Budowa pompy ciepła

W przeciwieństwie do konwencjonalnych technologii grzewczych, takich jak kotły gazowe, pompa ciepła przetwarza energię pobraną z otoczenia budynku w ciepło, które następnie jest przekazywane do pomieszczeń. Nie musi więc wytwarzać ciepła poprzez spalanie paliw, jak ma to miejsce w przypadku tradycyjnych systemów grzewczych.

Procesy spalania wytwarzają wprawdzie ciepło bardzo efektywnie, ale jako produkty uboczne zawsze powstają szkodliwe spaliny – przede wszystkim CO₂, jeden z głównych czynników zmian klimatu.

Pompa ciepła korzysta z darmowego ciepła otoczenia. Jak jej się to udaje? W końcu to ciepło otoczenia bywa w zależności od pogody i pory roku czasem bardzo niskie. Odpowiedź: aby takie ciepło mogło zapewnić komfort cieplny w domu, konieczna jest pewna sztuczka.

Pompy ciepła zawierają czynnik chłodniczy, który we współdziałaniu z ciepłem otoczenia odparowuje, a następnie za pomocą sprężarki (zwanej też kompresorem) można podnieść jego temperaturę. Nawet przy niskich temperaturach zewnętrznych wzrost temperatury jest wystarczający, aby przekroczyć temperaturę wrzenia czynnika chłodniczego. Wrzejący czynnik trafia następnie do wymiennika ciepła, gdzie skrapla się i oddaje energię cieplną. Skraplanie ponownie upłynnia czynnik, ciśnienie spada i cykl może się ponownie rozpocząć.

Pompa ciepła może pozyskiwać energię cieplną z powietrza, wody lub gruntu. Dlatego wyróżnia się pompy ciepła powietrzne, wodne i gruntowe. Budowa pompy ciepła może różnić się także w zależności od nośnika, któremu urządzenie przekazuje ciepło, np. wody w instalacji grzewczej lub powietrza w systemie nawiewnym.

Pompa ciepła powietrze/woda pobiera energię z powietrza i podgrzewa nią wodę w obiegu grzewczym. Podobnie działają pompy ciepła woda/woda i solanka/woda (pompa gruntowa).

Wyjątkiem jest pompa ciepła powietrze/powietrze. Ogrzewa budynki, oddając ciepło z powietrza atmosferycznego do systemu wentylacyjnego. Ciepłe powietrze jest następnie rozprowadzane po pomieszczeniach przez tę instalację.

Pozyskiwanie energii otoczenia odbywa się w układzie dolnego źródła. Różni się on w zależności od rodzaju źródła ciepła. W pompach gruntowych dolnym źródłem są na przykład sondy gruntowe, w których krąży czynnik chłodniczy bezpośrednio pobierający ciepło z gruntu. Czynnik chłodniczy występuje również w powietrznej pompie ciepła, jednak do bezpośredniego poboru ciepła z powietrza służą wentylatory.

Przygotowanie ciepła przebiega podobnie we wszystkich rodzajach pomp ciepła. Odbywa się ono w obiegu czynnika chłodniczego. Najpierw czynnik chłodniczy trafia do wymiennika ciepła i pobiera energię pozyskaną wcześniej z otoczenia. Pod wpływem tego ciepła odparowuje, czyli zmienia stan skupienia z cieczy w gaz. Dlatego ten wymiennik nazywa się parownikiem. Aby uzyskać temperaturę potrzebną do ogrzewania, pompa ciepła spręża gazowy czynnik chłodniczy w sprężarce. Wzrost ciśnienia powoduje wzrost jego temperatury. Następnie gorący czynnik przepływa przez skraplacz, czyli kolejny wymiennik ciepła. To tam oddaje ciepło do wody instalacyjnej, która zasila ogrzewanie domu. Właśnie dlatego budowa pompy ciepła zawsze obejmuje takie elementy jak parownik, sprężarka i skraplacz.

Już w skraplaczu czynnik chłodniczy oddaje ciepło i ponownie zmienia stan skupienia z gazu w ciecz. Następnie przepływa przez zawór rozprężny, gdzie jego ciśnienie i temperatura spadają. Dzięki temu wraca do stanu wyjściowego i może ponownie trafić do parownika. Tam cały cykl pracy pompy ciepła rozpoczyna się od nowa.

Wykorzystanie energii dostarczanej przez pompę ciepła nie różni się zasadniczo od działania konwencjonalnego ogrzewania. Także tutaj zasobniki, obiegi grzewcze i grzejniki odpowiadają za magazynowanie, dystrybucję i oddawanie ciepła.

Podobnie jak w innych systemach grzewczych, również przy pompie ciepła bardzo dobrym rozwiązaniem jest ogrzewanie powierzchniowe: podłogowe, ścienne lub sufitowe. Pracuje ono przy znacznie niższych temperaturach zasilania, a mimo to zapewnia podobny komfort cieplny jak tradycyjne grzejniki.

W zależności od rodzaju pompy ciepła różni się budowa całego systemu grzewczego. Pompa ciepła typu powietrze/woda pobiera energię cieplną z powietrza zewnętrznego i przekazuje ją do instalacji wodnej w budynku. Taka instalacja może zasilać ogrzewanie podłogowe, grzejniki oraz przygotowywać ciepłą wodę użytkową.

