Pompy ciepła to urządzenia grzewcze należące do odnawialnych źródeł energii, które zyskują coraz więcej zwolenników nie tylko w Europie Zachodniej, gdzie system dotacji jest znacznie bardziej zaawansowany, ale także w naszym kraju. Rozwój technologii energooszczędnych sprawił, że na rynku pojawiło się wiele rodzajów pomp ciepła różniących się nie tylko rodzajem dolnego źródła, ale również znacznie odbiegających od siebie pod względem rozwiązań konstrukcyjnych.
 

Warto usystematyzować sobie wiedzę na temat rodzajów pomp ciepła, aby móc łatwiej odnaleźć się przy doborze odpowiedniej dla siebie technologii. Podstawowym kryterium podziału jest rodzaj dolnego źródła, pogłębiłem go jednak o dalsze różnice w samej konstrukcji pompy.

 

schemat
Ze względu na dolne źródło możemy wyróżnić pompy ciepła gruntowe, wodne oraz powietrzne.
 

Grunt jest bardzo dobrym akumulatorem ciepła i na głębokości poniżej 1,5 m utrzymuje korzystne warunki temperaturowe. Ciepło odbierane jest za pośrednictwem kolektora poziomego lub sond pionowych. Kolektor poziomy to system rur z tworzywa sztucznego rozłożonych poniżej granicy przemarzania gruntu (średnio od 1,5 do 1,7 m), w których płynie mieszanina wody i cieczy niezamarzającej, najczęściej glikolu. W przypadku kolektora poziomego wykorzystujemy ciepło atmosferyczne pozyskane przez grunt dzięki promieniowaniu słonecznemu oraz opadom deszczu, dlatego teren nad kolektorem nie powinien być porośnięty bujną roślinnością ani w jakikolwiek sposób zabudowany.
 

Drugą metodą wykorzystania ciepła z gruntu jest zastosowanie sond pionowych. System ten wymaga minimalnej powierzchni w porównaniu z kolektorem poziomym. Z racji na wykorzystanie ciepła geotermalnego jest również bardziej wydajny, niestety droższy ze względu na koszt odwiertów. Polega on na wprowadzeniu w odwiert sprefabrykowanej sondy z tworzywa sztucznego w postaci podwójnej lub pojedynczej U-rurki. Ilość i głębokość odwiertu zależy od budowy geologicznej w miejscu instalacji oraz od zastosowanej sondy. W dużym uproszczeniu można przyjąć że dla domu o powierzchni 200 m2 .
 

W przypadku wykorzystania ciepła z gruntu zarówno przy kolektorach poziomych, jak i przy sondach pionowych stosujemy takie same pompy ciepła, nazywane glikolowymi lub po prostu glikol/woda. Często zwyczajowo nazywa się je solankowymi pompami ciepła lub pompami solanka/woda.
 

Czasem do wykorzystania ciepła z gruntu wykorzystuje się inny rodzaj pomp, są to tzw. pompy ciepła z bezpośrednim odparowaniem czynnika. Tu przez kolektor poziomy wykonany z rur miedzianych przepływa czynnik roboczy. Następuje więc bezpośrednia wymiana ciepła między gruntem i pompą ciepła, a cały kolektor jest parownikiem. Pozwala to osiągnąć duże sprawności oraz zmniejszyć powierzchnię kolektora jednak ze względu na trudność w jego wykonaniu, wysokie ciśnienia pracy oraz duże ilości czynnika roboczego rozwiązania tego typu są stosowane coraz rzadziej.

Woda ze względu na swe właściwości cieplne jest bardzo efektywnym dolnym źródłem, jednak musi zostać zapewniona jej odpowiednia ilość określona w wytycznych producenta. Są to stosunkowo duże wartości przepływu, dlatego nie wszędzie istnieje możliwość jej wykorzystania. Drugim bardzo ważnym warunkiem jest mineralizacja wody, nieprzekraczająca wartości określonych w wytycznych.
 

