Chociaż pierwsze projekty pompy ciepła powstały jeszcze w XIX wieku, to dopiero w połowie XX wieku zaczęły się upowszechniać. Dzisiaj, jako systemy ekologiczne i oszczędne, stanowią już jedno z podstawowych rozwiązań grzewczych. Do ich zasilania nie potrzeba żadnych zasobów w postaci węgla, oleju czy drewna; nie zajmują też wiele miejsca i nie generują zanieczyszczeń. W połączeniu z innymi strategiami ekologicznymi, np. uzyskiwania energii elektrycznej, są w stanie zapewnić użytkownikowi niemal niezależność ciepłowniczą. Dzięki pompie ciepła ogrzejesz też nie tylko dom w rozumieniu przestrzeni, ale także zyskasz dostęp do ciepłej wody użytkowej. Brzmi intrygująco, prawda? A to dopiero początek, bo tym tekście znajdziesz dokładny opis tego, jak działa pompa ciepła.

Rodzaje pomp ciepła

Dokładne działanie obiegu pompy ciepła zależy od zastosowanego jej rodzaju. Ogólny sposób funkcjonowania zawsze wygląda tak samo, ale podstawę tzw. dolnego źródła ciepła mogą stanowić różne czynniki. Jakie rodzaje pompy ciepła więc wyróżniamy?

• Pompy ciepła gruntowe – pobierają energię z ziemi, ponieważ jej temperatura zawsze przekracza zero stopni. Tego typu pompy bywają też nazywane pompami solankowymi, ponieważ w instalacji krąży odporny na zamarzanie roztwór glikolu nazywany solanką.
• Pompy ciepła wykorzystujące energię z wody – tak, pobierają energię z wody, więc niezbędny do jej instalacji jest ulokowany w pobliżu staw lub studnia. Podobnie jak ziemia również woda przez cały rok charakteryzuje się dodatnią temperaturą (powyżej pewnej głębokości).
• Pompy ciepła wykorzystujące energię z powietrza – jak wskazuje sama nazwa, tego typu pompy wykorzystują energię pobraną z powietrza. Działają w oparciu o specjalistyczne wiatraki.

Działanie pompy ciepła a eksploatacja

Decydując się na określony system pompy ciepła, należy rozważyć nie tylko dostępność danego dolnego źródła ciepła, ale również kwestie eksploatacyjne. Pompa ciepła, która wykorzystuje do swojego działania wodę, narażona jest na przyspieszoną korozję i związane z tym uszkodzenia. Wersja wykorzystująca energię z ziemi wymaga odwiertów nawet do 150 metrów głębokości. Z kolei powietrzna pompa ciepła działa najbardziej efektywnie w abstrakcyjnie niskiej temperaturze -50 stopni Celsjusza i jej wydajność dramatycznie spada, gdy powietrze osiągnie ciepło na poziomie -5 stopni Celsjusza. Nie przyćmiewa to oczywiście niekwestionowanych zalet pomp ciepła, wśród których prym wiedzie ekologiczność i niezależność od zasobów nieodnawialnych (jak węgiel, olej, gaz czy drewno), niemniej warto z wyprzedzeniem przeanalizować wszystkie za i przeciw.

Budowa pompy ciepła

Pod pojęciem pompy ciepła kryje się nie tylko konkretne urządzenie, ale i technologia, na którą składają się:

• system źródła ciepła, który pobiera energię z określonego środowiska;
• pompa ciepła pozwalająca na odzyskanie i wykorzystanie ciepła;
• system umożliwiający przechowywanie oraz rozdystrybuowanie ciepła po przestrzeni domu.

W zależności od wybranego źródła ciepła budowa instalacji i jej koszty mogą się znacząco różnić. Z oczywistych względów inaczej będzie wyglądało doprowadzenie odpowiednich elementów pompy ciepła do cieku wodnego (stawu czy studni), a inaczej wdrożenie pozyskiwanie ciepła z ziemi.

Zasada działania pompy ciepła w 3 krokach

Działanie pompy ciepła opiera się na energii zgromadzonej w środowisku. Jej źródłem może być woda, grunt lub powietrze. Najczęściej system działania pompy ciepła opisuje się w porównaniu do lodówki z odwróconym obiegiem. Tak jak lodówka ciepło oddaje i utrzymuje chłód, tak opisywana pompa to ciepło pobiera z otoczenia i wykorzystuje dzięki systemowi grzewczemu. Do wytwarzania ciepła nie potrzebuje żadnego zewnętrznego zasilania, ale nieco energii konieczne jest, by pobraną energię przetransportować tam, gdzie użytkownik chciałby ją wykorzystać. Jak to wygląda krok po kroku?

