Pompa ciepła, jak to działa?

Pompy ciepła stają się w ostatnim czasie coraz popularniejszym systemem w kontekście ogrzewania domu. Zasada ich działania – choć może wydawać się początkowo dość skomplikowana – w istocie ogranicza się do wykorzystania kilku podstawowych praw fizyki powszechnej. Pompy ciepła okazują się obecnie bardzo atrakcyjną alternatywą dla tradycyjnych systemów ogrzewania. Z czego wynika ich popularność? Z czego skonstruowana jest pompa ciepła i w jaki sposób działa?

Budowa i zasada działania pompy ciepła

Chcąc zrozumieć zasadę działania pompy ciepła, należy na samym początku zrozumieć sens jej nazwy. Najbliższym synonimem, który można odnieść do pompy ciepła, będzie przekaźnik. Bowiem właśnie to jest prawdziwą istotą jej działania. Pompa nie generuje energii cieplnej, lecz jest pośrednikiem, który przekazuje ją z dolnego źródła (gruntu, powietrza lub wody) do źródła górnego, czyli instalacji grzewczej.

Konstrukcja pompy ciepła jest w praktyce niezwykle prosta, składa się bowiem z:

• Parownika
• Sprężarki
• Skraplacza
• Zaworu rozprężnego

Aby cały układ pompy ciepła mógł funkcjonować i przekazywać ciepło z jednego punktu do drugiego, niezbędny jest nieustanny dostęp do źródła energii elektrycznej. Zasila ona bowiem poszczególne elementy konstrukcji. O budowie pompy ciepła-woda powietrze dowiesz się w artykule na stronie Columbus Energy: https://columbusenergy.pl/2020/03/03/pompa-ciepla-powietrze-woda-jak-dziala/

Droga ciepła od gruntu do wnętrza domu

Proces przekazywania energii przez pompę cieplną rozpoczyna się w parowniku. Znajduje się w nim tak zwany czynnik roboczy, charakteryzujący się bardzo niską temperaturą odparowywania. Parownik przechwytuje ciepło ze źródła dolnego, którym może być grunt, woda lub powietrze, wskutek czego czynnik roboczy odparowuje. Pompa ciepła jest układem zamkniętym, zatem wrzący czynnik roboczy nie ulatuje w powietrze, lecz wędruje rurami – jego następnym przystankiem będzie sprężarka.

Zasada działania sprężarki jest dla większości osób oczywista. Sprężarka “wsysa” gaz i zwiększa jego ciśnienie (wskutek czego rośnie też temperatura) – po czym wypuszcza. Na tym etapie czynnik roboczy posiada gazowy stan skupienia, zaś jego ciśnienie i temperatura są bardzo wysokie. Następnie, wędruje on rurami wprost do skraplacza.

W skraplaczu, czynnik roboczy ponownie zmienia stan skupienia na ciecz i oddaje ciepło do układu grzewczego. Stamtąd z kolei, jest ono przekierowywane do poszczególnych obszarów systemu cieplnego, ogrzewając pomieszczenia, znajdujące się w obrębie całego budynku. Czynnik roboczy nie zatrzymuje się jednak, lecz wędruje dalej – zmuszany poprzez obieg wewnętrzny układu zamkniętego do przemieszczania się. Ze skraplacza przekierowany zostaje do zaworu rozprężnego.

Wraz z momentem, gdy czynnik roboczy trafia do zaworu rozprężnego, następuje gwałtowny spadek ciśnienia oraz temperatury. Ów czynnik wraca w tej chwili do stanu pierwotnego, w którym się znajdował, gdy ciepło w parowniku zmusiło go do przemieszczenia się w układzie rurowym. Po całkowitym wychłodzeniu i rozprężeniu, czynnik roboczy trafia z powrotem do parownika, aby cały proces mógł rozpocząć się od nowa.

Czy montaż pompy ciepła jest opłacalny?

Jednym z głównych powodów, dla których współcześni ludzie decydują się na instalację pompy ciepła w domu, jest czynnik ekonomiczny. W szerszej perspektywie, taki system ogrzewania okazuje się niezwykle wydajny. Pozwala zaoszczędzić znaczną ilość budżetu, który poświęcało się wcześniej na opłaty za ogrzewanie.

Dokładny koszt pompy ciepła – a tym samym wartość oszczędności – jest uzależniony przede wszystkim od rodzaju pompy (wodnej, gruntowej lub powietrznej) oraz rozmiarów budynku, w której jest ona instalowana. Zazwyczaj jednak, pozwala obniżyć całkowity koszt ogrzewania w skali roku nawet o 50% jego pierwotnej wartości. Pompa ciepła wymaga co prawda stałego dostępu do energii elektrycznej – koszt jej zużycia jest jednak nieporównywalnie niższy w stosunku do wydatków związanych z piecem olejowym czy też gazowym.

Kolejną kwestią, która okazuje się dla wielu osób bardzo zachęcająca, jest bardzo mały stopień ingerencji tego typu instalacji w środowisko. Tak naprawdę jedyny sposób, w jaki może wpłynąć na środowisko naturalne, to wykorzystywanie energii elektrycznej, pochodzącej z elektrowni, wydzielającej toksyczne opary. Jeśli jednak pompę ciepła, zainstaluje posiadacz wydajnego systemu fotowoltaicznego, taki sposób ogrzewania będzie w stu procentach ekologiczny.

Instalacja pompy ciepła – wady i zalety

Coraz większa ilość inwestorów – zwłaszcza tych, którzy wznoszą nowe budynki – decydują się na zainstalowanie pompy ciepła w nieruchomości. Jakie są najważniejsze wady i zalety tego typu instalacji, które powinniśmy wziąć pod uwagę przed jej montażem?

Wady pompy ciepła

• Praca pompy ciepła jest uzależniona od dostępu do energii elektrycznej – jeśli zostanie on przerwany lub ograniczony, ogrzewanie przestanie funkcjonować
• Koszty zakupu i późniejszej instalacji są dość wysokie, mogą zatem mocno nadwyrężyć domowy budżet
• W przypadku poziomych wymienników ciepła, konieczna jest duża ilość niezagospodarowanej przestrzeni

Zalety pompy ciepła

• Brak konieczności obsługi
• Ekologiczność
• Brak ryzyka wybuchu lub zaczadzenia
• Łatwy montaż
• Napędzenie pompy wymaga dużo mniejszej ilości energii, niż ta, która jest przez nią przekazywana