Jak działają pompy ciepła

  

Sprężarkowa pompa ciepła działa identycznie jak klasyczne sprężarkowe urządzenia chłodnicze, czyli lodówka. Inny jest tylko sposób zagospodarowania uzyskiwanego ciepła i “zimna”.   W pompie ciepła parownik służy do pozyskiwania, przy niskiej temperaturze, ciepła z otoczenia. W skraplaczu to samo ciepło oddawane jest, przy wyższej temperaturze, do ogrzewanego medium. “Transport ciepła” od niższej do wyższej temperatury realizowany jest w zamkniętym obiegu termodynamicznym, w którym krąży w sposób ciągły czynnik roboczy, będący nośnikiem energii cieplnej. Podlega on następującym po sobie przemianom termodynamicznym, stanowiącym zamknięty lewobieżny obieg termodynamiczny. Sprężarka pompy ciepła zasysa pary czynnika chłodniczego z parownika przy niskim ciśnieniu (około od 3 bar do 6 bar) i temperaturze (około od -5 °C do 5 °C) i spręża do wysokiego ciśnienia (około 25 bar) i temperatury (około 90 °C). Za sprężarką pary czynnika są przegrzane. Pary te są skraplane w skraplaczu, oddając ciepło przy temperaturze około 60 °C wodzie lub powietrzu wykorzystywanemu do grzania. Skroplone pary czynnika chłodniczego są dławione w zaworze rozprężnym do niskiego ciśnienia i temperatury panującej w parowniku. W parowniku ciecz czynnika chłodniczego odparowuje, przy czym ciepło potrzebne do parowania pobiera z obiegu dolnego źródła. “Pompowanie ciepła” odbywa się kosztem energii elektrycznej zużywanej przez sprężarkę. O efektywności transformacji ciepła (stosunek ilości energii cieplnej uzyskanej w skraplaczu pompy do ilości energii doprowadzonej do napędu sprężarki), decyduje różnica między temperaturami górnego i dolnego źródła. Mniejsza różnica powyższych temperatur gwarantuje wyższą efektywność pracy pompy ciepła. Dlatego też, pompa ciepła najefektywniej pracuje w układach grzewczych niskotemperaturowych (w których dla uzyskania temperatury komfortu w pomieszczeniach wystarczająca jest temperatura zasilania instalacji C.O. rzędu 35 °C ÷ 45 °C, przy współpracy z dolnym źródłem ciepła o temperaturze nie niższej niż około 0 °C. O efektywności pracy pompy ciepła mówi tzw. współczynnik efektywności (COP), określający stosunek energii cieplnej uzyskane  do energii elektrycznej pobranej przez silnik sprężarki.

 

W wyżej opisany sposób pompa ciepła czerpie ciepło z zasobów ziemi. Dlatego też pompy ciepła są ekologicznym przetwornikiem ciepła. Pobierają one ok. 75% energii ze środowiska naturalnego, a jedynie ok. 25% energii z energii elektrycznej. Oznacza to, że ¾ energii cieplnej mamy za darmo, ponieważ zużywając 1 kW energii elektrycznej do napędu pompy uzyskujemy 4 kW energii na ogrzanie domu i ciepłej wody użytkowej.