Zasada działania pompy ciepła
Pompa ciepła, tak jak każde urządzenie grzewcze, ma za zadanie ogrzewać budynek, a najczęściej również przygotowywać ciepłą wodę użytkową. W odróżnieniu od kotłów zasilanych paliwami kopalnymi energia do ogrzewania pobierana jest ze źródła odnawialnego. Mogą nim być np. powietrze atmosferyczne, grunt, woda. Pobrane ciepło przekazywane jest do instalacji grzewczej w budynku.
Jak to możliwe, że energia przekazywana jest z ośrodka o niższej do ośrodka o wyższej temperaturze? Wszystko dzięki sprężarce, która wymusza przepływ czynnika chłodniczego wewnątrz układu pompy ciepła. Krążąc cyklicznie pomiędzy elementami urządzenia, czynnik pośredniczy w wymianie ciepła pomiędzy źródłem ciepła (zwanym dolnym źródłem) a budynkiem.
Aby proces mógł zajść, konieczne jest dostarczenie energii elektrycznej do zasilania sprężarki.
Każda pompa ciepła składa się z kilku głównych elementów, pomiędzy którymi cyklicznie przepływa czynnik chłodniczy, dzięki czemu ciepło dostarczane jest z dolnego źródła do budynku.
Podstawowym elementem jest parownik. Jest to wymiennik ciepła, który w trybie grzania pośredniczy w wymianie ciepła pomiędzy dolnym źródłem (np. powietrzem, gruntem lub wodą) a czynnikiem chłodniczym. Proces ten następuje podczas przemiany fazowej, czyli zamiany cieczy w parę. Aby ta przemiana mogła nastąpić, niezbędne jest dostarczenie energii z zewnątrz, czyli pobranie ciepła z otoczenia. Tak podgrzany czynnik chłodniczy zasysany jest w formie pary do sprężarki. W sprężarce zachodzi proces sprężania par czynnika chłodniczego od ciśnienia niskiego do wysokiego, dzięki czemu na wyjściu otrzymywany jest gaz o wysokiej temperaturze. To właśnie sprężarka stanowi serce pompy ciepła, które musi być zasilane energią elektryczną, aby czynnik mógł przepływać. Za sprężarką znajduje się kolejny wymiennik ciepła – skraplacz. Tam czynnik chłodniczy oddaje ciepło do instalacji grzewczej budynku, zmieniając swój stan skupienia z lotnego w ciekły. Podczas procesu skraplania energia oddawana jest do otoczenia, np. do wody w instalacji budynku. Podgrzana w ten sposób woda wykorzystywana jest do ogrzewania pomieszczeń lub do przygotowania ciepłej wody użytkowej. Aby zamknąć cykl, skroplony czynnik chłodniczy trafia do zaworu dławiącego, tzw. rozprężnego. W zaworze obniżane są ciśnienie i temperatura czynnika, dzięki czemu ponownie trafia on do parownika – proces wymiany ciepła rozpoczyna się na nowo.
Pompa ciepła może być dodatkowo wyposażona w elementy usprawniające jej pracę i zwiększające możliwości jej wykorzystania. Może to być np. grzałka elektryczna, która pełni funkcję szczytowego źródła ciepła oraz zabezpieczenia układu. Dodatkowym wyposażeniem urządzenia może być również zawór czterodrożny, który pozwala na zmianę kierunku obiegu w pompie ciepła i wykorzystywanie jej w trybie chłodzenia. Dla efektywnej pracy układu istotne mogą być również wydajna pompa obiegowa i przepływomierz, pozwalające na wymuszenie i kontrolę przepływu wody przez hydrauliczną część instalacji.
Analizując rynek, można napotkać różne rodzaje pomp ciepła: powietrze–woda, solanka–woda, powietrze–powietrze itd. Co tak naprawdę oznaczają te nazwy? Co możemy z nich wywnioskować?
Niezależnie od tego, czy mamy do czynienia z powietrzem, wodą czy gruntem, zasada jest prosta – pierwszy człon nazwy określa tzw. dolne źródło ciepła. Jest to środowisko, z którego pompa pobiera energię na potrzeby ogrzewania budynku lub przygotowania ciepłej wody użytkowej. Drugi człon nazwy mówi o tym, do jakiego ośrodka ciepło jest przekazywane – najczęściej są to powietrze lub woda.