Pompy ciepła to urządzenia znane coraz szerszej rzeszy zwolenników odnawialnych źródeł energii.

Najbardziej popularne wciąż pozostają pompy gruntowe oraz powietrzne zasilane sprężarkami elektrycznymi. Znacznie mniej znane są pompy ciepła zasilane gazem. Mimo żenie są tak często stosowane jak ich elektryczni „kuzyni”, posiadają wiele ciekawych rozwiązań technicznych i idących za tym za let.

Możemy wyróżnić dwa podstawowe rodzaje pomp ciepła zasilanych gazem. Jako pierwsze przedstawię gazowe sprężarkowe pompy ciepła (GHP). Podstawową różnicą w stosunku do dobrze znanych nam elektrycznych jest to, że sprężarka napędzana jest przez silnik gazowy.

 

 

 

Fot. Gazowa sprężarkowa pompa ciepła (źródło: www.atmopomiar.pl)

Jako że urządzenia GHP to przeważnie splitowe pompy ciepła powietrze-powietrze lub powietrze-woda, podstawowe elementy obiegu termodynamicznego prześledzimy na przykładzie takiej właśnie pompy. W parowniku będący pod niskim ciśnieniem czynnik roboczy (przeważnie R410A) zmienia stan skupienia z ciekłego na gazowy odbierając ciepło z otoczenia (powietrze). Odparowany gaz dostaje się do sprężarki spiralnej zasilanej silnikiem gazowym. Wzrasta ciśnienie i temperatura czynnika roboczego, który przetransportowany zostaje do skraplacza. Tutaj sprężony i gorący R410A trafia na temperaturę niższą niż jego temperatura wrzenia, w związku z czym skrapla się oddając ciepło do otoczenia. Następnie, poprzez zawór rozprężny, czynnik pod niskim ciśnieniem trafia do parownika, by mógł ponownie odparować powtarzając cały cykl.

Pompy GHP mogą być zasilane gazem ziemnym, ciekłym gazem LPG lub oczyszczonym biogazem. Zaletą zastosowania silnika gazowego jest odzysk ciepła odpadowego z silnika i wykorzystanie go w procesie termodynamicznym, co zwiększa efektywność energetyczną urządzenia.

Drugim rodzajem pomp ciepła zasilanych gazem są gazowe pompy aborpcyjne (GAHP). Tutaj różnica w stosunku do pomp elektrycznych jest jeszcze większa. Sercem urządzeń GAHP nie jest sprężarka, lecz układ, w którym transport ciepła ze źródła dolnego do górnego następuje dzięki wykorzystaniu procesu absorpcji i desorpcji. Czynnikiem roboczym jest zazwyczaj roztwór amoniaku z wodą. Absorpcja to proces, w którym jedna substancja zostaje wchłonięta w całą objętość drugiej substancji, z wydzieleniem ciepła do otoczenia. Zasadę działania przedstawiono na przykładzie gazowej absorpcyjnej pompy ciepła powietrze-woda firmy Robur, dostępnej na polskim rynku. Prześledźmy cały cykl, zaczynając od momentu, w którym na skutek spalania gazu (gaz ziemny lub LPG) ciepło zostaje dostarczone do warnika.

Schemat działania gazowej absorpcyjnej pompy ciepła

Rys. Schemat działania gazowej absorpcyjnej pompy ciepła (źródło: flowair, www.gazowe-pompy-ciepla.pl)

Technika absorpcyjna od lat wykorzystywana jest w chłodnictwie przemysłowym, klimatyzacji, w chłodziarkach kempingowych, a nieco krócej w grzewczych pompach ciepła. Możliwość pracy rewersyjnej poszerza zakres zastosowań urządzeń GAHP. Wykorzystuje się je jako grzewcze lub grzewczo-chłodzące pompy ciepła w budynkach mieszkalnych, w przemyśle jako agregaty wody lodowej przy równoczesnym podgrzewie wody użytkowej. Z powodzeniem wykorzystywane są również jako systemy grzewczo-klimatyzacyjne w budynkach hotelowych i biurowych. Podobnie jak elektryczne pompy ciepła pompy GAHP mogą pracować na różnych rodzajach dolnych źródeł, czyli powietrzu, wodzie, gruncie. Sprawności sięgają 180%. W porównaniu z wysokim COP pomp elektrycznych może się to wydawać niewiele, jednak fakt, że zasilane są gazem, sprawia, że koszty eksploatacyjne są porównywalne. Dodatkową korzyścią jest zmniejszenie wymagań co do wielkości dolnego źródła, w przypadku sond pionowych może to być mniej nawet o 70%.

W naszym kraju gazowe pompy ciepła nie są popularnym systemem grzewczym. Mimo że zainteresowanie stale rośnie, to wciąż pozostajemy w tyle za bardziej rozwiniętymi krajami Europy, które już dawno zdały sobie sprawę z korzyści płynących ze stosowania tego typu urządzeń.

Jakub Kapuśniak, Redakcja GLOBEnergia


Cały artykuł – GLOBEnergia 1/2010

pompa ciepła zasilana gazem