Alternatywa dla tradycyjnej energii. Zobacz, jak działa pompa ciepła

Pompy ciepła są dziś niezwykle popularne, ze względu na zwiększone zainteresowanie  zieloną energią.

Odnawialne Źródła Energii stanowią doskonałą alternatywę dla tradycyjnej energii z węgla, dlatego coraz większa liczba państw postanawia zmieniać swoją gospodarkę energetyczną na bardziej zieloną. Mimo popularności pomp ciepła tak naprawdę niewiele osób wie, w jaki sposób one działają. 

Historia pompy ciepła, czyli skąd wziął się ten przełomowy wynalazek?

Mogłoby się wydawać, że pompa ciepła jest urządzeniem, które zostało wynalezione i skonstruowane w ciągu ostatnich dwóch dekad. Okazuje się, że historia pompy ciepła sięga aż XIX wieku. W 1824 roku francuz Nicolas Carnot opublikował pierwsze zasady działania pompy ciepła. Wówczas pompa była tylko teorią podpartą kilkoma eksperymentami, dlatego powstanie prawdziwej pompy ciepła, która była całkowicie sprawna, zajęło ponad 100 lat. W Zurychu zostały uruchomione pierwsze duże systemy pomp ciepła, które ogrzewały budynek kongresowy, ratusz, urzędy oraz krytą pływalnię. 

Pierwsza gruntowa pompa ciepła została uruchomiona w Stanach Zjednoczonych w roku 1945. Warto podkreślić, iż pompa ta była zamontowana w domu jej konstruktora Roberta C. Webbera w Indianapolis. Urządzenie wyposażono w sprężarkę o nominalnej mocy 2 kW.

Technologia pomp ciepła była rozwijana przez dekady, dlatego nowoczesne technologicznie rozwiązania sprawiają, że współczesne pompy ciepła charakteryzują się doskonałą wydajnością i efektywnością. 

Główne rodzaje pomp ciepła

Pompy ciepła są klasyfikowane ze względu na tzw. dolne źródło ciepła. W ten sposób wyróżniamy m.in. urządzenia gruntowe, wodne oraz powietrzne. Często można się również spotkać z klasyfikacją pomp ciepła jako powietrze-woda, woda-woda oraz glikol/solanka-woda. Obecnie największą popularnością cieszą się pompy ciepła powietrze-woda. Urządzenia tego typu nie wymagają bowiem dodatkowych nakładów inwestycyjnych związanych z odbiorem ciepła z dolnego źródła.

Działanie pompy ciepła w zależności od rodzaju dolnego źródła 

W tym miejscu trzeba wyraźnie zaznaczyć, że działanie pompy ciepła uzależnione jest od rodzaju dolnego źródła ciepła. We współczesnych pompach ciepła rozróżniamy trzy podstawowe rodzaje tak zwanego dolnego źródła, czyli powietrze, wodę i grunt, dzięki czemu pompy ciepła dzielimy na:

• Powietrzna pompa ciepła opiera swoje działanie na wentylatorze, który umożliwia przepływ powietrza przez wymiennik. Za jego pośrednictwem ciepło jest odbierane poprzez czynnik chłodniczy, o którym wspomnieliśmy już wcześniej. Warto podkreślić, że istnieją dwa rodzaje powietrznej pompy ciepła - monoblok i split.
  W przypadku monobloku czynnik zostaje skroplony w jednostce zewnętrznej. Następnie przekazuje on ciepło do wody grzewczej lub glikolu. Wówczas woda lub glikol tłoczone są do modułu hydraulicznego w domu i dalej rozprowadzane są w instalacji. W przypadku pompy typu monoblok cały układ chłodniczy zamknięty jest w jednostce znajdującej się na zewnątrz budynku. W ofercie KOSPEL znajduje się zestaw z pompą ciepła typu monoblok
  Drugi rodzaj powietrznej pompy ciepła to split i różni się on od monobloku tym, iż jednostka zewnętrzna połączona jest z wewnętrznym modułem hydraulicznym za pomocą przewodów, które zawierają czynnik chłodniczy.
• Gruntowa pompa ciepła jest tym rodzajem pompy, który charakteryzuje się najbardziej stabilnym źródłem ciepła. Warto nadmienić, iż jest to inwestycyjnie także najdroższa opcja. Pionowy odwiert lub ułożony poniżej poziomu zamarzania w ziemi wymiennik w kształcie serpentyny wypełniany jest glikolem. Ogrzewanie gruntu za sprawą promieni słonecznych pozwala wykorzystywać ciepło do działania pompy, a w przypadku odwiertu działa ciepło geotermalne. W tego rodzaju pompach ciepła ograniczają się one wyłącznie do jednostki wewnętrznej, w której zamknięty jest cały obieg chłodniczy, czyli wymiennik pierwotny odbierający ciepło z zewnętrznego źródła, a także wtórny, którego zadaniem jest przekazanie ciepła do instalacji grzewczej.
•  Wodna pompa ciepła w swoim działaniu w dużym stopniu przypomina pompę gruntową. Wyjątkiem jest to, że źródłem ciepła jest woda np. ze zbiornika wodnego (jezioro, rzeka) lub z wód gruntowych. Warto jednakże podkreślić, że wodne pompy ciepła są najmniej rozpowszechnionym rodzajem pomp, przyczyną są specyficzne warunki źródła ciepła. Wodna pompa ciepła wymaga akwenu wodnego w małej odległości od domu - takim zbiornikiem może być np. jezioro.

