Co to jest pompa ciepła?

1. Jak działa pompa ciepła?

Pompa ciepła działa bardzo podobnie jak chłodziarka. Jedynie wykorzystuje drugą stronę tego samego procesu. Schłodzony do bardzo niskiej temperatury płyn przepływa w rurach o wysokim przewodnictwie cieplnym (np. miedzianych) przez dolne źródło ciepła (grunt, woda, powietrze), które jest od niego nieznacznie cieplejsze. W ten sposób płyn nagrzewa się. Przepływa do sprężarki, która zwiększa jego ciśnienie, podnosząc jednocześnie temperaturę. Ciepło jest oddawane do górnego źródła ciepła (systemu grzewczego budynku). Sprężarka obniża ciśnienie płynu, dzięki czemu wraca on do pierwotnej bardzo niskiej temperatury już po tym jak oddał ciepło wypompowane ze źródła dolnego. Proces trwa stale dzięki dostarczaniu niewielkiej ilości energii elektrycznej.

2. Czy pompa ciepła produkuje energię?

Nie. W myśl zasady zachowania energii, niemożliwe jest jej samoistne powstawanie. Tak zwana produkcja energii polega na zmianie jednego typu energii (np. kinetycznej, zawartej w wiązaniach chemicznych, strukturze cząsteczki) na inną (przede wszystkim cieplną i elektryczną). Pompy ciepła nie zmieniają rodzaju energii, a jedynie wymuszają jej przepływ w odwrotnym kierunku (od źródła dolnego o niższej temperaturze do górnego o temperaturze wyższej).

3. Czy można użyć pompy ciepła do chłodzenia budynku?

Tak, ale nie każda. Instalacja musi od początku zostać zaprojektowana pod kątem podwójnego wykorzystania. Pompy ciepła połączone w jedną instalacją z rekuperatorem z reguły mają opcję chłodzenia budynku. Jest to również rozsądne rozwiązanie w przypadku pompy powietrze-powietrze. Producenci mogą jednak nie przewidzieć takiego 

zapotrzebowania. Jeśli pompa ciepła nie została od początku zaprojektowana również z myślą o chłodzeniu, jej 

efektywność w tym zakresie będzie ograniczona. 

4. Jakie są elementy pompy ciepła?

Pompa ciepła bez względu na typ składa się z 3 podstawowych elementów. Górne źródło ciepła – tu oddawane jest ciepło. Górne źródło ma temperaturę wyższą od dolnego. Standardowo jest nim wnętrze budynku, bojler lub niekiedy szklarnia. Do górnego źródła ciepła wliczane są wszelkie grzejniki i rury łączące je ze sprężarką. Dolne źródło ciepła – stąd pobierane jest ciepło. Dolnym źródłem może być grunt, skała, woda, a nawet powietrze. Do dolnego (zimnego) źródła wlicza się kolektory, wymienniki ciepła, sondy i rury łączące je ze sprężarką. Sprężarka – Odzyskuje ciepło z dolnego źródła i przekazuje jej do źródła górnego. Wymusza obieg płynów przenoszących ciepło. Działa dokładnie jak ta wykorzystywana w chłodnictwie. 

5. Jak długo działa pompa ciepła?

Producenci dają od kilku do nawet kilkunastu lat gwarancji i mimo to nie ryzykują przeprowadzania zbyt wielu napraw. Większość pomp ciepła ma żywotność określoną na 20-25 lat, po czym należałoby wymienić sprężarkę. Sama instalacja ma szanse wytrzymać do 50 lat. 

6. Co można podgrzać pompą ciepła?

Pompy ciepła mogą stanowić źródło ciepła zarówno dla ogrzewania budynku jak i podgrzewania wody. Zdecydowanie najlepiej sprawdzają się w połączeniu z ogrzewaniem niskotemperaturowym. Pompy podgrzewające wodę mogą uzyskać wyjściową temperaturę wody 55-60 °C, ale próba uzyskania wyższych temperatur jest nieekonomiczna. 

Pompy mogą być wykorzystane do podgrzewania wody w basenie, ogrzewania szklarni i zabudowań gospodarczych.

7. Dlaczego pompy ciepła są popularne w krajach Europy zachodniej?

Do instalowania pomp ciepła mieszkańców Włoch, Niemiec i Wielkiej Brytanii skłaniają przede wszystkim rosnące ceny energii. Wyższe zarobki w tych krajach pozwalają podjąć inwestycję długoterminową, która przynosi oszczędności na przestrzeni 20 lat. Istotna jest również świadomość ekologiczna. Właściciele domów nie chcą produkować CO2, smogu i zanieczyszczeń, a jednocześnie starają się choćby w ograniczonym stopniu uniezależnić od dostawcy energii. Pompy ciepła zyskują na popularności jako ciche i bezpieczne dla środowiska źródło ciepła.

8. Jakie jest zapotrzebowanie na energię pompy ciepła?

Zapotrzebowanie na energię jest zależne od bardzo wielu czynników: kubatury budynku, rodzaju gruntu, typu instalacji, ocieplenia budynku, klimatyzacji, docelowej temperatury. Najprostszym sposobem obliczenia jest porównanie z elektrycznym ogrzewaniem budynku lub podgrzewaniem wody. Pompa ciepła będzie zużywać ok. 1/3 tego co ogrzewanie elektryczne dla danego budynku. Przykładowo pompa ogrzewająca dom o powierzchni 250 m i dobrej izolacji termicznej zużyje w ciągu roku 3000 – 3500 kWh.

9. Jaką efektywność i sprawność osiągają pompy ciepła?

Pompa ciepła przepompowuje 3-4 razy więcej energii niż jej pobiera. Dzięki temu również efektywność pompy wynosi 3 do 4. Sprawność seryjnie produkowanych pomp ciepła to ok. 50-60 % w stosunku do pompy idealnej. W praktyce oznacza to, że 70-75% ciepła pochodzi ze źródła dolnego, a pozostała część z pracy sprężarki zasilanej energią elektryczną. 

10. Jakich substancji używa się w procesie przenoszenia ciepła?

Producenci wykorzystują różne substancje o odpowiedniej termodynamice. Popularne są zwłaszcza dwutlenek węgla, amoniak. Ewentualnie stosowane mogą być także butan R600. Freon w praktyce został wycofany, zastąpiono go hydrofluorowęglowodanami (HFC: R123, R134a).

Możesz spotkać się z następującymi oznaczeniami:

• R 134a – najpopularniejszy obecnie zamiennik freonu R 12, posiadający bardzo zbliżone do niego właściwości, a niektóre nawet lepsze, jak przewodność cieplna czy lepkość dynamiczna. Jest nietoksyczny i niepalny, nieszkodliwy dla warstwy ozonowej.
• Czynnik R 404A – roztwór zeotropowy czynników: R 125, R 143a, R 134a, o podobnej do freonu R 22 objętościowej wydajności cieplnej. Może być długoterminowym substytutem. Jest niepalny i niewybuchowy, nieszkodliwy dla warstwy ozonowej.
• Czynnik R 407C – roztwór zeotropowy czynników: R 32, R 125, R 134a, o podobnych do freonu R 22 właściwościach. Charakteryzuje się dużym poślizgiem temperatury.
• Czynnik R 410A – roztwór czynników: R 32, R 125, stosowany jako długoterminowy substytut czynnika R 22. Posiada mały poślizg temperaturowy, bardzo wysoką objętościową wydajność, a wysokie współczynniki wnikania ciepła podczas zmiany stanu skupienia mają korzystny wpływ na wielkość zastosowanych wymienników ciepła. Jest niepalny i nieszkodliwy.