Malejące zasoby kopalnych nośników energii takich jak ropa naftowa, gaz ziemny, węgiel oraz niestabilna sytuacja światowej gospodarki powodują stały wzrost cen konwencjonalnych źródeł energii.

Nie da się też nie odczuć uzależnienia energetycznego Polski względem Europy Wschodniej. Fakty te sprawiają, iż coraz większym zainteresowaniem cieszą się odnawialne źródła energii. Jedną z dynamiczniej rozwijających się dziedzin tej gałęzi energetyki są technologie oparte na pompach ciepła. Pompy gruntowe (tradycyjnie zwane solanka-woda), oraz wysoki współczynnik efektywności energetycznej COP jaki zapewniają cieszą się coraz większą rzeszą zwolenników. Jednak duże koszty inwestycyjne oraz wysokie wymagania przestrzenno-glebowe sprawiły że oprócz wody i gleby jako dolne źródło ciepła zaczęto wykorzystywać również powietrze. W dalszej części skupimy się zatem na pompach ciepła powietrze-woda.

Do niedawna najczęściej stosowanym rodzajem pomp powietrze-woda były pompy typu przedmuchowego. Zasada ich działania polega na tym, że kanałem nawiewnym o dużym przekroju powietrze z zewnątrz doprowadzane jest do pompy ciepła umieszczonej w budynku.
W pompie poprzez parownik ciepło odbierane jest od powietrza do czynnika roboczego, następnie za pośrednictwem sprężarki i skraplacza ciepło przekazywane jest do wody wykorzystywanej do centralnego ogrzewania i podgrzewu wody użytkowej. Schłodzone powietrze usuwane jest za pośrednictwem kanału wylotowego na zewnątrz.

Postęp w technologii odzyskiwania ciepła z powietrza doprowadził do gwałtownego rozwoju pomp powietrznych. Powstały pompy nowej generacji o wyższym COP i mniej uciążliwe dla użytkownika. Dużą rolę odegrały tu wiedza i doświadczenie czołowych firm z branży grzewczej i klimatyzacyjnej. Jedną z nich jest japońska firma Daikin, która wykorzystując wieloletnie doświadczenie w produkcji pomp powietrznych skonstruowała system Altherma.

Prześledźmy uproszczoną drogę wytwarzania ciepła w pompie powietrze-woda nowej generacji (rys.1). W wymienniku ciepła (parownik) jednostki zewnętrznej przepływa czynnik roboczy – ekologiczny R410A – znajdujący się pod niskim ciśnieniem. Na skutek pracy wentylatora wymiennik omywany jest przez duże ilości powietrza zewnętrznego. Poziom temperatury w otoczeniu parownika przekracza temperaturę wrzenia czynnika roboczego, wskutek czego czynnik paruje odbierając ciepło od powietrza (4-1).  Dzięki zastosowaniu R410A istnieje możliwość jego odparowania nawet przy -250C. Następnie inwerterowy kompresor spiralny spręża pary czynnika co jednocześnie powoduje wzrost jego temperatury (1-2) i tutaj kończy się zakres jednostki zewnętrznej.

Stosowane w pompach powietrznych nowej generacji sprężarki inwerterowe oraz zmienna nastawa temperatury wody optymalizują zużycie energii. Inwerter dopasowuje obroty sprężarki do zapotrzebowania ciepła, co zwiększa współczynnik efektywności energetycznej i zapewnia stabilną temperaturę wewnętrzną. Aby utrzymać współczynnik COP na wysokim poziomie należy w miarę możliwości ograniczyć różnicę temperatur pomiędzy dolnym, a górnym źródłem ciepła. Na temperaturę zewnętrzną nie mamy wpływu, dlatego w budynkach wykorzystujących pompy ciepła wskazane jest stosowanie ogrzewania niskotemperaturowego (podłogowe, ścienne lub odpowiednio przewymiarowane grzejniki). Zabezpieczeniem na wypadek wystąpienia długotrwałych ujemnych temperatur (co powoli w naszym klimacie staje się rzadkością) jest dodatkowa grzałka elektryczna montowana w hydromodule zapewniająca wspomaganie centralnego ogrzewania, oraz grzałka elektryczna w zbiorniku c.w.u. zapewniająca w skrajnych warunkach ciepłą wodę użytkową. Pomimo wspomagania grzałkami przy niskich temperaturach koszty ogrzewania pompą ciepła powietrze woda są nieporównywalnie mniejsze niż w przypadku zastosowania źródeł ciepła na konwencjonalne paliwa. Jako przykład może posłużyć tutaj instalacja pompy powietrze-woda (nominalna moc grzewcza – 8,43 kW) pod Krakowem, wykonana przez firmę Womar Hurtownia w domu Pana Marka Boboli. Zainteresowanie nowoczesnymi technikami grzewczymi i klimatyzacyjnymi skłoniło go do prowadzenia systematycznych pomiarów zużycia energii.

Pomimo iż taka pompa ma niższy współczynnik COP, a co za tym idzie wyższe koszty eksploatacji niż pompy gruntowe to jej zalety są nie do podważenia. Całkowity koszt inwestycyjny (z montażem) pompy ciepła wraz z zasobnikiem c.w.u. jest średnio dwukrotnie niższy niż koszt inwestycyjny pompy podobnej mocy opartej na kolektorze gruntowym poziomym. Poza tym, do takiej instalacji niepotrzebne są prace ziemne ani wiertnicze, nie potrzebujemy dużej powierzchni działki ani określonych warunków geologicznych. Montaż systemu (jednostka zewnętrzna., hydromoduł, zasobnik c.w.u.) można przeprowadzić na miejscu w ciągu jednego dnia. (…)

JAKUB KAPUŚNIAK – Womar

Cały artykuł – GLOBEnergia 2/2008

pokazowa instalacje pomp ciepła powietrze- woda