Jak działa pompa ciepła?

Podsumowanie z 2020 roku wskazuje na przełomowy wzrost popularności pomp ciepła, które stały się produktem pierwszego wyboru. Według raportu Polskiej Organizacji Rozwoju Technologii Pomp Ciepła, odnotowano wzrost sprzedażowy o 108%. W porównaniu do roku poprzedniego – sprzedano ponad 42 tys. sztuk pomp ciepła typu powietrze-woda.

Jakim urządzeniem jest pompa ciepła? Jakie są zasady działania pompy ciepła? Postaramy się odpowiedzieć na te pytania oraz poruszyć najważniejsze kwestie ekonomiczne oraz użytkowe właśnie tych urządzeń.

Czym jest pompa ciepła?

Najważniejszym aspektem działania pompy ciepła jest system grzewczy. Związany z instalacjami centralnego ogrzewania (c.o.) oraz ciepłej wody użytkowej (c.w.u.), który w sprzyjających warunkach jest w stanie wykorzystać energię z naturalnych, darmowych zasobów aż w 75%. Pozostałe, jedyne 25% zapotrzebowania energetycznego pomp ciepła pozyskiwane zostaje w stanie ‘surowym’ z źródeł nieodnawialnych. Jako odpowiedź przychodzi technologia związana z pozyskiwaniem energii elektrycznej z ogniw fotowoltaicznych. Pozwala ona na zaspokojenie energetycznego zapotrzebowania pompy ciepła – odstawiając tym samym udział źródeł nieodnawialnych.
Mechanizm pracy pompy ciepła można opisać jako odwrotność działania lodówki, pobierającej energię cieplną z przechowywanych w jej wnętrzu produktów i oddającej ją na zewnątrz. Działanie pompy ciepła polega na czerpaniu ciepła ze środowiska zewnętrznego i w odpowiedniej formie przekazywaniu do wnętrza domu.

Rodzaje pomp ciepła oraz zasady ich działania

Najważniejszym kryterium klasyfikacji pomp ciepła jest podział ze względu na źródło energii:

  • Gruntowe pompy ciepła – które za pomocą wymiennika gruntowego pobierają energię z gruntu, posiadającego temperaturę zawsze dodatnią. Ze względu na rodzaj medium energii cieplnej wewnątrz systemu nazywane są również pompami solankowymi – gdzie solanką nazywamy, niezamarzający roztwór glikolu. Gruntowe pompy ciepła wyróżniają się brakiem ograniczeń w kwestii zakresu temperatur nośnika energii jakim jest energia geotermalna. Dany rodzaj pompy ciepła może nieść za sobą dodatkowe wymagania prawne. Jeżeli działka umiejscowienia pompy ciepła znajduje się na terenach górniczych, lub jeśli wykopy mają mieć głębokość powyżej 30 m, niezbędny będzie projekt robót geologicznych.
  • Pompy pozyskujące energię z wody – których medium energii w systemie stanowi woda, głównie gruntowa, ze względu na dodatnią temperaturę niezależnie od pory roku. Pozyskana z wody energia jest wykorzystywana do podgrzania wody zasilającej instalację grzewczą lub powietrza, ogrzewającego wnętrza. Wodne pompy ciepła odznaczają się ograniczeniem warunków pracy w zakresie temperatur od +7°C do +12°C dla wody gruntowej. Specyfika konstrukcyjna w określonych warunkach wymaga projektu robót geologicznych oraz pozwolenia wodnoprawnego, w sytuacji gdy odwiert przekroczy 30 m głębokości. Jednocześnie dyskwalifikując dany pobór wód jako powszechne użycie wód – niewymagające wszelkiego rodzaju zgłoszeń, pozwoleń czy nadzoru.
  • Pompy pozyskujące energię z powietrza – są najbardziej powszechne. Pompy te czerpią energię z powietrza zewnętrznego, co umożliwia podgrzanie wody w instalacji grzewczej lub powietrza w systemie nawiewnym. Dokładny zakres temperatur, w których pompa pracuje efektywnie znajduje się na karcie produktu dołączonej od producenta. Jednak zwykle jest to zakres od −25°C do +40°C dla powietrza zewnętrznego. Inwestycja nie wymaga dopełnienia żadnych formalności, jeżeli tylko urządzenie nie jest montowane na obszarze chronionym objętym nadzorem konserwatorskim, bądź programem Natura 2000.

Wyróżniamy dwa typy powietrznych pomp ciepła:

  1. Typ monoblok – stanowiący jeden moduł, odpowiadający za wszystkie etapy pracy pompy ciepła.
  2. Typ split – to w uproszczeniu rozbity na dwa moduły typ pomp monoblok. Na zewnątrz zlokalizowana jest ta część instalacji, odpowiadająca za pozyskiwanie energii z otoczenia. Natomiast na wewnątrz budynku umieszczany jest moduł, odpowiadający za przekazywanie pozyskanego z powietrza ciepła do instalacji grzewczej.

