Pompa ciepła nie wytwarza ciepła ze spalania ani bezpośrednio z prądu. Transportuje energię cieplną z powietrza, gruntu lub wody do instalacji budynku, wykorzystując energię elektryczną głównie do napędu sprężarki. Jej działanie można porównać do lodówki pracującej w odwrotnym kierunku – lodówka odbiera ciepło z wnętrza i oddaje je na zewnątrz, a pompa ciepła pobiera je z otoczenia i przekazuje do domu.
Jak działa obieg pompy ciepła?
Podstawą pracy urządzenia jest zamknięty cykl termodynamiczny. Krąży w nim czynnik chłodniczy, który przy odpowiednio dobranych ciśnieniach zmienia stan skupienia. Dzięki temu może odbierać energię z chłodniejszego otoczenia, a następnie oddawać ją w instalacji grzewczej przy wyższej temperaturze.
Obieg tworzą cztery podstawowe elementy: parownik, sprężarka, skraplacz i zawór rozprężny. Każdy z nich odpowiada za inny etap transportu energii:
- Parownik – czynnik chłodniczy odbiera ciepło z dolnego źródła, czyli z powietrza, gruntu albo wody. Nawet gdy temperatura zewnętrzna jest ujemna, otoczenie może przekazać energię czynnikowi o jeszcze niższej temperaturze. Czynnik zaczyna parować.
- Sprężarka – zasysa parę czynnika i spręża ją, zużywając energię elektryczną. W wyniku wzrostu ciśnienia rośnie także temperatura czynnika, dzięki czemu może on oddać ciepło do instalacji budynku.
- Skraplacz – gorący czynnik przekazuje energię wodzie grzewczej lub powietrzu w górnym źródle. Podczas oddawania ciepła para skrapla się i przechodzi w ciecz.
- Zawór rozprężny – obniża ciśnienie czynnika, a wraz z nim jego temperaturę. Schłodzony czynnik wraca do parownika, gdzie może ponownie odebrać ciepło z otoczenia.
Po przejściu tych etapów cykl rozpoczyna się od nowa. Przemiany fazowe czynnika chłodniczego nie są źródłem dodatkowej energii, lecz umożliwiają jej odbiór i przekazywanie między środowiskiem a instalacją grzewczą.
Polecamy: Jak wygląda pompa ciepła? Budowa i zasada działania urządzenia
Rodzaje pomp ciepła a źródło energii
O rodzaju pompy decyduje przede wszystkim dolne źródło ciepła. Różne źródła mają inną temperaturę i stabilność, dlatego wpływają na warunki pracy oraz sposób wykonania instalacji.
| Typ pompy | Źródło ciepła | Zalety | Wymagania instalacyjne |
|---|---|---|---|
| Powietrzna | Powietrze atmosferyczne | Prostszy i zwykle mniej inwazyjny montaż, brak odwiertów | Jednostka zewnętrzna, miejsce na przepływ powietrza, zależność wydajności od temperatury zewnętrznej |
| Gruntowa | Grunt i energia zgromadzona w podłożu | Stabilne warunki pracy i wysoka przewidywalność działania | Kolektor poziomy lub odwierty pionowe, odpowiednia powierzchnia albo dostęp dla sprzętu wiertniczego |
| Wodna | Wody gruntowe lub zbiornik wodny | Stabilna temperatura źródła i wysoka efektywność w sprzyjających warunkach | Dostęp do odpowiedniego ujęcia lub zbiornika, wymienniki i instalacja dostosowane do jakości oraz przepływu wody |
Powietrzna pompa ciepła może pracować także przy mrozie, ale wraz ze spadkiem temperatury dolnego źródła rośnie różnica temperatur, którą urządzenie musi pokonać. Zwykle oznacza to większe zużycie prądu i niższy chwilowy współczynnik efektywności. Grunt i woda są na ogół stabilniejszymi źródłami, jednak ich wykorzystanie wymaga bardziej rozbudowanych prac instalacyjnych.
Sprawdź także: Pompa ciepła powietrze-powietrze czy powietrze-woda – co wybrać?
Dlaczego pompa ciepła potrzebuje prądu?
Energia elektryczna nie ogrzewa budynku w taki sam sposób jak grzałka. Napędza przede wszystkim sprężarkę, a także wentylatory, pompy obiegowe i automatykę. Sprężarka wykonuje pracę mechaniczną, która pozwala podnieść ciśnienie i temperaturę czynnika chłodniczego.
W uproszczonym bilansie część energii dostarczanej do ogrzewania pochodzi z prądu, a większa część z dolnego źródła. Udział obu składników nie jest stały. Zależy między innymi od temperatury powietrza lub gruntu, wymaganej temperatury wody grzewczej, izolacji budynku i parametrów instalacji. Nie należy więc traktować wartości 75–80% energii z otoczenia i 20–25% energii elektrycznej jako uniwersalnej normy dla każdej pompy i każdych warunków.
Przeczytaj też: Jak działa gruntowa pompa ciepła? Zasada działania urządzenia
Do oceny tej zależności służy współczynnik COP (Coefficient of Performance). Jest to stosunek ilości ciepła przekazanego do instalacji do energii elektrycznej zużytej przez urządzenie w określonych warunkach. Przykładowo COP równy 4 oznacza, że w danym punkcie pracy pompa przekazuje 4 jednostki energii cieplnej, zużywając 1 jednostkę energii elektrycznej. COP nie jest stałą cechą urządzenia – zmienia się wraz z temperaturą dolnego źródła i temperaturą zasilania instalacji.
- Powietrze, grunt lub woda dostarczają energię cieplną z otoczenia.
- Sprężarka zużywa prąd, aby podnieść ciśnienie i temperaturę czynnika.
- Skraplacz przekazuje ciepło do instalacji grzewczej lub zasobnika ciepłej wody.
- Właściwie dobrana temperatura zasilania pomaga utrzymać wysoką efektywność pracy.
Niektóre urządzenia mogą także chłodzić pomieszczenia. Po przełączeniu zaworu rewersyjnego obieg zostaje odwrócony, a pompa odbiera ciepło z budynku i przekazuje je na zewnątrz. Funkcja ta zależy od konstrukcji konkretnego systemu oraz instalacji współpracującej z pompą.
Pompa ciepła w nowoczesnym budynku
Pompa ciepła łączy energię elektryczną napędzającą obieg z energią odnawialną pobieraną z otoczenia. Nie wymaga spalania paliwa w miejscu użytkowania, może automatycznie ogrzewać pomieszczenia i przygotowywać ciepłą wodę, a w wybranych konfiguracjach również chłodzić budynek. Jej rzeczywista efektywność zależy od źródła ciepła, temperatury pracy i współpracy z instalacją grzewczą.
