Pompa ciepła: jak to działa?

Pompa ciepła to jedno z najbardziej ekologicznych sposobów ogrzewania domu. Do swojej pracy w 3/4 wykorzystuje energię pobraną ze środowiska – powietrza, gruntu lub wód gruntowych, ale jak ona działa?

Aby wykorzystać ciepło z otoczenia, pompy ciepła wymagają tylko niewielkiej mocy elektrycznej do napędu procesów i do działania pompy obiegowej. W zależności od tego, czy pozyskują energię z powietrza, gruntu, czy z wody, różnią się nieco pod względem technologii i cen. Inne mogą być również wymogi prawne związane z ich montażem.

Pompa ciepła: zasada odwróconego działania lodówki

Kiedy na dworze robi się naprawdę chłodno, jest to tylko kwestia czasu, zanim zrobi się też chłodno w budynku, ponieważ ciepło zawsze przemieszcza się zgodnie z kierunkiem zmian temperatury: od cieplejszego do chłodniejszego. To pozornie nieuniknione prawo naturalne pompa ciepła “obchodzi” realizując pewien trik. Dzięki niemu możliwe jest przenoszenie ciepła w odwrotnym kierunku, tj. od chłodnej przestrzeni do cieplejszej. Jak to możliwe? Działanie pompy ciepła jest zasadniczo identyczne z działaniem dobrze znanego urządzenia codziennego użytku: lodówki. Jednakże, gdy lodówka usuwa ciepło z wnętrza i przekazuje je na zewnątrz, pompa ciepła usuwa ciepło z przestrzeni zewnętrznej i przekazuje energię do domu w postaci ciepła. Pompa ciepła wykorzystuje zasadę fizyczną, tak zwany efekt Joule’a-Thomsona.

System ogrzewania pompy ciepła składa się z trzech części:

• systemu źródła ciepła, który pobiera energię potrzebną ze środowiska;
• samej pompy ciepła, która powoduje, że odzyskane ciepło z otoczenia jest użyteczne;
• oraz systemu dystrybucji i przechowywania ciepła, który rozprowadza lub tymczasowo przechowuje ciepło w domu.

Proces pompowania ciepła przebiega w trzech krokach:

Rys. Zasada działania pompy ciepła (źródło BWP/PORTPC)

Pompa ciepła - krok 1: Pobór ciepła

W systemie źródła ciepła krąży ciecz, często roztwór glikolu (dawniej była to tzw. solanka), czyli woda zmieszana ze środkiem przeciwzamarzaniowym. Ciecz absorbuje ciepło z otoczenia, np. z gruntu lub wód gruntowych, i transportuje je do pompy ciepła.
Wyjątkiem są powietrzne pompy ciepła. Zasysają one powietrze zewnętrzne przez wentylator, który dostarcza ciepło z otoczenia bezpośrednio do pompy ciepła.

Pompa ciepła - krok 2: Wykorzystanie ciepła

Pompy ciepła mają również obieg, w którym krąży gazowy czynnik chłodniczy. W wymienniku ciepła, tzw. parowniku, następuje przekazanie energii środowiska z pierwszego obiegu do czynnika chłodniczego. Efektem jest odparowanie czynnika chłodniczego. W przypadku powietrznych pomp ciepła to powietrze zewnętrzne ogrzewa czynnik chłodniczy.
Para czynnika chłodniczego jest pobierana przez sprężarkę. Podnosi ona poziom temperatury czynnika chłodniczego, więc robi się on cieplejszy. W innym wymienniku ciepła, tzw. skraplaczu, gorący czynnik chłodniczy w postaci gazu pod wysokim ciśnieniem jest skraplany i oddaje ciepło. Następnie skroplony czynnik chłodniczy trafia do zaworu rozprężnego. Tam ponownie zmniejsza się jego ciśnienie, a czynnik zmienia stan skupienia na ciekły.

Krok 3: Ogrzewanie

W ogrzewanym budynku znajduje się instalacja grzewcza i zasobniki magazynujące ciepło. Zwykle krąży w niej woda jako czynnik grzewczy. Woda przejmuje ciepło, które czynnik chłodniczy oddał w skraplaczu w trakcie skraplania i kieruje go do systemu dystrybucji, takiego jak ogrzewanie płaszczyznowe lub grzejniki, do zbiornika wody grzewczej lub ciepłej wody użytkowej.

Historia pomp ciepła

Rozwój technologii pomp ciepła sięga XIX wieku: Francuz Nicolas Carnot opublikował w 1824 r. pierwsze zasady dotyczące działania pompy ciepła. Dobre 100 lat później w Zurychu uruchomiono pierwsze duże systemy pomp ciepła do ogrzewania ratusza, budynku kongresowego, urzędów i krytej pływalni. Pierwszą gruntową pompę ciepła uruchomiono w USA w 1945 roku, w domu Roberta C. Webbera, w Indianapolis. Pompa wyposażona była w sprężarkę o mocy nominalnej 2 kW, za pomocą wentylatora zasilała, popularny już wtedy w Stanach Zjednoczonych, system ogrzewania powietrzem. Od tego czasu pompy ciepła do ogrzewania pomieszczeń i podgrzewania wody stały się niezawodnym i przyjaznym dla środowiska wariantem grzewczym. Dzięki wieloletniemu doświadczeniu technologia jest stale rozwijana poprzez zastosowanie innowacji odkrytych w branży.

Materiał prasowy pochodzi z: www.pompujcieplozglowa.pl