Pompa ciepła – co to jest i jak działa?

Ogrzewanie należy do niezbędnych, ale zarazem najdroższych instalacji w domu. Koszty eksploatacyjne, jakie się z nim wiążą, także mają znaczny wpływ na budżet każdej rodziny. Ma to przede wszystkim związek z faktem, że w polskich warunkach sezon grzewczy trwa około pół roku. Pompa ciepła to urządzenie grzewcze, które oddaje energię pozyskaną ze środowiska naturalnego – z gruntu, wody czy powietrza – do instalacji centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej. Jest to ekologiczne źródło ciepła, ponieważ bazuje na odnawialnych źródłach energii. Tym samym, pompa ciepła nie tylko pozwala nam na ogrzewanie domu, ale także przyczynia się do zmniejszenia emisji zanieczyszczeń do środowiska.  

Co nazywamy pompą ciepła?

Pompa ciepła to urządzenie korzystające z zasobów naturalnych, jakimi są następujące odnawialne źródła energii:

  • ciepło geotermalne,
  • ciepło wód gruntowych i powierzchniowych,
  • ciepło powietrza.

Aby mogła działać skutecznie i wydajnie, do swojej pracy potrzebuje jedynie energii elektrycznej.Warto podkreślić, że pojęcie ciepła jest w przypadku pompy ciepła rozumiane nieco inaczej niż w potocznym znaczeniu. Temperatury wód gruntowych zwykle utrzymują się na poziomie od kilku do kilkunastu stopni. Pompa ciepła, wykorzystując pewne naturalne zjawiska fizyczne, potrafi zamienić zimno w ciepło (i odwrotnie), zużywając przy tym stosunkowo mało energii elektrycznej. To urządzenie grzewcze wymusza przepływ ciepła z obszaru o niższej temperaturze do obszaru o temperaturze wyższej. Oczywiście im mniejsza amplituda między temperaturą wody, gruntu czy powietrza a pożądaną temperaturą wewnątrz pomieszczeń, tym mniej energii elektrycznej zużywa pompa. 

Jakie są rodzaje pomp ciepła?

Wyróżniamy kilka rodzajów pomp ciepła ze względu na źródło dolne – miejsce, skąd pozyskiwana jest energia, jak również źródło górne – punkty grzewcze w systemie ogrzewania budynku. 

Biorąc pod uwagę źródło dolne, wyróżniamy pompy ciepła:

  • gruntowe (nazywane też solankowymi czy glikolowymi – w zależności od zastosowanego czynnika roboczego) – energia pobierana jest z gruntu,
  • wodne – energia pobierana jest z wód gruntowych lub zbiorników wodnych,
  • powietrzne – energia pobierana jest z powietrza na zewnątrz budynku.

Jeśli weźmiemy pod uwagę również źródło górne, wyróżniamy pompy ciepła następujących typów: 

  • grunt-woda, gdzie górnym źródłem jest instalacja wodna – ogrzewanie podłogowe, ogrzewanie ścienne i sufitowe, a także odpowiednie grzejniki,
  • woda-woda,
  • powietrze-woda,
  • powietrze-powietrze – zamiast typowej instalacji centralnego ogrzewania montowane są systemy nadmuchowe.

Jak działa pompa ciepła?

Niezależnie od wybranego typu urządzenia, zasada działania każdej pompy ciepła jest identyczna. Urządzenie odbiera energię z zewnątrz, a następnie przekształca ją w ciepło użytkowe. Dzięki temu zasila instalację grzewczą budynku. System ogrzewania bazujący na pompie ciepła posiada kilka elementów składowych: 

  • dolnego źródła, czyli miejsca, z którego system pobiera energię,
  • parownika (czyli wymiennika ciepła), który pobiera ciepło z dolnego źródła i dostarcza je do obiegu wewnętrznego pompy,
  • sprężarki i zaworu rozprężnego,
  • skraplacza (wymiennika ciepła), który pobiera ciepło z obiegu wewnętrznego pompy i transportuje je do obiegu górnego źródła,
  • górnego źródła, czyli instalacji centralnego ogrzewania (np. podłogówki) lub ciepłej wody użytkowej.

Jak działa pompa ciepła? Ciepło przekazywane jest do obiegu wewnętrznego pompy z dolnego źródła (gruntu, wody lub powietrza) przez stale obecny czynnik chłodniczy (roboczy). Wskutek zachodzących w nim przemian termodynamicznych czynnik o specjalnie dobranych parametrach ma zdolność odbierania energii z dolnego źródła (parowniki, sprężarka) i przekazywania jej w postaci ciepła do źródła górnego. W drodze powrotnej rozprężenie i ochłodzenie czynnika (zawór rozprężny) powoduje, że powraca on do parownika, gdzie cały cykl rozpoczyna się ponownie.

Różnorodne opcje sterowania

Dostępne na rynku pompy ciepła oferują wiele możliwości sterowania. Użytkownik ma możliwość ustawienia temperatury wody obiegowej, zadanej wartości temperatury pokojowej lub sterowanie za pomocą termostatu pokojowego. Inteligentny sterownik posiada opcjonalnie moduł Wi-Fi, który umożliwia zdalne operowanie pompą ciepła z poziomu aplikacji. Ponadto istnieje możliwość połączenia pompy ciepła z systemem inteligentnego zarządzania budynkiem. Do kluczowych funkcji sterownika należy także sterowanie pogodowe.

Fotowoltaika i wysoka efektywność pracy

Dodatkowym atutem zasilanych energią elektryczną pomp ciepła  jest możliwość połączenia ich z instalacją fotowoltaiczną. Pozwala to w tani i ekologiczny sposób uzyskać energię elektryczną z bezpłatnej energii słonecznej. Panele fotowoltaiczne produkują prąd z promieni słonecznych, który następnie zamieniany jest na prąd przemienny, który płynie w domowych gniazdkach. Pozyskana w ten sposób energia może służyć zarówno do zasilania urządzeń elektrycznych, jak również ogrzewania domy czy bieżącej wody. Dzięki temu pompa ciepła staje się jeszcze bardziej efektywna, energooszczędna i przyjazna środowisku.

Zalety posiadania pompy ciepła

Największą zaletę stanowi bez wątpienia zmniejszenie się rachunków zarówno za ogrzewanie pomieszczeń, jak i za ogrzewanie wody użytkowej. Kolejną niezwykle ważną korzyścią z posiadania pompy ciepła jest ochrona środowiska naturalnego. Urządzenia są praktycznie bezobsługowe, a zmiany parametrów można dokonać zarówno ze sterownika urządzenia, jak również zdalnie, wykorzystując internet i odpowiednie aplikacje Dodatkowe korzyści wynikające z posiadania pompy ciepła to brak konieczności budowy komina i miejsca na składowanie opału oraz możliwość chłodzenia latem w przypadku posiadania odpowiednich odbiorników.

Autor