Zasada działania pompy ciepła

Print image
Copy link image
time image Artykuł na: 6-9 minut
Zasada działania pompy ciepła

Rozmowy Dociekliwego Inwestora z Majstrem Guru. Majster prosto i zrozumiale tłumaczy, a Inwestor zadaje coraz bardziej dociekliwe pytania… Tym razem szuka odpowiedzi na pytanie, na jakiej zasadzie działa pompa ciepła.

Dociekliwy Inwestor:– Dzień dobry, panie inżynierze!

Majster Guru:– Dzień dobry, w czym mogę pomóc?

– Czy moglibyśmy porozmawiać o pompach ciepła.

– Naturalnie. Jednak wolałbym wiedzieć, o co konkretnie panu chodzi, bo pompy ciepła to tak zwany temat rzeka. Na rynku jest mnóstwo urządzeń, które łączy przede wszystkim zasada działania, natomiast ich budowa i przeznaczenie są bardzo różne.

- To może zacznijmy właśnie od zasady działania. Po przejrzeniu różnych materiałów reklamowych niby rozumiem, o co chodzi, ale tak nie do końca...

– W takim razie musimy wytłumaczyć to sobie dokładnie, ponieważ bez zrozumienia, na czym polega funkcjonowanie pompy ciepła, nie da się rozsądnie rozmawiać o zastosowaniu tego urządzenia. Niewiedza powoduje, że często traktowane jest jak jakiś diabelski wynalazek, podczas gdy w rzeczywistości nie ma w nim nic niezwykłego. Pompa ciepła w domowym systemie grzewczym pełni dokładnie takie same zadanie, jak kocioł węglowy, gazowy czy elektryczny, a więc służy do zasilania w ciepło instalacji centralnego ogrzewania (c.o.) oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej (c.w.u.).

– Pompa ciepła zastępuje więc kocioł grzewczy?

– Tak, ale tylko w tym sensie, że może zostać przewidziana do ogrzewania domu, zwalniając z konieczności instalowania kotła albo ograniczając jego działanie do najzimniejszych dni w roku, kiedy to zapotrzebowanie na ciepło przekracza możliwości pompy. Między kotłem a pompą ciepła jest jednak zasadnicza różnica. Kocioł wytwarza ciepło, wykorzystując energię elektryczną lub zawartą w paliwie gazowym, płynnym albo stałym, np. w węglu.

Natomiast działanie pompy ciepła polega na przetłaczaniu do instalacji grzewczej budynku energii cieplnej dostępnej w jego otoczeniu, zmagazynowanej w ziemi, wodzie lub powietrzu. Określenie "dom ogrzewany pompą ciepła" jest więc nie do końca trafne, bo głównym zadaniem pompy jest nie produkcja, lecz przenoszenie energii cieplnej. Przeważającą część ciepła do ogrzewania pobiera ona z otoczenia budynku, nazywanego źródłem dolnym. Ciepło to jest następnie przekazywane do instalacji grzewczej domu, którą zwyczajowo określa się mianem źródła górnego.

– Źródło dolne, źródło górne... Dziwne nazwy.

– Wcale nie takie dziwne, jeśli zechce je pan zapamiętać, posługując się analogią do zwykłej pompy wody. Jak wszyscy wiemy, woda z góry na dół popłynie sama – nie trzeba do tego żadnej pompy. Nie obejdzie się bez niej wtedy, gdy chcemy przenieść wodę z dołu do góry. I tak samo jest z pompą ciepła – tłoczy ona ciepło ze źródła dolnego do źródła górnego.

– Domyślam się, że – podobnie jak w przypadku zwykłej pompy – potrzebna jest do tego energia.

– Zgadza się. Pompa ciepła wymaga zasilania energią elektryczną, lecz końcowy bilans wypada dla użytkownika niezwykle korzystnie, głównie dlatego, że z ciepła dostępnego w otoczeniu budynku korzystamy zupełnie za darmo. Otóż w przypadku zupełnie przeciętnej pod względem parametrów technicznych pompy ciepła, na każdy 1 kW energii pobranej z sieci elektroenergetycznej przypadają 2–5 kW pobrane z otoczenia. W rezultacie, przy poborze mocy wynoszącym 1 kW, uzyskujemy aż 4 kW użytecznej mocy cieplnej.

O takiej pompie mówimy, że jej współczynnik COP (stosunek ilości ciepła dostarczonego do budynku do ilości energii elektrycznej zużytej przez pompę) wynosi 4 (lub 400%). Wskaźnik COP to podstawowy parametr opisujący sprawność energetyczną pompy – im jest większy, tym mniej energii elektrycznej potrzeba do uzyskania tej samej ilości ciepła.

Pompa większość ciepła pobiera z otoczenia budynku. Właśnie dlatego jest tania w eksploatacji
Pompa większość ciepła pobiera z otoczenia budynku. Właśnie dlatego jest tania w eksploatacji

– To wróćmy może do działania pompy ciepła. Jak to możliwe, że ciepło płynie z zewnątrz, gdzie jest zimniej, do budynku, w którym jest cieplej?

