Nieustanny wzrost cen gazu, prądu oraz innych tradycyjnych źródeł energii wymusza na użytkownikach szukanie alternatywnych i tanich sposobów na to, aby ogrzać nieruchomość czy zapewnić dostęp do energii elektrycznej. Nie da się ukryć, że coraz bardziej rośnie także świadomość społeczeństwa na temat konieczności wprowadzania ekologicznych rozwiązań, które nie będą w negatywny sposób oddziaływać na środowisko oraz nasze zdrowie.
Coraz więcej osób stawia na odnawialne źródła energii, a zatem popularność zyskują pompy ciepła. Jeśli chcecie dowiedzieć się jak działa pompa ciepła, czy można wykorzystać ją tylko do ogrzewania pomieszczeń oraz czy faktycznie opłaca się zainwestować w to źródło energii to zapraszamy do lektury naszego artykułu.
Na czym polega działanie pompy ciepła?
Wiele osób zadaje sobie pytanie, jak działa pompa ciepła? Zasada działania tego urządzenia w dużej mierze przypomina działanie lodówki. Jak doskonale wiemy, lodówki pobierają ciepło z wnętrza urządzenia (jest to ciepło pobrane m.in. z produktów w nich przechowywanych) i oddają je na zewnątrz. Schemat działania pompy ciepła polega natomiast na przeniesieniu energii, którą pobiera z otoczenia do wnętrza budynku. Dzięki temu możliwe jest zasilanie systemu grzewczego, a to z kolei umożliwia zapewnienie ciepłej wody użytkowej czy ogrzewanie budynku.
Z perspektywy działania pompy ciepła jej najważniejszym elementem jest czynnik chłodzący. Jak wiemy z fizyki, ciecze parują w ściśle określonych temperaturach – np. temperatura parowania dla wody wynosi 100 stopni Celsjusza. Wiemy też, że jeśli para wodna zaczyna się skraplać to wówczas oddaje ona swoje ciepło. Z tego też powodu bardzo łatwo jest poparzyć się parą wodną, co pewnie każdemu z nas niejednokrotnie się zdarzyło, np. podczas odcedzania ziemniaków.
Należy jednak zaznaczyć, że istnieją związki, których temperatura parowania jest dużo niższa od temperatury parowania wody, a niekiedy nawet niższa niż 0 stopni Celsjusza. Zastosowanie takich związków w pompach ciepła umożliwia wydajne pobieranie ciepła z powietrza, nawet jeśli jego temperatura oscylują w okolicach 0 stopni Celsjusza.
Jak zatem dokładnie działa pompa ciepła? Na początku dochodzi do pobrania energii z otoczenia i przekazanie jej do czynnika roboczego. Następnie czynnik ten zaczyna parować pod wpływem ciepła, a wszystko to ma miejsce w parowniku. Następnie pary czynnika przekazywane są do sprężarki, która zasilana jest energią elektryczną. W sprężarce dochodzi do podgrzania par, które z kolei oddają ciepło do skraplacza. Następnie ciepło jest przekazywane dalej i trafia do obiegu grzewczego nieruchomości. W końcowym etapie pary czynnika roboczego skraplają się i cykl się kończy.
Działanie pompy ciepła różni się nieco w zależności od rodzaju jej dolnego źródła ciepła, co zostało omówione w dalszej części tekstu.
Sprawność pomp ciepła – współczynnik COP i SCOP
Współczynnik COP (ang. Coefficient Of Performance) to najważniejszy parametr pomp ciepła. Współczynnik ten opisuje proporcje pomiędzy energią, która jest wyprowadzana z urządzenia w postaci ciepła, a energią, która jest do niego doprowadzana jako energia elektryczna. Jak dokładnie to rozumieć? Przyjmijmy, że COP jest równe 5. Oznacza to, że w celu uzyskania 5 kWh ciepła pompa zużywa 1kWh energii elektrycznej z sieci.
Warto jednak pamiętać, że współczynnik COP zależy od warunków w jakich pracuje pompa ciepła. Jeśli dolne źródło ciepła będzie mieć wyższą temperaturę, a instalacja grzewcza niższą, to wartość COP będzie rosnąć. Bardziej dokładnym współczynnikiem jest natomiast SCOP (ang. Seasonal Coefficient of Performance). Jest to bowiem średnia wartość COP dla danego sezonu grzewczego.
