Pompa ciepła – nowoczesna forma ogrzewania

Pompa ciepła to urządzenie, którego ideą jest wykorzystanie niskotemperaturowego źródła ciepła w celach grzewczych. Najczęściej wykorzystywane w budownictwie mieszkalnym są systemy z pompą sprężarkową.  Składa się ona z czterech głównych, połączonych ze sobą elementów. Są to dwa wymienniki ciepła (parownik i skraplacz), sprężarka oraz zawór rozprężny.

Powszechnie przyjęło się porównywać sposób działania pompy ciepła do pracy lodówki, która odbiera ciepło od znajdujących się w niej produktów i przekazuje je otoczeniu (stąd lodówka na zewnątrz jest zawsze ciepła). Pompa ciepła jest urządzeniem działającym odwrotnie – ciepło z ośrodka zimniejszego zostaje przekazywane, po podniesieniu temperatury czynnika roboczego, do ośrodka cieplejszego. Czynnik roboczy krążący w obiegu pompy ciepła pośredniczy w przekazywaniu ciepła z dolnego źródła, które ma niższą temperaturę, do źródła górnego o wyższej temperaturze. Jest to możliwe, ponieważ mamy do czynienia z zamkniętym obiegiem, czyli stałą zmianą stanu fizycznego czynnika roboczego, poprzez parowanie, sprężanie, skraplanie i rozprężanie. Podczas tych przemian następują zmiany temperatury i ciśnienia czynnika, w związku z tym temperaturę dolnego źródła z poziomu np. 8°C można w wyniku sprężania podnieść do wymaganej temperatury górnego źródła (35-55°C).

Dolnym źródłem ciepła może być woda, grunt, powietrze, a także nieodnawialne ciepło odpadowe (technologiczne, wentylacyjne). Górne źródło w takim systemie to standardowe ogrzewanie konwekcyjne przy użyciu grzejników lub ogrzewanie powierzchniowe (podłogowe, ścienne lub sufitowe). Górnym źródłem może być także instalacja ciepłej wody użytkowej (CWU).

Ze względu na rodzaj dolnego źródła wyróżnia się pompy ciepła powietrzne, wodne oraz gruntowe. Na wybór konkretnego rodzaju urządzenia ma wpływ głównie wielkość i położenie działki oraz lokalne warunki gruntowe.

  • Pompy typu powietrze – woda to rozwiązanie najtańsze oraz najkorzystniejsze pod względem instalacyjnym. Działają przy użyciu wymiennika lamelowego pobierającego ciepło z powietrza (zewnętrznego lub wentylacyjnego), które jest następnie wdmuchiwane do pomieszczenia poprzez nawiewy podobne do klimatyzacji lub przekazywane do instalacji wodnej. Z powietrzem wewnętrznym jest podobnie – ciepło zostaje pozyskane przy wylocie (poprzez wymiennik) zużytego powietrza na zewnątrz. Ich wadą jest działanie bez wspomagania jedynie do temperatury około -20 °C. Poniżej tej wartości konieczne jest dogrzewanie (grzałka, zewnętrzny kocioł grzewczy), a czasem całkowite zastąpienie pracy pompy ciepła innym urządzeniem, co wpływa na aspekt ekonomiczny.
  • Pompa typu woda – woda to taka, w której dolnym źródłem jest woda gruntowa. Najczęstszą instalacją do poboru ciepła z wody jest system studni (czerpnych i zrzutowych). Zwykle są dwie lub więcej studni w zależności od zapotrzebowania energetycznego. Jest to najmniej osiągalne ze źródeł ciepła, ponieważ nie każdy grunt posiada zwierciadło wody gruntowej na wymaganej głębokości, czyli od ok. 6 do 30 m. Zaletą takiego rozwiązania jest stabilna i wydajna praca w ciągu całego roku z utrzymaniem wysokiego współczynnika COP nawet w okresie zimowym. Wynika to ze stałej temperatury wody gruntowej od kilku do kilkunastu stopni Celsjusza.
  • Pompa ciepła typu solanka – woda, czyli tzw. gruntowa pompa ciepła jest to urządzenie pobierające ciepło z gruntu. W Polsce jego temperatura od głębokości około 15 m jest względnie stała niezależnie od pory roku i wynosi około 10 °C. Im bliżej powierzchni, tym większe wahania temperatury. Można wyróżnić dwa rodzaje instalacji, która odbiera ciepło zakumulowane w gruncie na potrzeby pompy ciepła. Są to sondy pionowe (głębinowe) i kolektory poziome (powierzchniowe). W obu przypadkach to rury wypełnione glikolem. Powierzchnia ułożenia kolektorów poziomych powinna być około 1,2-2 razy większa od powierzchni ogrzewanej, przez co do zastosowania tego rozwiązania niezbędna jest duża działka. Ceny za wykonanie takiego wymiennika wahają się miedzy 20-30 zł za metr bieżący. Istotne jest to, aby nad instalacją powierzchnia terenu pozostała niezabudowana. Umożliwia to stały i bezpośredni dostęp promieniowania słonecznego, niezbędnego do odbudowy potencjału energetycznego otoczenia wymiennika po jego wychłodzeniu. Ponadto korzenie drzew czy nacisk spowodowany posadowionymi budynkami mogłyby doprowadzić do trwałego uszkodzenia instalacji. Wymiarowanie poziomego wymiennika ciepła jest skomplikowane i uzależnione od tego w jakim stopniu rozpoznane zostanie podłoże gruntowe. Dla uproszczenia można przyjąć, że długość odwiertu jest równa powierzchni ogrzewanego budynku. Cena za wykonanie 1 mb odwiertu wynosi, w zależności od charakteru podłoża, od 80 do 150 zł.

W zdecydowanej większości przypadków pompa ciepła napędzana jest energią elektryczną. Im wyższy współczynnik sprawności urządzenia (COP), tym mniej prądu potrzeba do wytworzenia tej samej ilości ciepła. Współczynnik ten jest stosunkiem całkowitej ilości energii przekazanej do górnego źródła do energii elektrycznej wykorzystanej do napędu urządzenia. Producenci podają go na poziomie 3,5 do 5, co oznacza, że można uzyskać sprawność nawet 500%. Inaczej ujmując: z 1 kW energii elektrycznej pompa ciepła jest w stanie wytworzyć 5 kW energii cieplnej. Im mniejsza jest różnica pomiędzy temperaturami dolnego i górnego źródła, tym urządzenie jest bardziej wydajne, a współczynnik COP wyższy. Dlatego wyższą wydajność posiadają systemy z ogrzewaniem niskotemperaturowym.

Główne zalety stosowania instalacji z pompą ciepła to:

  • wydajna produkcja ciepła,
  • nieskomplikowana budowa i obsługa instalacji,
  • wysoki komfort i całkowite bezpieczeństwo użytkowania,
  • redukcja emisji szkodliwych substancji do środowiska,
  • możliwość odwrócenia obiegu i korzystania z funkcji chłodzenia w lecie.
Previous Article

Rodzaje i zasada działania kolektorów słonecznych

Next Article

Vestas: podwojenie mocy wiatrowych do 2020 roku

Dodaj komentarz