Rodzaje pomp ciepła
Pompa ciepła pozwala na przekazanie ciepła z ciała o niższej temperaturze (dolne źródło ciepła) do ciała o wyższej temperaturze (górne źródło ciepła). Działanie pompy ciepła jest analogiczne do działania domowej chłodziarki. Różny jest jednak kierunek przepływu ciepła. Z wnętrza lodówki strumień ciepła transportowany jest na zewnątrz do otoczenia i temperatura wewnątrz komory chłodniczej spada z 20°C do -4°C. W konsekwencji przekazana energia nieznacznie ogrzewa otoczenie zewnętrzne. W pompie ciepła kierunek przepływu strumienia ciepła jest odwrotny. Samoczynny przepływ ciepła z ciała zimniejszego do cieplejszego jest niemożliwy, dlatego pompy wykorzystują dostarczoną z zewnątrz energię napędową. W zależności od rodzaju napędu wyróżniamy:
-
Pompy absorpcyjne – energią napędową jest energia cieplna. Urządzenia tego typu można spotkać w dużych zakładach przemysłowych.
-
Pompy termoelektryczne – z napędem elektrycznym. Ze względu na bardzo wysoką efektywność najczęściej stosowane są do chłodzenia półprzewodników, ponieważ są w stanie przetransportować dużą ilość ciepła z przedmiotów o małych wymiarach.
-
Pompy sprężarkowe – najczęściej wykorzystywana grupa urządzeń w ogrzewnictwie i chłodnictwie.
Zasada działania sprężarkowej pompy ciepła
Najczęściej spotykaną i powszechnie wykorzystywaną w budownictwie mieszkaniowym jest sprężarkowa pompa ciepła. Urządzenie to wykorzystuje energię cieplną pochodzącą od słońca zakumulowaną w powietrzu, wodzie lub gruncie. Nośniki te stanowią niskotemperaturowe dolne źródła ciepła. Ciepło to może służyć do ogrzewania pomieszczeń, podgrzewania wody użytkowej lub basenowej.
Głównymi elementami składowymi sprężarkowej pompy ciepła są dwa wymienniki ciepła – parownik i skraplacz, a także sprężarka i zawór rozprężny. Ciepło odebrane z dolnego źródła ciepła np. gruntu trafia do parownika, gdzie odbierane jest przez doprowadzony z drugiej strony zimny czynnik termodynamiczny, który charakteryzuje się niską temperaturą parowania. Temperatura dolnego źródła ciepła jest niższa od temperatury wymaganej w instalacjach centralnego ogrzewania, ale odebrana od niego energia cieplna pozwala na ogrzanie czynnika do temperatury, w której ulegnie on odparowaniu. Powstała w parowniku para trafia do sprężarki, gdzie znacznie wzrasta jej temperatura, a następnie do skraplacza, do którego doprowadzony jest również inny czynnik – tzw. roboczy czynnik źródła górnego (woda grzewcza). Woda grzewcza odbiera ciepło zakumulowane w sprężonej parze i rozprowadza je do górnego źródła ciepła – odbiorników. Sprężona para czynnika roboczego oddaje w skraplaczu większość zakumulowanego ciepła i wskutek ochłodzenia ulega skropleniu. Skroplony czynnik termodynamiczny nadal będący w stanie podwyższonego ciśnienia trafia do zaworu rozprężnego, gdzie jego ciśnienie zostaje obniżone, a konsekwencji spada również jego temperatura. Tak ochłodzony czynnik termodynamiczny pod niskim ciśnieniem ponownie trafia do parownika i cały cykl rozpoczyna się ponownie.
Typy sprężarkowych pomp ciepła
Ze względu na nośnik zakumulowanej energii słonecznej, który wykorzystywany jest jako dolne źródło ciepła, wyróżnia się następujące typy pomp:
-
Pompy ciepła typu powietrze/woda – wykorzystują powietrze atmosferyczne jako dolne źródło ciepła, natomiast czynnikiem roboczym górnego źródła ciepła jest woda.
-
Pompy ciepła typu woda/woda – zarówno czynnikiem roboczym górnego źródła, jak i dolnym źródłem ciepła jest woda. Jako dolne źródła ciepła można wykorzystać wody otwartych zbiorników, rzek lub wody gruntowe.
-
Pompy ciepła typu solanka/woda – dolnym źródłem ciepła jest w tym przypadku tzw. solanka czyli niezamarzający roztwór glikolu propylenowego z wodą, przepływający przez kolektor gruntowy, gdzie odbiera ciepło od gruntu. Czynnikiem roboczym górnego źródła ciepła jest woda.
-
Pompy ciepła typu bezpośrednie parowanie/woda – w tym typie pompy dolnym źródłem ciepła jest również solanka, z tą różnicą, że w kolektorze, w którym przepływa, następuje bezpośrednie jej odparowanie (kolektor jest jednocześnie skraplaczem). Czynnikiem roboczym górnego źródła ciepła jest woda.
Wybór odpowiedniego rodzaju pompy ciepła zależy od wielu czynników, takich jak dostępność dolnych źródeł ciepła, warunki lokalizacyjne, potrzeby energetyczne obiektu oraz preferencje użytkowników. Przykładowo, pompy ciepła typu powietrze/woda są stosunkowo łatwe w instalacji i mniej kosztowne, jednak ich wydajność może być ograniczona przy bardzo niskich temperaturach zewnętrznych. Pompy ciepła typu solanka/woda, choć droższe i wymagające bardziej skomplikowanego montażu z kolektorami gruntowymi, zapewniają stabilną wydajność cieplną przez cały rok. Natomiast pompy ciepła typu woda/woda są efektywne energetycznie, ale wymagają dostępu do odpowiednich źródeł wody, co może stanowić barierę w niektórych lokalizacjach. Przy decyzji warto również brać pod uwagę możliwości finansowania takich inwestycji oraz dostępne dopłaty i programy wsparcia dla odnawialnych źródeł energii, które mogą znacząco obniżyć koszty początkowe instalacji. Ostateczny wybór powinien być poprzedzony dokładną analizą techniczną i ekonomiczną, najlepiej z udziałem specjalistów w tej dziedzinie.
