziemi.

Temperatura gruntu na głębokości kilku metrów jest znacznie bardziej stabilna niż temperatura powietrza, dlatego gruntowe pompy charakteryzują się bardzo wysoką sprawnością. Aby korzystać z gruntowej pompy ciepła, konieczne jest wykonanie instalacji dolnego źródła w ziemi. Najczęściej stosuje się:

• odwierty pionowe (do 100-150 m),
• kolektory poziome układane w gruncie.

Wybranie urządzenia, jakim jest gruntowa pompa ciepła, ma jednak kilka konsekwencji:

• Wyższy koszt początkowy. Wykonanie odwiertów lub rozkopanie działki znacząco zwiększa koszt inwestycji.
• Bardziej skomplikowany montaż. Instalacja wymaga specjalistycznych prac terenowych oraz odpowiedniego projektu.
• Możliwość błędów instalacyjnych. Z powodu prac ziemnych i odwiertów częściej pojawiają się błędy wykonawcze, które mogą wpływać na efektywność systemu, a także jego późniejsze serwisowanie. Długa żywotność pomp ciepła zależy od jakości tych prac.
• Ograniczenia lokalizacyjne. Nie każda działka pozwala na wykonanie kolektorów poziomych lub odwiertów, dlatego w niektórych przypadkach zastosowanie pompy gruntowej nie jest możliwe. Częściej występują błędy instalacyjne z powodu prac terenowych, zwłaszcza w przypadku pomp gruntowych, a zwrot inwestycji niekoniecznie jest szybszy niż przy pompie powietrznej.

Mimo bardzo wysokiej sprawności gruntowa pompa ciepła nie zawsze przynosi szybszy zwrot z inwestycji w porównaniu z pompą powietrzną – szczególnie jeśli koszt wykonania dolnego źródła jest wysoki.

Gruntowe pompy ciepła to jedno z najbardziej efektywnych i ekologicznych rozwiązań grzewczych dostępnych na rynku. Dowiedz się więcej.

jak działają gruntowe pompy ciepła i czy warto w nie inwestować

Pompa gruntowa czy powietrzna – którą wybrać?

Nie ma jednego uniwersalnego rozwiązania, które sprawdzi się w każdej sytuacji. Wybór między pompą powietrzną a gruntową zależy od wielu czynników, takich jak:

• wielkość i charakter działki,
• budżet inwestycji,
• zapotrzebowanie na ogrzewanie budynku,
• lokalne warunki gruntowe.

Pompy gruntowe oferują bardzo wysoką efektywność i stabilną pracę przez cały rok, jednak wymagają większej inwestycji na początku. Z kolei pompy powietrzne są łatwiejsze w montażu i tańsze na etapie instalacji, dlatego często okazują się rozwiązaniem bardziej opłacalnym ³. Są doskonałym sposobem na efektywne ogrzewanie nowoczesnego domu.

Pompy ciepła a transformacja energetyczna

Pompy ciepła odgrywają coraz większą rolę w transformacji energetycznej i ograniczaniu emisji dwutlenku węgla. Jako najbardziej ekologiczne źródło ciepła, dzięki wykorzystaniu energii z otoczenia mogą znacząco zmniejszyć zużycie paliw kopalnych.

W połączeniu z instalacją fotowoltaiczną pozwalają dodatkowo zwiększyć udział odnawialnych źródeł energii w gospodarstwie domowym ⁴. Dzięki temu użytkownicy niemal w ogóle nie zużywają energii elektrycznej z węgla, produkując własny prąd do zasilania urządzenia. To milowy krok w stronę ochrony planety i zapewnienia sobie komfortu cieplnego.

Potrzebujesz nowoczesnego urządzenia, które ogrzeje Twój dom?

SPRAWDŹ POMPY CIEPŁA OD TAURONA

FAQ – najczęściej zadawane pytania o pompy ciepła

Czy pompa ciepła działa zimą?

Tak. Pompy ciepła są projektowane tak, aby pracować również w niskich temperaturach. Pompy powietrzne mogą pobierać energię z powietrza nawet przy temperaturze poniżej -20°C, choć w takich warunkach ich efektywność jest niższa niż przy dodatnich temperaturach.

Czy pompa ciepła zużywa dużo prądu?

Pompa ciepła potrzebuje energii elektrycznej głównie do pracy sprężarki i elementów sterujących. Dzięki wysokiej efektywności może jednak dostarczać kilka razy więcej energii cieplnej niż wynosi zużycie energii elektrycznej.

Czy pompa ciepła może ogrzać cały dom?

Tak. W dobrze zaprojektowanym systemie pompa ciepła może być jedynym źródłem ogrzewania budynku oraz przygotowywać ciepłą wodę użytkową.

Czy pompa ciepła działa tylko w nowych domach?

Nie tylko. Choć najlepiej sprawdza się w nowych, dobrze ocieplonych budynkach, może być również stosowana w starszych domach – szczególnie po modernizacji instalacji grzewczej lub poprawie izolacji budynku.

Przypisy

1. https://www.naukowe.pl/jak-dziala-pompa-ciepla-wyjasnienie-krok-po-kroku/ ↩︎
2. https://www.iea.org/reports/the-future-of-heat-pumps ↩︎
3. https://klimasoft.pl/pompa-ciepla-gruntowa-czy-powietrzna-ktore-urzadzenie-wybrac/
   https://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/produkty-technologie/163542,pompy-ciepla-gruntowe-i-powietrzne-na-jaka-inwestycje-sie-zdecydowac ↩︎
4. https://zielonagospodarka.pl/pompy-ciepla-przyspiesza-transformacje-energetyczna-16013 ↩︎