Pompy ciepła – rodzaje
Klasyfikacja pomp ciepła opiera się przede wszystkim o dolne źródło ciepła, z którego korzysta urządzenie. Z uwagi na tę klasyfikację wyróżnia się:
- powietrzne pompy ciepła;
- gruntowe pompy ciepła;
- wodne pompy ciepła.
Dodatkowo wyróżnia się także pompy ciepła powietrze-woda, glikol/solanka-woda i woda-woda, a także hybrydowe oraz gazowe pompy ciepła.
Powietrzna pompa ciepła
Powietrzna pompa ciepła to najczęściej wybierany rodzajem omawianego urządzenia.. Ich działanie opiera się na wykorzystaniu powietrza jako dolnego źródła ciepła. Czemu akurat ten rodzaj pomp ciepła wygrywa obecnie na rynku? Argumentami przemawiającymi za tym jest między innymi duża dostępność i różnorodność modeli na rynku, prosty montaż oraz obsługa, a także niewielki koszt inwestycji. Dodatkowo, przy wyborze powietrznej pompy ciepła nie trzeba wykonywać specjalnych wykopów, a urządzenie to może być zamontowane także w takich nieruchomościach, których budowa zakończyła się już jakiś czas temu. Nie da się jednak ukryć, że powietrzne pompy ciepła nie są urządzeniami bez wad. Jeśli dojdzie do dużych spadków temperatury powietrza to konieczne będzie zastosowanie wspomagającego źródła ciepła, które wspomoże bądź zastąpi powietrzną pompę ciepła.
Powietrzne pompy ciepła dostępne są w dwóch systemach. Pierwszym z nich jest system split. Ten typ powietrznych pomp ciepła jest zbudowany z dwóch oddzielnych modułów, które połączone są za pomocą rur chłodniczych. Jeden ze wspomnianych elementów należy zamontować na zewnątrz, a drugi wewnątrz budynku. W module przeznaczonym do montażu na zewnątrz budynku zawarte są takie elementy budowy jak sprężarka, parownik, zawór rozprężny oraz wentylator. Natomiast w drugim module, który należy umieścić wewnątrz budynku, znajduje się pompa obiegowa c.o., skraplacz i podgrzewacz elektryczny.
Drugi z systemów stosowanych w powietrznych pompach ciepła to system monoblok. W jego skład wchodzi tylko jeden moduł, który przeznaczony jest do montażu na zewnątrz budynku. W module tym znajdują się wszystkie niezbędne elementy, tzn. parownik, skraplacz, sprężarka, pompa obiegowa, elektryczny podgrzewacz wspomagający, zawór rozprężny oraz wentylator. Moduł zewnętrzny podłączony jest do centrali grzecznej lub też do stacji hydraulicznej, które odpowiedzialne są za przekazywanie ciepła bezpośrednio do obiegu grzewczego.
Gruntowa pompa ciepła
Innym rodzajem omawianego w artykule urządzenia jest gruntowa pompa ciepła. Zasada jej działania jest praktycznie taka sama, jak ma to miejsce w przypadku powietrznej pompy ciepła. Różnica polega jedynie na tym, że zamiast ciepła pobranego z powietrza, wykorzystuje ona energię pobraną z gruntu. Aby mogło to mieć miejsce, gruntowe pompy ciepła są wyposażone w specjalny wymiennik ciepła.
Za wyższością gruntowych pomp ciepła nad ich powietrznymi konkurentami przemawia przede wszystkim to, że są one pewniejszym źródłem ciepła i energii dla domu. Grunt nie ulega bowiem tak dużym wahaniom temperatury, jak ma to miejsce w przypadku powietrza. Jednak zarówno zakup, jak i montaż gruntowej pompy ciepła jest nie tylko o wiele droższy, niż w przypadku pompy powietrznej, ale także o wiele bardziej skomplikowany i pracochłonny. W tym przypadku konieczne jest bowiem wykonanie specjalnych odwiertów, co w przypadku niektórych inwestycji może być nawet niemożliwe.
Wodna pompa ciepła
Ten rodzaj pomp ciepła jest bardzo podobny do omawianych wyżej urządzeń, które czerpią energię z gruntu. Różnica polega jednak na tym, że źródłem ciepła dla wodnej pompy ciepła są wody gruntowe lub też woda pobierana z rzeki lub jeziora. Należy jednak zaznaczyć, że ten rodzaj pomp ciepła jest dość rzadko wybierany przez inwestorów. Przeszkodą jest tutaj bowiem konieczność bliskości zbiornika wodnego lub wód gruntowych w bliskiej okolicy inwestycji, w której zamontowana ma być wodna pompa ciepła.
