Pompa ciepła - jak działa? Cztery etapy cyklu pracy pompy ciepła

Transport energii zamiast jej produkcji

Kluczem do zrozumienia technologii jest uświadomienie sobie, że pompa ciepła nie jest kotłem. Nie "spala" paliwa ani nie "tworzy" energii z niczego. Wykorzystując energię elektryczną, przenosi ona ciepło z jednego miejsca do drugiego. Środowisko, z którego pobierana jest energia, nazywamy źródłem dolnym (może to być powietrze, grunt lub woda). Instalacja wewnątrz budynku, do której trafia ciepło, to źródło górne. Popularne porównanie do "odwróconej lodówki" jest tu jak najbardziej trafne: lodówka usuwa ciepło z wnętrza na zewnątrz, natomiast pompa ciepła przenosi je z zewnątrz do środka.

Serce systemu: obieg zamknięty i czynnik chłodniczy

Podstawą działania urządzenia jest obieg zamknięty, w którym krąży czynnik chłodniczy, nieustannie zmieniający swój stan skupienia. Dzięki temu procesowi może on sprawnie odbierać energię z otoczenia, a następnie oddawać ją do instalacji grzewczej. Praca pompy sprowadza się do precyzyjnego kontrolowania ciśnienia i temperatury czynnika, by wymusić jego parowanie lub skraplanie w odpowiednim momencie. Najprościej proces ten można opisać jako cykl, w którym czynnik krąży, paruje, zostaje sprężony, skrapla się i wraca do punktu wyjścia.

Cztery etapy cyklu pracy pompy ciepła

Wszystkie procesy wewnątrz urządzenia zachodzą w ściśle określonej kolejności. Każdy element pełni kluczową funkcję, a pominięcie jednego z nich uniemożliwiłoby działanie systemu. Zrozumienie tych kroków pozwala łatwo odróżnić prawidłową pracę urządzenia od potencjalnych nieprawidłowości.

1. Parownik: pobieranie energii z otoczenia

Pierwszym etapem jest absorpcja energii w parowniku. To tutaj czynnik chłodniczy zmienia stan z ciekłego w gazowy. Ponieważ proces parowania wymaga dostarczenia energii, czynnik "odbiera" ją z otoczenia: powietrza, gruntu lub wody. Co istotne, dzieje się to nawet przy ujemnej temperaturze. Nie wynika to z nagłego ocieplenia, lecz z właściwości układu, który pozwala czynnikowi odparować i pobrać energię w danych warunkach zewnętrznych.

2. Sprężarka: gwałtowny wzrost temperatury

Gazowy czynnik trafia do sprężarki, gdzie pod wpływem wzrostu ciśnienia gwałtownie rośnie jego temperatura. Jest to kluczowy moment, umożliwiający późniejsze ogrzanie budynku. Należy jednak zaznaczyć, że jest to zarazem najbardziej energochłonny etap - pompa potrzebuje prądu głównie po to, by napędzić sprężarkę. Obala to mit o całkowicie darmowym ogrzewaniu; choć ciepło pochodzi z natury, jego transport wymaga nakładu pracy mechanicznej.

3. Skraplacz: przekazanie ciepła do budynku

Gorący, sprężony gaz trafia do skraplacza, czyli miejsca styku z instalacją grzewczą (źródłem górnym). Tutaj gaz oddaje energię do systemu grzewczego i jednocześnie skrapla się, wracając do postaci cieczy. Energia oddana podczas skraplania zasila ogrzewanie domu, domykając logikę wymiany cieplnej.

4. Zawór rozprężny: reset układu

Ciekły czynnik musi zostać przygotowany do ponownego pobrania energii. Służy do tego zawór rozprężny (dławiący), w którym następuje gwałtowny spadek ciśnienia i temperatury czynnika. Dzięki temu może on ponownie trafić do parownika i rozpocząć kolejny obieg. Bez tego etapu proces nie mógłby być kontynuowany.

Źródło dolne i górne: skąd i dokąd płynie ciepło?

Te dwa pojęcia porządkują wiedzę o pompach ciepła. Źródło dolne to magazyn energii (powietrze, grunt, woda), natomiast źródło górne to system grzewczy w domu. Świadomość tego podziału pozwala krytycznie patrzeć na skróty marketingowe - pompa nie wytwarza energii, lecz przesuwa ją między tymi dwoma źródłami w kontrolowanym obiegu.

Rodzaje pomp ciepła a mechanizm działania

Choć zasada termodynamiczna jest zawsze identyczna, pompy różnią się sposobem pozyskiwania energii ze źródła dolnego:

• Pompy powietrzne: Pobierają energię z powietrza zewnętrznego. Są najpopularniejsze ze względu na brak konieczności wykonywania prac ziemnych.
• Pompy gruntowe: Korzystają z ciepła zmagazynowanego w ziemi za pomocą kolektorów lub sond. Wymagają odwiertów, ale oferują bardziej stabilną temperaturę źródła.
• Pompy wodne: Wykorzystują energię wód gruntowych lub powierzchniowych.

Niezależnie od typu urządzenia, fundamentem pozostaje ten sam czteroetapowy cykl pracy czynnika chłodniczego.

źródło i zdjęcie: Panasonic Heating & Cooling Solutions