Istnieją dwa podstawowe układy pracy pomp ciepła: monowalentny i biwalentny. Wynikają one ze spójności charakterystyki mocy grzewczej urządzenia, a także z zapotrzebowania ogrzewanego obiektu w zależności od temperatury zewnętrznej. W przypadku modernizowania systemu grzewczego bardziej ekonomicznym rozwiązaniem jest biwalentny układ pracy.

Reklama

Pompa ciepła, która  pracuje w trybie monowalentnym stanowi jedyne źródło zasilania dla systemu grzewczego, w zupełności pokrywając zapotrzebowanie na ogrzewanie oraz podgrzew c.w.u. w budynku. Doskonałym przykładem takiego układu jest gruntowa pompa ciepła z dolnym źródłem w postaci wymiennika pionowego. W przypadku dobrze zaprojektowanej instalacji maksymalna moc grzewcza pozostaje praktycznie na stałym poziomie w ciągu trwania sezonu grzewczego, a ewentualne wahania współczynnika wydajności wynikają ze zmian wymagań co do wysokości temperatury czynnika w instalacji grzewczej. W układzie monowalentnym pompa ciepła pracuje całą dobę, jednak w przypadku, kiedy systemem odbiorczym jest ogrzewanie podłogowe, które jest dobrym buforem ciepła, pompa ciepła może pracować jedynie 10-12 godzin w ciągu dnia.

Tryb biwalentny stanowią dwa lub nawet kilka źródeł wytwarzania ciepła. Oprócz pompy ciepła są to zwykle źródła konwencjonalne, choć możliwe jest również połączenie z innymi urządzeniami opartymi o OZE. Istnieją różne odmiany układów biwalentnych. Pierwszym z nich jest układ równoległy, gdzie drugie źródło załącza się dodatkowo w przypadku, kiedy moc grzewcza pompy ciepła jest niższa od wymaganej w danym momencie. Moc szczytowa w tym przypadku jest sumą mocy pompy ciepła dla najniższej  temperatury źródła niskotemperaturowego oraz mocy drugiego urządzenia grzewczego. Układ alternatywny to taki, w którym drugie źródło ciepła działa zamiast pompy ciepła, kiedy jej moc jest zbyt niska, lub gdy jej współczynnik wydajności spada poniżej ustalonej granicy. W przypadku tym to moc drugiego z urządzeń odpowiada szczytowemu zapotrzebowaniu systemu grzewczego.

Biwalentny układ mieszany wyróżnia się, jeśli w pewnym zakresie potrzeb grzewczych pompa ciepła i drugie źródło pracują równolegle, przy czym pompa ciepła wyłącza się, kiedy jej współczynnik wydajności spada poniżej zadanej granicy. Wówczas układ staje się układem alternatywnym. Jeszcze innym rozwiązaniem  jest układ regeneracyjny, w którym drugie źródło włącza się zamiast pompy ciepła w tylko w określonych sytuacjach. Jeśli jest to źródło odnawialne – załącza się, gdy jest aktualnie dostępne, natomiast, kiedy jest to źródło konwencjonalne – gdy  pompa  ciepła  pracuje  jedynie w  wyznaczonych okresach czasu.

Istnieje również pojęcie monoenergetycznego trybu pracy. Do zasilania systemu grzewczego używany jest tu jeden rodzaj energii konwencjonalnej. W przypadku sprężarkowych pomp ciepła chodzi o energię elektryczną. Układem takim jest więc pompa ciepła pracująca w trybie monowalentnym lub biwalentnym współpracującym z grzałkami elektrycznymi. W układach biwalentnych moc nominalna pompy ciepła, a zatem wielkość urządzenia, może być mniejsza niż w monowalentnych. Przez co czasem można uzyskać mniejszy koszt inwestycyjny (mimo dodatkowego urządzenia) i jednocześnie zapewnić większe bezpieczeństwo zasilania w energię cieplną. W układach biwalentnych, w których urządzenie grzewcze ma moc obliczoną na 60 do 70 proc. zapotrzebowania szczytowego pokrywa ono powyżej 90 proc. zużycia ciepła na c.o. w ciągu sezonu.

Podczas użytkowania pomp ciepła stosowane są często zbiorniki buforowe. Stabilizują one gradienty temperatur na wymiennikach, co wpływa na lepszą pracę urządzenia grzewczego. Zwiększa to trwałość sprężarki, gdyż niwelowana jest ilość włączeń i wyłączeń pompy podczas zmniejszonego zapotrzebowania na ciepło budynku. Zbiorniki takie to również akumulatory ciepła w przypadku, gdy pompa ciepła pracuje tylko w pewnych godzinach w ciągu dnia. Z układem monoenergetycznym mamy do czynienia, kiedy do zbiornika zamontowana jest grzałka elektryczna. Wymagana objętość zbiornika buforowego powinna wynosić minimum 30 dm³ na 1 kW mocy grzewczej, jest to jednak założenie wstępne i wymaga dokładnych obliczeń z uwzględnieniem harmonogramów akumulacji i poboru ciepła.