Pompa ciepła to urządzenie, które przenosi energię cieplną z powietrza, gruntu lub wody do budynku. Nie wytwarza ciepła przez spalanie paliwa, a energię elektryczną wykorzystuje przede wszystkim do napędu sprężarki. Dzięki temu może ogrzewać pomieszczenia i przygotowywać ciepłą wodę użytkową, korzystając z ciepła obecnego nawet w chłodnym otoczeniu.
Czym jest pompa ciepła?
Najprościej porównać ją do odwróconej lodówki. Lodówka odbiera ciepło z wnętrza i oddaje je do pomieszczenia. Pompa ciepła pobiera energię z zewnętrznego źródła, a następnie przekazuje ją do instalacji grzewczej budynku.
W przeciwieństwie do kotła gazowego czy kotła na paliwo stałe nie spala paliwa, aby uzyskać ciepło. Wykorzystuje zamknięty obieg czynnika chłodniczego, który zmienia stan skupienia i umożliwia transport energii z obszaru o niższej temperaturze do instalacji o wyższej temperaturze. Dolne źródło oznacza miejsce, z którego energia jest pobierana, natomiast górne źródło to instalacja ogrzewania budynku, do której ciepło trafia.
Jak działa pompa ciepła?
Za przekazywanie energii odpowiada czynnik chłodniczy. Jest to substancja o właściwościach pozwalających na odparowanie w niskiej temperaturze. Dzięki temu może pobierać ciepło z powietrza, gruntu albo wody także wtedy, gdy otoczenie jest chłodne. Cały proces przebiega w zamkniętym obiegu termodynamicznym:
- Parowanie – czynnik chłodniczy przepływa przez parownik, czyli wymiennik ciepła. Pobiera energię z dolnego źródła i przechodzi ze stanu ciekłego w gazowy.
- Sprężanie – gazowy czynnik trafia do sprężarki. Zasilana energią elektryczną sprężarka podnosi jego ciśnienie, a wraz z nim temperaturę.
- Skraplanie – gorący czynnik przepływa przez skraplacz. Oddaje ciepło wodzie grzewczej lub powietrzu w instalacji budynku, a następnie skrapla się i wraca do stanu ciekłego.
- Rozprężanie – zawór rozprężny obniża ciśnienie czynnika. Spada również jego temperatura, dzięki czemu może ponownie pobrać energię w parowniku.
Po zakończeniu czwartego etapu czynnik wraca do początku obiegu. Proces powtarza się tak długo, jak długo urządzenie otrzymuje energię potrzebną do pracy sprężarki.
Pompa ciepła nie zamienia całej pobranej energii elektrycznej bezpośrednio w ciepło jak grzejnik. Prąd napędza sprężarkę, która umożliwia przepompowanie energii pobranej ze środowiska.
Z czego składa się instalacja?
Na instalację pompy ciepła składają się elementy odpowiedzialne za pobranie energii, zmianę parametrów czynnika i przekazanie ciepła do budynku:
- Dolne źródło – powietrze, grunt lub woda, z których urządzenie pobiera energię.
- Parownik – wymiennik, w którym czynnik chłodniczy odbiera ciepło z dolnego źródła.
- Sprężarka – podnosi ciśnienie i temperaturę czynnika, wykorzystując energię elektryczną.
- Skraplacz – przekazuje ciepło do górnego źródła, czyli instalacji grzewczej budynku.
- Zawór rozprężny – obniża ciśnienie i temperaturę czynnika przed jego powrotem do parownika.
Nazwa „dolne” i „górne” źródło opisuje ich funkcję w obiegu, a niekoniecznie położenie względem siebie. Dolne źródło dostarcza energię do pompy, a górne odbiera ją i rozprowadza po budynku.
Skąd pompa ciepła bierze energię?
Rodzaj urządzenia zależy przede wszystkim od dolnego źródła. Pompa powietrzna pobiera ciepło z powietrza zewnętrznego. Jest zwykle łatwiejsza do zamontowania, ponieważ nie wymaga odwiertów ani rozbudowanego wymiennika w gruncie. Jej praca zależy jednak bardziej od aktualnej temperatury na zewnątrz, dlatego podczas silnych mrozów efektywność może się zmniejszać.
Pompa gruntowa korzysta z energii zgromadzonej w ziemi. Wymaga kolektora poziomego albo sond pionowych, czyli rozwiązania dopasowanego do warunków działki. Temperatura gruntu jest zwykle bardziej stabilna niż temperatura powietrza, ale wykonanie dolnego źródła jest bardziej wymagające.
Pompa wodna pobiera energię z wód gruntowych lub powierzchniowych. Może pracować wydajnie, jednak jej zastosowanie zależy od dostępu do odpowiedniego ujęcia wody i warunków technicznych nieruchomości.
Także zimne powietrze zawiera energię cieplną. Czynnik chłodniczy może ją odebrać, ponieważ jego temperatura wrzenia jest bardzo niska. Ograniczenie nie polega więc na całkowitym braku ciepła, lecz na tym, że przy większej różnicy temperatur sprężarka musi wykonać więcej pracy.
Dlaczego pompa ciepła jest efektywna?
Większa część energii przekazywanej do budynku pochodzi z otoczenia, a prąd zasila głównie sprężarkę i podzespoły sterujące. To odróżnia pompę ciepła od grzałki elektrycznej, która zamienia energię elektryczną bezpośrednio w ciepło.
Efektywność zależy między innymi od temperatury dolnego źródła, wymaganej temperatury zasilania instalacji i warunków pracy urządzenia. Z tego powodu pompa ciepła często dobrze współpracuje z ogrzewaniem niskotemperaturowym, choć konkretne rozwiązanie zawsze wymaga dopasowania do budynku.
W niektórych instalacjach odwrócenie obiegu pozwala także chłodzić pomieszczenia latem, jeśli system ma odpowiednie wyposażenie. Pompa ciepła może być również połączona z instalacją fotowoltaiczną, która dostarcza część energii elektrycznej potrzebnej do jej pracy.
Pompa ciepła przenosi ciepło zamiast produkować je przez spalanie paliwa. Pobiera energię z powietrza, gruntu lub wody, a dzięki pracy sprężarki podnosi jej temperaturę do poziomu użytecznego w ogrzewaniu budynku.