Największe zróżnicowanie konstrukcyjne występują wśród pomp, których dolnym źródłem jest powietrze. Systemem najdłużej obecnym na rynku powietrznych pomp ciepła są urządzenia typu przedmuchowego do ustawienia wewnętrznego. W instalacjach tego typu powietrze zewnętrzne doprowadzane jest do pompy kanałem dolotowym i kierowane na parownik umieszczony w pompie. Sprężarka, zawór rozprężny i skraplacz również umieszczone są w obudowie pompy. Schłodzone powietrze usuwane jest kanałem wylotowym na zewnątrz budynku.
 

Kolejny rodzaj pomp powietrze-woda to urządzenia przedmuchowe przeznaczone do ustawienia zewnętrznego. Zasada działania jest analogiczna jak przy pompach wewnętrznych, z tym że tutaj cały układ pompy ciepła usytuowany jest na zewnątrz budynku. Wyjście i powrót wody grzewczej realizowany jest przewodami przechodzącymi bezpośrednio przez ścianę przy bliskim ustawieniu pompy lub przewodami wkopanymi poniżej strefy zamarzania przy większej odległości pompy od budynku.
 

Następnym rodzajem pomp ciepła powietrze-woda są urządzenia typu split z obiegiem dolnego źródła. Składają się one z dwóch zasadniczych modułów: wewnętrznego – umieszczonego w budynku oraz zewnętrznego, który jest  umieszczony w dowolnym miejscu na zewnątrz. Moduły te są połączone dwoma przewodami rurowymi.
 

Najmłodszy systemem pomp powietrze/woda to układy split z rozdziałem parownika i skraplacza. Tu również wyróżniamy dwa moduły: zewnętrzny i wewnętrzny, jednak po raz pierwszy rozłączono cały układ roboczy pompy ciepła. W jednostce zewnętrznej znajduje się parownik, sprężarka i zawór rozprężny, w module wewnętrznym umieszczono skraplacz oraz niektóre elementy układu hydraulicznego jak pompa obiegowa górnego źródła, naczynie wzbiorcze itp.
 

Specyficznym rodzajem są pompy ciepła zasilane gazem. Mamy tu pompy GHP, czyli splitowe pompy powietrze/woda lub powietrze/powietrze, gdzie sprężarka napędzana jest przez silnik zasilany gazem. Urządzeniami jeszcze bardziej odbiegającymi konstrukcyjnie od elektrycznych pomp ciepła są gazowe absorpcyjne pompy ciepła (GAHP). Ich sercem nie jest sprężarka lecz układ, w którym transport ciepła ze źródła dolnego do górnego występuje dzięki wykorzystaniu procesów absorpcji i desorpcji.
 

Każda z omówionych powyżej pomp jest kompletnym urządzeniem grzewczym, które może zapewnić zarówno centralne ogrzewanie, jak i podgrzew ciepłej wody użytkowej. Bez względu na dolne źródło pompy większości producentów mogą też pracować w obiegu odwróconym, zapewniając chłodzenie latem.
 

Odrębną grupą są pompy powietrzne przeznaczone tylko do podgrzewu c.w.u. Są to urządzenia, gdzie w jednej obudowie znajduje się cały układ pompy ciepła, pod którym zabudowany jest zasobnik na ciepłą wodę. Mamy tu więc parownik, sprężarkę oraz zawór rozprężny. Pod nimi znajduję się zbiornik c.w.u. z nawiniętym skraplaczem pompy ciepła. Urządzenia te przeznaczone są do ustawienia w pomieszczeniach, z których mogą czerpać ciepło, np. piwnice, suszarnia, garaże.
 

Jak widać, pompy ciepła to coraz szersza gama zawansowanych urządzeń, których różnorodność pozwala na wybranie systemu odpowiedniego dla spełnienia konkretnych wymagań użytkownika.
 

Jakub Kapuśniak
GLOBEnergia

Cały artykuł w GLOBEnergia 2/2011:

pompy ciepla 1pompy ciepla 2pompy ciepla 3pompy cpiepla 4