Wykorzystanie pompy ciepła w instalacji grzewczej zdecydowanie zmniejsza koszty ogrzewania domu. Jak działa takie urządzenie i jakie są jego podstawowe elementy? Pompa ciepła to urządzenie, które wykorzystuje energię otoczenia oraz pracę sprężarki. Energia otoczenia nazywana jest „dolnym źródłem ciepła” i może ona pochodzić z powietrza, wody lub gruntu. Pompy ciepła różnią się pod względem konstrukcyjnym w zależności od źródła ciepła dostarczanego do ich zasilania, jednak pracują w oparciu o te same zasady:

1. Odbiór ciepła z dolnego źródła energii – ciepło za pośrednictwem wymiennika odbierane jest przez krążący w obiegu urządzenia czynnik. Czynnikiem obiegowym najczęściej jest płyn odparowujący w niskiej temperaturze. Ciepło przekazywane przez wymiennik powoduje podgrzanie czynnika obiegowego pompy ciepła, a co za tym idzie jego parowanie. Element obiegu w którym zachodzi ten proces to parownik.

2. Parowanie czynnika – na skutek parowania czynnika rośnie jego objętość, co w zamkniętym układzie, jakim jest obieg pompy ciepła, powoduje również wzrost ciśnienia. Zwiększające się ciśnienie przekłada się na wzrost temperatury czynnika obiegowego. Aby efektywniej wykorzystać to zjawisko, w obiegu dodatkowo stosuje się sprężarkę, która podnosząc ciśnienie gazu znacznie zwiększa jego temperaturę.

3. Oddanie ciepła wodzie – sprężony gaz oddaje ciepło przez wymiennik wodzie krążącej w obiegu grzewczym grzejnikowym, ogrzewania podłogowego lub wodzie użytkowej. Wychładzając się gaz zmniejsza swoją objętość i skrapla się.

4. Obniżenie ciśnienia gazu w obiegu – aby układ był bardziej efektywny stosuje się w nim zawór rozprężny, który maksymalnie obniża ciśnienie gazu w obiegu, powodując jego prawie całkowite wykroplenie. W ten sposób cały obieg ma do wykonania większą pracę – od bardzo niskiego ciśnienia do bardzo wysokiego.

Rodzaje pomp ciepła

Jeżeli przyjmiemy podział pomp ciepła ze względu na dolne źródło ciepła, to możemy wyróżnić:

– pompy woda – woda,

– pompy solanka – woda

– pompy powietrze – woda

Pompa typu woda – woda

Ta pompa ciepła wykorzystuje ciepło zawarte w wodzie gruntowej. W tym przypadku niezbędne jest wykonanie głębokich odwiertów i budowa studni chłonnej i zrzutowej. Ustawa z dnia 9 czerwca 2011 roku Prawo Geologiczne i Górnicze zezwala na wykonywanie odwiertów na powyższy cel do głębokości 30 metrów. Jeżeli lokalne warunki geologiczne wymagają głębszych odwiertów, aby pompa mogła spełnić swoje zadanie, obowiązuje konieczność zachowania odpowiednich procedur zawartych w w/w ustawie. Trzeba też pamiętać, że w zależności od wydajności i jakości wody gruntowej może wystąpić potrzeba wykonania kilu odwiertów, co znacznie podnosi koszty i tak bardzo drogiego przedsięwzięcia. Jednak zaletą takiego systemu jest stabilna i wydajna praca pompy ciepła przez cały rok z zachowaniem wysokiego współczynnika COP, nawet w zimie (stała temperatura wody gruntowej od kilu do kilkunastu stopni Celsjusza).

Pompa typu solanka – woda

Ten typ pompy wymaga do funkcjonowania tak zwanego gruntowego wymiennika ciepła, a więc także odpowiednio dużej powierzchni gruntu. Wadą tego rozwiązania jest konieczność wykorzystania dużej powierzchni działki pod wymiennik dolnego źródła ciepła. Wymiennik gruntowy to przewody wypełnione niezamarzającą cieczą (np. glikol-woda) ułożone w odpowiedni sposób na określonej głębokości. Powierzchnia i głębokość ułożenia poziomego wymiennika gruntowego jest sprawą indywidualną, w zależności od lokalnych wymagań. Trzeba tu dodać, że grunt, w którym zastosowano wymiennik ulega degradacji. Na skutek pobierania z niego ciepła może dojść do przemarzania wymiennika, a przez to zmniejszenia się jego wydajności. Prowadzi to do zmniejszenia wydajności całego systemu grzewczego. Do zalet tego rozwiązania należą: mniejsze koszty instalacji niż w przypadku sond głębinowych, a także nie obowiązywanie procedur prawnych, takich jak dla pompy woda – woda.

Pompa typu powietrze – woda

Najmniej skomplikowanym i bardzo wydajnym urządzeniem jest pompa powietrze – woda. Tu dolnym źródłem ciepła jest powietrze zewnętrzne, którego przecież mamy pod dostatkiem. Dużym plusem jest także cena samego urządzenia. Dobrej klasy pompy powietrzne dla domów jednorodzinnych kosztują już od kilkunastu tysięcy złotych. Charakteryzują się one ponadto nieskomplikowaną instalacją i prostą obsługą, dzięki czemu zyskują na popularności. Jednak wydajność tego rodzaju pompy ciepła zmienia się w zależności od parametrów powietrza zewnętrznego – im zimniej na zewnątrz, tym mniejsza moc takiej pompy ciepła.

oprac. Małgorzata Battek, na podstawie: Sunex