Kliknij na obraz by wyświetlić grafikę
Jak działa pompa ciepła? Pompy ciepła, choć nie raz uznawane za skomplikowane w obsłudze urządzenia, budzą coraz większe zaufanie wśród potencjalnych inwestorów. Na rynku urządzeń grzewczych stały się obecnie atrakcyjną alternatywą dla wysoce emisyjnych kotłów węglowych. Wykorzystując bowiem energię słoneczną zgromadzoną w gruncie, powietrzu czy wodach gruntowych, pompy ciepła ograniczają tym samym szkodliwe emisje do atmosfery.
Górne i dolne źródło ciepła, czyli skąd wzięło się nazewnictwo?
Dolnym źródłem ciepła, czyli otoczeniem z którego odbierana jest energia cieplna, może być powietrze, grunt lub woda gruntowa. Na ciepło użytkowe przekształcone może zostać także ciepło odpadowe pochodzące z procesów przemysłowych. Z tych względów wyróżniamy trzy główne rodzaje pomp – powietrzne, gruntowe i wodne. Górnym źródłem ciepła, czyli instalacją, pozwalającą wykorzystać powstałą energię cieplną, jest instalacja grzewcza odpowiadająca na potrzeby cieplne odbiorcy. Najczęściej mamy do czynienia z pompami oddającymi ciepło do wodnych instalacji grzewczych (wypełnionych płynem bądź wodą), istnieją jednak również instalacje grzewcze, w których nośnikiem ciepła jest powietrze. W oparciu o tę różnorodność spotykamy się z pompami typu powietrze-powietrze, grunt-woda, woda-woda itp. Drugi człon ich nazwy ma zatem związek z typem instalacji stanowiącej górne źródło ciepła.
Zimno, a jednak ciepło
Niezależnie jednak od rodzaju pompy, każda z nich składa się z kilku podstawowych elementów, tworzących zamknięty układ, wewnątrz którego krąży trudnozamarzająca ciecz. Podstawowe procesy fizyczne umożliwiają wykorzystanie niskotemperaturowego ciepła do ogrzewania wnętrza budynków.Podstawowe zasady fizyki, na których oparta jest zasada działania pomp ciepła:
1. Ciepło, jako specyficzny rodzaj energii występuje także podczas niskich, a nawet ujemnych, temperatur.
2. Zgodnie z II zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa z obszaru o temperaturze wyższej do obszaru o temperaturze niższej
3. Podczas sprężania gazu wzrasta jego temperatura
4. Zmiana stanu skupienia związana jest z oddawaniem lub przyjmowaniem ciepła
5. Temperatura, w której zmienia się stan skupienia zależna jest od panującego ciśnienia
Warto pamiętać, że nawet przy ujemnych temperaturach można odebrać ciepło z powietrza, gruntu czy wód gruntowych - ciepło bowiem jest formą energii związanej z przekazywaniem energii ruchu cząstek(1). Z tego też względu spotkać możemy pompy ciepła zdolne prawidłowo funkcjonować nawet przy minus 20 st. C.
Jak działa pompa ciepła? Jak „odwrócona” lodówka
Aby zobrazować pracę pomp ciepła możemy porównać ją do pracy lodówki. Różnica polega jednak na tym, że lodówka odbiera ciepło od produktów żywnościowych, a następnie oddaje je do otoczenia, tymczasem pompy pobierają ciepło z otoczenia i przekazują je do wnętrza budynku. Proces ten przebiega wbrew naturalnemu kierunkowi przepływu ciepła – następujący po sobie cykl procesów termodynamicznych pozwala jednak spowodować przepływ ciepła z obszaru chłodniejszego do cieplejszego. Instalacje pomp ciepła nazywane są często systemami chłodniczymi o odwróconym obiegu.
Aby mogły poprawnie funkcjonować niezbędne jest dostarczenie energii elektrycznej. Dzisiejsze systemy wymagają dostarczenia jedynie 25 do 30 proc. energii z zewnątrz. Energię tę wykorzystuje się do napędu sprężarki. Oznacza to, że nawet 75 proc. energii cieplnej dostarczonej do wnętrza budynku pochodzi z otoczenia.
Jak dokładnie przebiega cały proces? Opisać go można w 7 etapach, które przedstawia przygotowana przez nas infografika.
Joanna SpillerDziennikarz, inżynier środowiska
Tekst powstał przy współpracy z Polską Organizacją Rozwoju Technologii Pomp Ciepła (PORT PC).