Hybrydowa pompa ciepła
Kolejnym urządzeniem na jakie inwestor może się zdecydować podczas wyboru źródła energii dla swojej nieruchomości jest hybrydowa pompa ciepła. Urządzenie to jest bezpieczniejsze niż np. powietrzna pompa ciepła, bowiem korzysta ono z dwóch, niezależnych źródeł zasilania. Najczęściej w hybrydowych urządzeniach łączy się powietrzną pompę ciepła z kotłem kondensacyjnym. Jeśli dojdzie do awarii jednego ze źródeł zasilania to drugie z nich działa w zastępstwie, dzięki czemu nie jest zagrożony dostęp do ogrzewania czy przygotowania ciepłej wody użytkowej.
Gazowa pompa ciepła
Gazowe pompy ciepła różnią się od urządzeń ze sprężarką elektryczną. Urządzenia te korzystają bowiem z energii uzyskiwanej dzięki spalaniu gazu ziemnego, która wykorzystywana jest następnie do napędzania układu chłodniczego. Rozwiązania zastosowane w gazowych pompach ciepła umożliwiają tym urządzeniom pobieranie energii nie tylko ze spalania gazu ziemnego, ale także z gruntu, powietrza oraz wody.
Wadą tego rodzaju pomp ciepła jest natomiast konieczność umieszczania urządzenia na zewnątrz budynku, co jest spowodowane emisją związków, które powstają podczas procesu spalania gazu ziemnego. Gazowe pompy ciepła są natomiast bardzo dobrym rozwiązaniem dla tych nieruchomości, w których ograniczony jest dostęp do energii elektrycznej.
Chłodzenie pomieszczeń pompą ciepła
W naszym artykule chcieliśmy także zaznaczyć, że pompy ciepła mogą być wykorzystywane nie tylko do przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz ogrzewania nieruchomości. Ich działanie docenić można także w czasie upalnego lata. Wykorzystując odwrócony bieg, pompa ciepła może z łatwością obniżyć temperaturę wody, która wykorzystywana jest w centralnym ogrzewaniu. Dzięki temu zabiegowi, efektywnie obniżona zostanie także temperatura w pomieszczeniach. Jak zatem widać, pompa ciepła to inwestycja, która ma wiele zastosowań i może w znaczący sposób ułatwić nam życie.
Pompa ciepła – zalety
Popularyzacja pomp ciepła w dzisiejszych czasach nie jest bezpodstawna – niosą one bowiem za sobą szereg korzyści dotyczących codziennego użytkowania. Mając na uwadze to, jak często mówi się dziś o ekologii i zrównoważonym podejściu w stosunku m.in. do ogrzewania, rozwiązanie to wpisuje się idealnie w trend odnawialnych źródeł energii. Pompy doskonale uzupełniają się z instalacją fotowoltaiczną, gwarantując odpowiednią temperaturę i ciepłą wodę użytkową.
Co jednak najistotniejsze, połączenie pompy ciepła z fotowoltaiką jest swego rodzaju samowystarczalną instalacją. Jako że jest to odnawialne źródło energii, potrzeba wykonywania jakichkolwiek działań w stosunku do sterowania, regulacji czy ustawienie poziomu poboru jest ograniczona do minimum. Bezpośrednio z kwestią ekologii i niemal autonomicznego działania łączy się aspekt oszczędności. Dzięki zastosowaniu pompy ciepła, możliwe jest znaczące obniżenie rachunków za energię, co przekłada się na efektywniejsze zarządzania domowym budżetem.
Ponadto pompa ciepła nie wydziela zanieczyszczeń i jest bardzo bezpieczna w użytkowaniu. Do tego dochodzi także kwestia łatwości obsługi – zdecydowana większość modeli wymaga tylko niewielkiej ingerencji człowieka. Niewątpliwą zaletą pompy ciepła jest także jej uniwersalność, jeśli chodzi o miejsce użytkowania. Z uwagi na cichą pracę, nieemisyjność zanieczyszczeń i prosty system obsługi, świetnie sprawdzi się zarówno w domu mieszkalnym, jak i przedsiębiorstwie czy budynku użyteczności publicznej.