Rosnąca świadomość ochrony klimatu i środowiska oraz wynikające z niej unijne i krajowe programy pomocowe, a także systematyczny wzrost cen nośników energii to podstawowe przyczyny rosnącej popularności OZE. W ostatnich latach zjawisko to dotyczyło w naszym kraju przede wszystkim systemów fotowoltaicznych, ale coraz większym zainteresowaniem cieszą się instalacje c.o. i przygotowania c.w.u. wykorzystujące pompy ciepła.
Czytelnikom niezajmującym się na co dzień tematyką instalacji odnawialnych źródeł energii (OZE) należy się na wstępie wyjaśnienie, czym są pompy ciepła i z czego wynikają korzyści z ich stosowania.
Zgodnie z prawami fizyki w warunkach naturalnych energia cieplna przepływa z obszaru o wyższej temperaturze do obszaru o temperaturze niższej. Istnieją jednak urządzenia, które potrafią odwrócić kierunek przepływu ciepła tak, aby płynęło ono z obszaru zimniejszego do cieplejszego, wykorzystując w tym procesie dodatkową porcję energii, w tym przypadku energię elektryczną. Takimi urządzeniami są właśnie pompy ciepła. Nazwa wzięła się z analogii do przepływu wody – aby woda popłynęła „w górę”, potrzebna jest pompa.
>>> Odnawialne źródła energii w systemach grzewczych w budynku jednorodzinnym
>>> Zastosowanie pomp ciepła w wentylacji i klimatyzacji
Rys. 2. Zasada działania pompy ciepła
Budowa pomp ciepła
Podstawowe podzespoły, z których składa się pompa ciepła, to: parownik, skraplacz, sprężarka i zawór rozprężny (rys. 2). Są one połączone rurociągiem, w którym krąży specjalny czynnik zwany chłodniczym. Jego charakterystyczną cechą jest stosunkowo niska temperatura wrzenia. Dzięki tej właściwości czynnik jest w stanie odparować, pobierając ciepło z obszarów o temperaturze nawet znacznie poniżej 0oC. Proces ten zachodzi w parowniku (stąd nazwa tego podzespołu). Cały proces wymiany ciepła w pompie przebiega w następujący sposób:
- po odebraniu ciepła z dolnego źródła, np. z powietrza otaczającego budynek, wody lub gruntu, i odparowaniu czynnik zostaje zassany przez sprężarkę, a następnie sprężony, w wyniku czego rośnie jego ciśnienie i temperatura;
- po sprężeniu czynnik o wysokiej temperaturze zostaje wtłoczony do skraplacza, w którym oddaje ciepło do obiegu centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej w budynku;
- po przejściu przez skraplacz i oddaniu ciepła czynnik ulega skropleniu w wyniku spadku temperatury, a następnie dociera do zaworu rozprężnego, gdzie w trakcie rozprężania spada jego ciśnienie i następuje dalszy, znaczny spadek temperatury;
- w tym momencie czynnik o bardzo niskiej temperaturze jest gotowy do pobrania ciepła z dolnego źródła i cały wyżej opisany proces się powtarza.
W dalszej części artykułu:
Budowa pomp ciepła cd.
Przykładowe schematy instalacji z pompą ciepła
Podział pomp ciepła
Cały artykuł dostępny jest w numerze 5/2024 miesięcznika „Inżynier Budownictwa”.
Mariusz Ossowski
Główny Specjalista ds. rozwoju OZE, Urząd Dozoru Technicznego, Departament Techniki, Wydział Nowych Technologii
>>> Wybór pompy ciepła. Jak dobrać moc do potrzeb?
>>> Pompy ciepła – efektywność, moc oraz obowiązki użytkowników i monterów
>>> Powietrzne pompy ciepła – zasada działania, wydajność, koszty
>>> Lekcja języka angielskiego: A heat pump