1. Po pierwsze: pobór ciepła. Zasada działania pompy ciepła opiera się na krążeniu w instalacji specjalnej cieczy, która nieustannie zmienia stan skupienia z substancji ciekłej na gazową i odwrotnie. Płyn ten ma za zadanie zbieranie ciepła z wybranego źródła i transportowanie go pomiędzy tzw. dolny i górnym źródłem ciepła. Warto tutaj pamiętać, że energia cieplna może przejść tylko z obiektu cieplejszego na obiekt chłodniejszy. W zależności od wybranego typu instalacji ciepło może być pobierane przez pompę w nieco inny sposób. W przypadku wody lub gruntu specjalny płyn pobiera wyższą temperaturę z otoczenia. Jeżeli jednak chodzi o pompy ciepła powietrzne, to tutaj stosuje się specjalny wentylator.
2. Po drugie: wykorzystanie zgromadzonego ciepła. Gdy już energia (czyli ciepło) pobrana z dolnego źródła trafi do instalacji, rozpoczyna się proces odparowywania. Za tę część cyklu odpowiada element zwany parownikiem. Dzięki niemu dolne źródło może przekazać energię cieplną do góry. Z parownika czynnik trafia do sprężarki, w której wzrasta jego ciśnienie i temperatura. Po osiągnięciu odpowiednich parametrów substancja rozpoczyna kolejny etap podróży, której celem jest pełniący funkcję wymiennika ciepła skraplacz. Tutaj czynnik raz jeszcze przechodzi przemianę – z gorącego i sprężonego gazu w chłodniejszy o obniżonym ciśnieniu płyn. W transformacji uczestniczy stabilizujący przemianę zawór rozprężny. Cykl odzyskiwania ciepła zaczyna się od początku.
3. Po trzecie: ogrzewanie. Uzyskanie ciepła to jedno, wykorzystanie go to drugie. Zasada działania pompy ciepła jest taka, że po uzyskaniu ciepła to zostaje odprowadzone dalej do instalacji grzewczej (centralnego ogrzewania). Najczęściej czynnikiem grzewczym jest tutaj woda. To ona przejmuje ciepło i przekazuje je do kolejnych podzespołów. Jakich? To już zależy od wybranego systemu. Wśród potencjalnych opcji znajdują się: ogrzewanie płaszczyznowe, grzejniki czy po prostu zbiornik wody użytkowej.

Pompa ciepła to jeden z najbardziej opłacalnych rozwiązań dla uzyskania ciepłej wody użytkowej i domu. Dobrze przemyślane i wykonane instalacje są w stanie zapewnić samowystarczalność energetyczną, bez zewnętrznego wsparcia ze źródeł nieodnawialnych, nawet na poziomie 75%. Nic dziwnego, że pompą ciepła interesuje się coraz więcej osób, prawda?

Pompy ciepła a instalacja grzewcza

Pompa ciepła najwydajniej pracuje na tzw. niskim parametrze, czyli kiedy czynnik krążący w instalacji grzewczej posiada temperaturę do 35 stopni Celsjusza. Taka temperatura gwarantuje najwyższy współczynnik COP, który określa, w jakim stopniu urządzenie wykorzystuje pozyskane ciepło w stosunku do zużytej energii elektrycznej. Nie oznacza to oczywiście, że pomp ciepła nie można wprowadzić na wyższe obroty. Urządzenie jest w stanie wygenerować nawet 55 stopni Celsjusza, jednak wtedy COP spada.

Jeżeli chcesz zainstalować pompę ciepła, zastanów się dobrze nad kwestią pozostałych elementów instalacji grzewczej. Ten system najlepiej sprawdzi się bowiem z niskotemperaturowymi rozwiązaniami. Idealne będzie ogrzewanie płaszczyznowe, czyli podłogowe, ścienne lub sufitowe. Tylko wybrane grzejniki są w stanie wykorzystać maksimum możliwości, jakie daje pompa ciepła. Trzeba przy tym jednak pamiętać, że o ile niewłaściwie dobrane grzejniki wymienić można względnie bez problemu, o tyle korekta instalacji płaszczyznowej już taka nieskomplikowana nie jest. Oznacza to, że przypadku ogrzewania podłogowego etc. konieczne jest wręcz zainwestowanie w produkty najwyższej klasy. Gdyby bowiem doszło do awarii podobnego systemu, należałoby przeprowadzić w zasadzie generalny remont.