Jak działa pompa ciepła?

Artykuł zawiera podstawowe, kluczowe informacje, ale stanowi też wstęp do dalszych wyjaśnień.

Nie musisz rozumieć, jak działa pompa ciepła, by być szczęśliwym jej posiadaczem, ale zrozumienie jej wyjątkowości na tle innych źródeł ciepła oraz ograniczeń z pewnością pomoże Ci podjąć decyzję o jej zakupie.

Zrozumienie wszystkich aspektów działania pompy ciepła z pewnością wymaga czasu i wysiłku. Na szczęście podstawy można przyswoić całkiem bezboleśnie i to właśnie jest celem tego artykułu. Klikając na odnośniki znajdziesz bardziej szczegółowe objaśnienia przyrządów i zjawisk wspólnie pompujących ciepło do Twojego mieszkania.

Normalnie ciepło wytwarzamy wskutek spalania gazu, paliwa, węgla lub drewna. Takie spalanie może występować w domowym kominku, kotłowni ogrzewania systemowego lub w elektrowni, gdzie powstaje energia, którą wykorzystujemy następnie do ogrzewania.

Pompy ciepła są inne.

Pompy ciepła transportują ciepło z miejsca zimnego do ciepłego, tak jak pompy hydrauliczne transportują wodę z miejsca niższego do wyższego. W obu tych przypadkach działamy przeciwnie do obiegu naturalnego, więc wymaga to zewnętrznego źródła energii. Na szczęście ilość energii zyskanej w mieszkaniu znacznie przewyższa ilość energii porzebnej do jej przemieszczenia.

Jeśli chodzi o źródło ciepła, pompa ciepła najwięcej wspólnego ma z kolektorami słonecznymi. O ile jednak kolektory słoneczne pozwalają bardziej wydajnie wykorzystać energię słoneczną, która i tak pada na nasz dom, pompy ciepła pobierają energię słoneczną zmagazynowaną w powietrzu, glebie i wodzie. Fakt zmagazynowania tej energii sprawia, że działają w nocy, zimie i przy złej pogodzie.

Ktoś może się zastanawiać, jak można pozyskać ciepło, gdy na dworze jest zimno, a pod ziemią chłodno. Otóż w fizyce nie ma czegoś takiego jak zimno, tylko mniejsza ilość ciepła. Ciepło związane jest z ruchem cząstek, a to co my odbieramy jako chłód, oznacza po prostu, że cząsteczki bardziej leniwie się poruszają, ale poruszają się nadal. I energię tego poruszania można pobrać i przenieść gdzieś indziej.

Z ekonomicznego punktu widzenia powinieneś tylko wiedzieć, że przepompowanie takiej samej ilości ciepła wymaga znacznie mniej energii niż wytworzenie jej standardowymi metodami.

Pompy ciepła są wszędzie wokół nas i zwykle nie zdajemy sobie z tego sprawy. Dzieje się tak, ponieważ historycznie częściej używane są do chłodzenia. I tak:

• Lodówka to pompa ciepła, która ochładza wnętrze i ogrzewa pomieszczenie. Jeśli otwartą lodówkę wsadzisz w okno drzwiami na zewnątrz, będzie ogrzewała dom.
• Klimatyzator z odwróconym obiegiem to już najprawdziwsza pompa ciepła powietrze - powietrze.

Pompy ciepła to właściwie jedyna powszechnie technologia z pomocą której można obniżyć temperaturę. Jest tak, ponieważ energia (cieplna w tym przypadku) nie może sobie tak po prostu zniknąć - trzeba ją przemieścić, przekształcić, "wypompować".

W wypadku klimatyzatorów i lodówek ogrzewanie mieszkania lub powietrza na zewnątrz jest skutkiem ubocznym. Z kolei w pompach ciepła skutkiem ubocznym jest ochładzanie powietrza, gruntu lub wody na zewnątrz (w raczej niewielkim stopniu).

Wiedząc to wszystko, przejdźmy do szczegółów.

Dość łatwo jest zrozumieć zasadę pompowania ciepła, natomiast stosunkowo trudno jest pojąć wszystkie aspekty naszej złożonej rzeczywistości, które przyczyniają się do zaistnienia tego procesu. W tym artykule skupiamy się na podstawowych informacjach. Z tego powodu poniższy rysunek i wyjaśnienia to zbiór uproszczeń i półprawd, określonych w jednej z książek Terrego Pratchetta mianem "pożytecznych kłamstw", koniecznych do zrozumienia danego zjawiska. Artykuły dotyczące poszczególnych elementów zawierają więcej informacji.

Najprostrza pompa ciepła składa się z następujących elementów:

• czynnik grzewczy - to, co płynie w środku
• pompa hydrauliczna - zwiększa ciśnienie czynnika grzewczego
• zawór dławiący - zmniejsza ciśnienie czynnika grzewczego
• dwa wymienniki ciepła (parownik i skraplacz) - przekazują ciepło z dolnego źródła do czynnika, a potem z czynnika do źródła górnego

Czynnik przed parownikiem ma bardzo niską temperaturę, na tyle niską, że nawet w mróz jest ona niższa od temperatury otoczenia. Dzięki temu czynnik zwiększa swoją energię wewnętrzną, co ma miejsce w wymienniku ciepła, jakim jest parownik. Następnie czynnik trafia do pompy, która ściska cząsteczki czynnika razem, zwiększając tym samym temperaturę. Patrząc całościowo, pompa nie ogrzewa czynnika, ale koncentruje jego energię wewnętrzną. Tak skoncentrowany, bardzo gorący czynnik oddaje część swojej temperatury w skraplaczu, kolejnym wymienniku ciepła. Następnie skoncentrowany, dalej gorący czynnik przechodzi przez dławik, który go rozpręża, a tym samym obniża jego temperaturę.

Pompowanie ciepła do wnętrza budynku sprawia, że z 1 kWh zużytej energii elektrycznej możesz uzyskać nawet 3-4 kWh energii cieplnej! Więcej informacji na temat funkcjonowania pomp ciepła znajdziesz, czytając poniższy artykuł.

Standardowa pompa pompuje wodę z dołu do góry.

Pompa ciepła pompuje ciepło z dolnego źródła do górnego źródła. Nie ma znaczenia, co fizycznie znajduje się wyżej, a co niżej. Chodzi po prostu o kolejną analogię do standardowych pomp. Jeśli więc ogrzewamy mieszkanie, to górne źródło ciepła znajduje się w mieszkaniu.

Poszczególne pompy ciepła są rozróżniane właśnie ze względu na dolne i górne źródło. Ich nazewnictwo tworzy się w ten sposób:pompa ciepła dolne źródło - górne źródło

Czyli na przykład:

• pompa ciepła powietrze - powietrze
• pompa ciepła powietrze - woda
• pompa ciepła gruntowo - powietrzna
• pompa ciepła gruntowo - wodna
• pompa ciepła woda - woda

Jaki typ pompy ciepła będzie najlepszy w Twoim przypadku?