Najpopularniejszymi pompami pozostają powietrzne pompy ciepła ze względu na prosty montaż oraz wszechobecną dostępność źródła ciepła, czyli powietrza.

Działanie i budowa pompy ciepła

Znając historię pompy ciepła, warto dowiedzieć się, jaki jest sposób jej działania. Zaskakującym jest fakt, iż pompy ciepła działają dokładnie na takiej samej zasadzie jak lodówki. Jak dziwnie by to nie brzmiało, to sposób działania lodówki i pompy ciepła jest analogiczny, ponieważ lodówka odbiera ciepło ze swojego wnętrza i przenosi je na zewnątrz (dlatego tył lodówki zawsze jest ciepły). Pompa ciepła pobiera ciepło z powietrza zewnętrznego, gruntu lub wody i przekazuje je do pomieszczenia. 

Kluczem w działaniu pompy ciepła jest czynnik chłodzący. Parowanie cieczy następuje w konkretnej temperaturze, co doskonale widać na przykładzie wody - aby woda na herbatę w czajniku się zagotowała, musi osiągnąć 100°C. Łatwo wtedy o poparzenie parą wodną, którą wytwarza gotująca się woda. Zdarza się każdemu, a wynika to z faktu, iż woda, skraplając się w postaci pary, oddaje ciepło. 

Warto podkreślić, że wystarczy znaleźć czynnik, który paruje w temperaturze niższej niż 100°C, aby uzyskać ten sam efekt, czyli pobierania ciepła. Niektóre czynniki są w stanie parować w temperaturze poniżej zera, dzięki czemu możemy pobierać ciepło nawet z powietrza, które jest bliskie zeru (lub nawet poniżej).

Dlaczego warto zdecydować się na pompę ciepła - zalety

Pompa ciepła to doskonała alternatywa dla tradycyjnych sposobów ogrzewania domu oraz ciepłej wody użytkowej. Warto podkreślić, że pompy ciepła doskonale sprawdzają się w połączeniu z instalacją fotowoltaiczną. Połączenie fotowoltaiki z pompą ciepła zapewnia ekologiczne i przede wszystkim ekonomiczne ogrzewanie w domu, dlatego takie rozwiązanie jest dziś stosowane najczęściej. 

Główną zaletą pompy ciepła jest wysoki poziom komfortu i wygody przy jej użytkowaniu. Warto dodać, iż pompa ciepła jest odnawialnym źródłem energii, dzięki czemu w połączeniu z PV daje samowystarczalność. Do pomp ciepła szczególnie polecane są wymienniki z dużą powierzchnią wężownicy. W celu zapewnienia pompie ciepła płynnego, bezpiecznego i ekonomicznego działania, należy zastosować zbiornik buforowy. 

Jest wiele korzyści płynących z użytkowania pomp ciepła. Urządzenia mają znaczny wpływ na obniżenie rachunków za energię, nie wydzielają zanieczyszczeń, a także są w pełni bezpieczne w użytkowaniu. Ze względu na budowę i zastosowane technologie, pompy ciepła to urządzenia praktycznie bezobsługowe.

Cicha i czysta praca sprawia, że pompa ciepła może być zwykle zainstalowana w dowolnie wybranym miejscu. Pompy ciepła doskonale spełniają swoją rolę zarówno w domowych warunkach, jak i w budynkach komercyjnych/użyteczności publicznej.