– Nie ma w tym nic tajemniczego. Na pewno mówiono o tym panu na lekcjach fizyki w szkole średniej, ale cóż – wiedza, z której nie korzysta się na co dzień, szybko ulatuje z głowy... Teoretyczne zasady funkcjonowania pomp ciepła, zwane zasadami termodynamiki, opracowano w XIX stuleciu, a pierwsze urządzenia tego rodzaju uruchomiono ponad 70 lat temu. Zresztą od dziesięcioleci wszyscy użytkujemy chłodziarki i agregaty klimatyzacyjne, które również przepompowują ciepło z miejsca, gdzie jest zimniej, do cieplejszego otoczenia. Bazuje to na podstawowej właściwości fizycznej gazów – ich temperatura rośnie, gdy są sprężane, a spada, gdy ulegają rozprężeniu.

Zasada działania pompy ciepła
Zasada działania pompy ciepła

Proszę popatrzeć na rysunek powyżej. W pompie ciepła – zupełnie tak samo, jak w agregacie chłodniczym (bo to właściwie jest agregat chłodniczy) – krąży w obiegu zamkniętym gaz nazywany czynnikiem chłodniczym lub roboczym. Zimny czynnik wpływa do pierwszego wymiennika ciepła zwanego parownikiem, gdzie odparowuje, pobierając przy tym ciepło z otoczenia.

Następnie trafia do sprężarki, napędzanej energią elektryczną. Gwałtowny wzrost ciśnienia czynnika powoduje wzrost jego temperatury do ok. 90°C, a potem w postaci tzw. przegrzanej pary wpływa on do drugiego wymiennika ciepła, zwanego skraplaczem. Tam czynnik kondensuje, czyli zmienia stan skupienia z gazowego na płynny, oddając przy tym ciepło. Schłodzony czynnik w postaci ciekłej trafia zaś do zaworu rozprężnego, w którym na skutek spadku ciśnienia gwałtownie się oziębia. Dalej kierowany jest do parownika i cykl zostaje zamknięty.

Jak widać, dzięki pracy sprężarki, ciepło przenoszone jest z parownika do skraplacza. W przypadku lodówki, znaczenie dla nas ma tylko połowa takiego obiegu chłodniczego – na ogół nie zwracamy uwagi na to, że skraplacz ogrzewa nam kuchnię. Dla działania pompy ciepła równie istotne są oba wymienniki: dzięki parownikowi pobieramy ciepło ze źródła dolnego, z kolei skraplacz przekazuje je do górnego źródła, a więc do instalacji grzewczej.

Redakcja BD

Dodaj komentarz

time image
time image
Warto wiedzieć dodatkowo:
Zobacz inne artykuły
Jak na odległość kontrolować pompę ciepła?
Jak na odległość kontrolować pompę ciepła?
Zadaj pytanie ekspertowi Masz wątpliwości lub dodatkowe pytania? Napisz do nas!
expert image
Akceptowane formaty plików: 'jpg', 'jpeg', 'gif', 'bmp', 'png'. Dodawanie wielu plików - wciśnij CTRL.
Administrator danych osobowych: AVT-Korporacja sp. z o.o. z siedzibą: ul. Leszczynowa 11, 03-197 Warszawa. Cel przetwarzania danych: udzielenie odpowiedzi na zadane pytanie. Administrator danych osobowych: AVT-Korporacja sp. z o.o. z siedzibą: ul. Leszczynowa 11, 03-197 Warszawa. Cel przetwarzania danych: udzielenie odpowiedzi na zadane pytanie. Okres przetwarzania danych: Twoje dane przetwarzane będą do czasu istnienia podstawy do ich przetwarzania – czyli w tym konkretnym przypadku, do czasu udzielenia odpowiedzi. Masz prawo do: dostępu do Twoich danych, ich sprostowania, usunięcia, ograniczenia przetwarzania, wniesienia sprzeciwu wobec przetwarzania Twoich danych lub ich przenoszenia. Możesz: odwołać zgodę na przetwarzanie Twoich danych osobowych, zażądać, by Twoje wszystkie dane zostały usunięte. Podstawy prawne: art. 5, 6, 12, 13 Ogólnego rozporządzenia o ochronie danych osobowych (RODO). Czytaj więcej
Dodano plik do wysłania
Poradnik
Cenisz nasze porady? Możesz otrzymywać najnowsze w każdy czwartek!
Budujemy Dom
9,95 zł tylko teraz!
Teraz za darmo!
Od teraz, dla wszystkich! Wystarczy, że się zalogujesz. A otrzymasz dostęp do wszystkich artykułów z papierowego BudujemyDom! Całkowiecie za darmo!
Dom Energooszczędny Vademecum 2018

Dom Energooszczędny Vademecum

Jak zbudować dom energooszczędny

ABC Budowania 2018

ABC Budowania

To, co koniecznie musisz wiedzieć, żeby Twój pierwszy dom był dla Ciebie, a nie dla wroga

Wnętrza 2019

Wnętrza

Nowoczesne, stylowe, piękne wnętrza - zasady, porady, inspiracje

Czas na Wnętrze kwiecień 2019

Czas na Wnętrze

Od inspiracji do realizacji

Twój Dom Twój Styl 2018

Twój Dom Twój Styl

Poradnik shoppingowy

Budujemy Dom kwiecień 2019

Budujemy Dom

Dla budujących dom i wykonawców

Dom Polski 2019

Dom Polski

Jak zbudować dom tańszy niż mieszkanie

Nowoczesne Instalacje 2019

Nowoczesne Instalacje

Jak zbudować dom energooszczędny