Niezależnie od danego nośnika energii pompy ciepła, zasada działania zawsze jest identyczna. Praca pomp składa się z trzech etapów nazwanych obiegami:

1. obieg – pobór ciepła z otoczenia – najważniejszym składnikiem jest niezamarzająca ciecz, krążąca w układzie przewodów, posiadająca temperaturę zawsze niższą niż temperatura otoczenia. Z racji tej różnicy zachodzi proces poboru energii cieplnej z dolnego źródła – gruntu, powietrza, wody.

2. obieg – podniesienie temperatury – działanie drugiego obiegu opiera się o podstawowe przemiany termodynamiczne na linii ciecz-środek chłodniczy. Ciepła ciecz podgrzewa środek chłodniczy, który dzięki swoim właściwością jest w stanie wrzeć nawet w bardzo niskich temperaturach. Wraz ze wzrostem temperatury środka chłodniczego, ciecz zamienia się w gaz. Następnie trafia bezpośrednio do sprężarki, gdzie przez wzrost ciśnienia zyskuje jeszcze większą temperaturę.

3. obieg – wykorzystanie ciepła – otrzymany, sprężony gaz ogrzewa wodę w instalacji grzewczej. Jednocześnie zmniejszając swoją temperaturę do momentu zmiany stanu skupienia w ciecz. Medium ciepła kończy swój obieg w zaworze rozprężnym, poprzez działanie którego traci ciśnienie, jeszcze bardziej się schładzając. W ten sposób, po powrocie do stanu pierwotnego, pompa ciepła może znowu pobierać energię cieplną z otoczenia.

Pompa ciepła a jej użytkowanie


Ze względu na swoją trwałość podczas użytkowania, pompa ciepła jest systemem niezwykle przyjaznym. Potrzeba serwisowania, nie uwzględniając zdarzeń anomalnych, przeciętnie wynika po około 20 latach. Wiele nowoczesnych pomp ciepła pracuje bezawaryjne ponad 25 lat.

Pracę pompy ciepła charakteryzuje dodatkowo brak uciążliwości, związanej z emitowanym hałasem. Nowe generacje pomp ciepła – zarówno te powietrzne, jak i gruntowe – pracują praktycznie bezgłośnie dla otoczenia mieszkalnego. Nowoczesne jednostki zewnętrzne typu Split emitują hałas na poziomie 50 dB, odpowiadającym dźwiękom szumu w zamkniętych pomieszczeniach.

Ważnym aspektem jest również dobór pompy ciepła z uwagi na stan i wiek budynku. W przypadku nowych budynków dobór pompy ciepła pozwala ograniczyć koszty inwestycyjne. Daje możliwość uniknięcia budowy przyłącza gazu i komina spalinowego. Dzięki temu koszty inwestycji mogą być porównywalne do kosztów budowy systemu grzewczego z kotłem. Wygodny jest również brak szczególnych wymagań jeżeli chodzi o pomieszczenie zabudowy pompy ciepła. Może ono mieć małą kubaturę, która powinna jedynie być zależna od rodzaju i ilości czynnika chłodniczego.

W przypadku chęci zastosowania instalacji w istniejącym zabudowaniu, zasadniczą różnicą jest rozeznanie w kwestii możliwości samodzielnego pokrycia potrzeb cieplnych budynku przez pompę ciepła. Zwykle, w istniejących domach, znajduje się tradycyjne ogrzewanie grzejnikowe. Nie stanowi to przeszkody dla zastosowania pompy ciepła, szczególnie jeśli dom został poddany termomodernizacji. Zmniejszenie potrzeb cieplnych pozwala bowiem obniżyć temperaturę wody grzewczej i wydajność cieplną grzejników. Niższa temperatura zasilania grzejników (np. do 55°C) pozwoli na zwiększenie czasu pracy pompy ciepła w sezonie grzewczym.

Dla osób zainteresowanych zmianą dotychczasowego systemu grzewczego, na opcję przyjazną środowisku, czekają różnego rodzaju dofinansowania:

  • Program Czyste Powietrze– będący formą dofinansowania wymiany starych i nieaktywnych źródeł ciepła na paliwo stały, na nowoczesne, ekologiczne źródła energii cieplnej.
  • „Stop Smog” – program przeznaczony dla gmin położonych na obszarze, gdzie obowiązuje tzw. uchwała antysmogowa, obejmujący m.in. wymianę lub likwidację wysokoemisyjnych źródeł ciepła na niskoemisyjne, bądź przeprowadzenie prac termo modernizacyjnych.
  • Ulga termomodernizacyjna – będąca szeroko pojętą ulgą odliczenia od podstawy podatku, wydatków poniesionych na realizację przedsięwzięcia termo modernizacyjnego.
  • „Moje Ciepło” – program innowacyjny, będący w opracowaniu, który ma wspierać zakup i montaż pomp ciepła. Skierowany jest do właścicieli bądź współwłaścicieli nowych budynków jednorodzinnych. Nabór wniosków do programu ma ruszyć w pierwszym lub drugim kwartale 2022 roku

Masz pytania?!