Pompa ciepła jest urządzeniem pozwalającym na przepływ ciepła ze strefy o niższej temperaturze do strefy o temperaturze wyższej. Oznacza to, że odbierając ciepło np. z gruntu, wody, czy powietrza podnosi jego użyteczną temperaturę, wykorzystując następnie dla potrzeb centralnego ogrzewania, czy produkcji ciepłej wody użytkowej. Pompy ciepła mogą być wykorzystywane w domach jedno- i wielorodzinnych, hotelach, szpitalach, szkołach, budynkach biurowych i obiektach przemysłowych, a tyczy się to nie tylko obiektów nowych ale także modernizowanych. Poza wspomnianą produkcją ciepła, niewątpliwą zaletą pomp ciepła, jest możliwość wykorzystania ich w okresie letnim do chłodzenia. Ze względu na wykorzystywaną technologię można wyróżnić kilka rodzajów pomp ciepła m.in. sprężarkowe, termoelektryczne, czy sorpcyjne. Idea ich pracy jest jednak zbliżona, gdyż każdą pompę ciepła można traktować jako urządzenie, które przy pomocy energii dodatkowej podnosi temperaturę czynnika roboczego z niskiego na wysoki poziom temperaturowy, umożliwiając praktyczne wykorzystanie zawartego w nim ciepła. Wspomniane zostało, że do funkcjonowania takiego procesu niezbędna jest energia dodatkowa. W przypadku sprężarkowych pomp ciepła mowa o energii elektrycznej niezbędnej do napędu sprężarki.

 

Podobnie sytuacja wygląda w przypadku termoelektrycznych pomp ciepła wykorzystywanych głównie do chłodzenia, tutaj nie mamy jednak do czynienia ze sprężarką tylko z wykorzystaniem efektu Peltiera (pochłanianie lub wydzielanie, w zależności od kierunku prądu, ciepła na granicy dwóch różnych przewodników przy przepływie przez nie prądu elektrycznego). Co do sorpcyjnych (absorpcyjnych, adsorpcyjnych) pomp ciepła, niezbędne jest dostarczenie do termicznej sprężarki, energii cieplnej pochodzącej np. ze spalania gazu. Najpowszechniej stosowanym z wymienionych rozwiązań są sprężarkowe pompy ciepła zasilane energią elektryczną i to na nich skupimy się w dalszej części artykułu. Ilość energii elektrycznej potrzebnej do pracy sprężarki uzależniona jest od ilości energii przenoszonej pomiędzy strefą o niższej temperaturze, a strefą o temperaturze wyższej. Zależy ona od różnicy temperatur między wspomnianymi strefami i wzrasta razem z ich wartościami. Pompa ciepła nie wytwarza zatem energii cieplnej, a jedynie ją przekazuje. Przekazanie ciepła realizowane jest dzięki sprężaniu oraz rozprężaniu par czynnika roboczego krążącego wewnątrz pompy ciepła.

 vaillant sikorka

Zasada działania pompy ciepła

 

Podstawowymi elementami pompy ciepła są parownik, sprężarka, skraplacz i zawór rozprężający. Ponadto urządzenia te wyposażone są w sterownik, pompkę obiegową dolnego źródła i grzałkę elektryczną. Zazwyczaj pompy ciepła zawierają zbiornik ciepłej wody użytkowej, przy czym w przypadku urządzeń o dużej mocy, zbiornik ten stanowi oddzielny element. Niskotemperaturowe ciepło aerotermalne, geotermalne, czy hydrotermalne, odbierane jest przez czynnik roboczy dolnego źródła i kierowane do parownika pompy ciepła. W parowniku następuje przekazanie zakumulowanej w nim energii czynnikowi roboczemu krążącemu w obiegu zamkniętym pompy ciepła, przy jednoczesnym jego odparowaniu. Pary czynnika kierowane są do sprężarki, gdzie następuje ich sprężenie (wzrost ciśnienia i temperatury par czynnika), a następnie do drugiego z wymienników ciepła – skraplacza. Skraplacz omywany jest wodą sieciową, która odbiera ciepło od par czynnika….

 

schemat działania pompy ciepła

 

Michał Kaczmarczyk
GLOB Energia, AGH KSE

Czytaj całość w GlobEnergia 5/2011

okładka-globenergia-5-2011Image16