W wielu systemach pompa ciepła typu powietrze/woda składa się z jednostki zewnętrznej i modułu wewnętrznego. Jednostka zewnętrzna jest ustawiana zazwyczaj na zewnątrz budynku, np. przy ścianie domu lub w ogrodzie. To ona pobiera powietrze z otoczenia i przekazuje energię do obiegu pompy ciepła. Moduł wewnętrzny montuje się zwykle w pomieszczeniu technicznym. Odpowiada on za przekazanie ciepła do instalacji grzewczej w domu.

Wśród pomp ciepła typu powietrze/woda wyróżnia się przede wszystkim wersje monoblock i split. Różnią się one rozmieszczeniem najważniejszych elementów układu oraz sposobem połączenia jednostki zewnętrznej z instalacją wewnętrzną. Więcej o wyborze odpowiedniego rozwiązania dowiesz się od specjalisty. Znajdź instalatora, który oceni warunki techniczne budynku i pomoże dobrać właściwy typ pompy ciepła.

Ten rodzaj pompy ciepła wyróżnia się wysoką efektywnością, wiąże się jednak z wyższym nakładem prac i kosztami. Można zastosować poziome kolektory gruntowe lub pionową sondę gruntową. Jeśli wybierzesz wariant poziomy, pamiętaj, że potrzebujesz odpowiedniej powierzchni wolnego terenu. W przypadku sondy gruntowej wykonuje się odwiert o głębokości nawet do 100 metrów. Wprowadza się do niego specjalne rury, które następnie zostają połączone z systemem grzewczym. Przez te rury krąży solanka pochłaniająca ciepło z głębszych warstw gruntu. Zaleta: na takich głębokościach temperatury są przez cały rok stosunkowo stałe. Im wyższa temperatura dolnego źródła, tym mniejszy skok temperatury musi wykonać pompa ciepła – co dodatkowo zwiększa jej efektywność.

Również w przypadku pompy ciepła typu woda/woda budowa pompy ciepła i całego systemu zależy od dolnego źródła ciepła. Instalacja pobiera wodę gruntową ze studni czerpnej. Następnie pompa ciepła odbiera z niej energię cieplną, a schłodzona woda trafia z powrotem do gruntu przez drugi odwiert. Ten odwiert nazywa się studnią chłonną, infiltracyjną lub zrzutową.

Pompa ciepła do ciepłej wody użytkowej to szczególny rodzaj pompy ciepła. Służy wyłącznie do podgrzewania ciepłej wody i zazwyczaj jako źródło ciepła wykorzystuje powietrze z pomieszczenia. Można również zastosować powietrze nawiewane lub wywiewane. Zasobnik wody pitnej i pompa ciepła są często zintegrowane w jedno urządzenie.

W porównaniu z konwencjonalnymi systemami grzewczymi pompy ciepła oferują wiele zalet.

Wysoka efektywność

Nowoczesne pompy ciepła wytwarzają ciepło przy minimalnym zużyciu energii elektrycznej. Z jednej kilowatogodziny prądu wytwarzają przeciętnie od czterech do sześciu jednostek ciepła.

Niezależność od oleju i gazu

Jeśli ogrzewasz dom pompą ciepła, nie musisz martwić się o dostępność oleju ani gazu. Rosnące ceny paliw kopalnych przestają mieć znaczenie.

Przyjazność dla klimatu

Pompa ciepła to wyjątkowo przyjazne środowisku, przyjazne środowisku i korzystne dla klimatu źródło ciepła. Jeśli korzystasz z zielonej energii elektrycznej, ogrzewanie pompą ciepła staje się całkowicie wolne od CO₂.

Dofinansowanie państwowe

W Polsce inwestycję w pompę ciepła mogą wspierać m.in. programy dotacyjne takie jak „Moje Ciepło” i „Czyste Powietrze”. Program Moje Ciepło skierowany jest do właścicieli nowych domów jednorodzinnych o podwyższonym standardzie energetycznym i oferuje dofinansowanie do 7 000 zł dla pompy powietrze/woda oraz do 21 000 zł dla pompy gruntowej. Program Czyste Powietrze przeznaczony jest dla istniejących budynków i umożliwia uzyskanie dotacji do 45 000 zł na zakup i montaż pompy ciepła. Szczegółowych informacji o aktualnych warunkach udzieli Twój instalator lub Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej (NFOŚGW).

Niezawodność eksploatacyjna

Pompy ciepła są trwałe i działają bardzo niezawodnie. W porównaniu z kotłami wymagają zwykle mniej prac serwisowych, co przekłada się na niższe koszty utrzymania.

Funkcja chłodzenia na gorące letnie dni

Wiele pomp ciepła potrafi nie tylko ogrzewać, ale również latem chłodzić Twój dom.

Pompy ciepła wyprzedziły już jednofunkcyjne kotły gazowe jako najczęściej sprzedawane urządzenia grzewcze do nowych domów jednorodzinnych w Polsce – zgodnie z danymi PORT PC z udziałem bliskim 44% wolumenu rynku. Również w istniejących budynkach coraz częściej sięgamy po to rozwiązanie: z reguły pompa ciepła doskonale nadaje się jako system grzewczy również w przypadku modernizacji istniejącego budynku.