Rodzaje pompy ciepła

Rodzaje pompy ciepła

pompy ciepła

Rodzaje pompy ciepła

W dzisiejszych czasach coraz więcej osób inwestuje w urządzenia wykorzystywane do centralnego ogrzewania domu oraz służące przekazywaniu energii cieplnej. Do takich innowacyjnych produktów należy zaliczyć pompy ciepła, które są przydatne także w momentach zapotrzebowania na podgrzaną wodę użytkową. Pracują one w trybie grzania. Ich wybór powinien uwzględniać nie tylko własne preferencje, ale także:

  • możliwości finansowe,
  • wielkość działki/gruntu,
  • strefę klimatyczną.

Istotną kwestię stanowi również dobór stanu skupienia, z którego pompa będzie pozyskiwać ciepło. Może to być woda, powietrze lub grunt, tworzące tzw. źródło dolne o niższej temperaturze. Dzięki energii elektrycznej przekazywane jest ono do cieplejszego źródła górnego, czyli instalacji grzewczej, znajdującej się w pomieszczeniu. Zazwyczaj funkcję tę pełnią: 

  • tradycyjne grzejniki,
  • ogrzewanie:
    • płaszczyznowe:
      • podłogowe,
      • sufitowe, 
      • ścienne, 
    • powietrzne, 
  • systemy, w których zasilane są klimakonwektory. 

Do trzech zasadniczych części tworzących większy moduł zalicza się również sama pompa, zamieniająca ciepło z powietrza, bądź otoczenia na bardziej użyteczną postać.

​Historia pomp ciepła

Mimo że historia pomp ciepła sięga już ponad dwustu lat, to dopiero teraz urządzenia te zaczęły zyskiwać na popularności. Konstrukcję pierwszego absorpcyjnego agregatu chłodniczego wykonał w 1810 roku szkocki naukowiec John Leslie. Prawie ćwierć wieku później amerykański fizyk i wynalazca – Jacob Perkins pokazał światu stworzoną przez siebie chłodziarkę sprężarkową. Jednak odkrycia te zostały tak naprawdę docenione dopiero w 1852 roku, kiedy to brytyjski fizyk, matematyk i przyrodnik – William Thompson określił zasady działania pomp ciepła. Jednocześnie udowodnił, że maszyny chłodnicze mogą być wykorzystywane również do ogrzewania. Naukowiec skupił się na badaniu elektryczności i magnetyzmu oraz sformułował na swój sposób drugą zasadę termodynamiki, co uważane jest obecnie za niezwykły przełom w dziejach ludzkości.

​Jak działają?

Zasada działania pomp ciepła nie jest zbyt skomplikowana. Najważniejsze jest zapamiętanie, że do ogrzewania wykorzystuje się ciepło ulegające przemianom termodynamicznym, podczas jego przepływu/przepompowywania z ośrodka o niższej temperaturze (woda, powietrze, bądź ziemia) do cieplejszego źródła, którym zwykle jest instalacja grzewcza. Dzięki temu urządzenie przypominające zarówno wielkością, jak i wyglądem niedużą lodówkę jest w stanie nagrzać budynek oraz przygotować ciepłą wodę domownikom, nie wytwarzając jej samoistnie. Pomimo zasilania energią elektryczną, pompy ciepła są ekonomicznym rozwiązaniem na lata, pozwalającym zredukować niepotrzebne koszty, między innymi za prąd.

​Rodzaje pomp ciepła

Klasyfikacja pomp ciepła ustalana jest zgodnie z wytycznymi, zawierającymi informacje o ich budowie oraz funkcjonalności. Ze względu na zastosowanie oraz strukturę podział pomp wygląda następująco:

  • rewersyjne z możliwością chłodzenia:
    • aktywnego – między innymi powietrzne.
    • pasywnego – wyłącznie gruntowe.
  • inwerterowe – charakteryzujące się uregulowaniem modułowej mocy grzewczej, poprzez optymalny dobór pracy do bieżącego zapotrzebowania na ciepło.
  • jednofunkcyjne – zapewniające jedynie centralne ogrzewanie, bez możliwości nagrzania wody.
  • dwufunkcyjne – wyróżniające się wbudowanym zbiornikiem ciepłej wody użytkowej.
  • jedno– oraz dwusprężarkowe o zwiększonej mocy grzewczej – przeznaczone zarówno do budynków komercyjnych, jak i przemysłowych.

Zasada działania powyższych pomp ciepła opiera się przede wszystkim na zjawisku sprężania i rozprężania gazów. Mimo niewielkich różnic mechanizm ich działania w każdym przypadku jest do siebie bardzo zbliżony.

Podstawowe rodzaje pomp ciepła wykorzystywanych do celów grzewczych, zależą przede wszystkim od dolnego źródła zasilania, do którego zalicza się powietrze, wodę oraz grunt. Podział ze względu na to kryterium wygląda następująco:

  • gruntowe,
  • wodne,
  • powietrzne,
  • hybrydowe.

​Pompy ciepła gruntowe

Dolnym źródłem tego rodzaju pomp ciepła jest ziemia. Ich zastosowanie, mimo że obecnie najbardziej popularne, wiąże się z niedogodnościami wynikającymi z ograniczeń, tj.:

  • wielkość działki,
  • rodzaj gruntu,
  • różne, często konieczne do zaakceptowania, nieprzewidziane wcześniej prace ziemne,
  • wysokie koszty montażu, zawierających:
    • dodatkowe badania geodezyjne,
    • zewnętrzne prace instalacyjne.

Wykorzystywane są w celu dostarczenia ciepła w postaci ogrzewania centralnego oraz domowego zbiornika gorącej wody użytkowej. Zapewniają stabilny poziom temperatury dolnego źródła. Wymagają umieszczenia w ziemi lub głębokich odwiertach kolektora poziomego, bądź pionowego, zawierającego specjalny preparat odporny na mróz.

​Pompy ciepła wodne

Dolne źródło stanowi tak zwana energia hydrotermalna, na którą składają się płynące wody:

  • podziemne, 
  • powierzchniowe, 
  • morskie.

Mimo wysokiej efektywności i wydajności energetycznej, tego rodzaju pompy ciepła można spotkać głównie w większych obiektach. Związane jest to z wysokimi kosztami inwestycyjnymi, wynikającymi z konieczności wykonania instalacji zewnętrznej.

​Pompy ciepła powietrzne

Aktualnie zyskują popularność dzięki niewielkim kosztom inwestycyjnym, które należy ponieść podczas montażu. Dolne źródło ciepła stanowi powietrze pobrane z zewnątrz. Ze względu na rodzaj transportu ciepła wyróżnia się dwa podstawowe typy:

  • powietrze – powietrze,
  • powietrze – woda.

W pierwszym przypadku przepływ następuje do wewnątrz, a w drugim do obiegu grzewczego oraz zbiornika z gorącą wodą. Nie można wykorzystać ich jako jedynego źródła ogrzewania, tj. w przypadku pomp wodnych lub gruntowych, to jednak dużą zaletą jest praca bez względu na panujące, nawet bardzo niekorzystne warunki atmosferyczne. Większość specjalistów od fotowoltaiki zaleca połączenie powietrznej pompy ciepła z dodatkowymi systemami niskotemperaturowymi, tj. ogrzewanie podłogowe.

​Typu 1

Najbardziej znanymi pompami, biorąc pod uwagę dolne źródło, czyli powietrze, są zewnętrze. Używane są najczęściej w budownictwie indywidualnym, w gospodarstwach jednorodzinnych oraz w niewielkich obiektach. Mają prostą konstrukcję, najniższe koszty inwestycyjne oraz łatwo się je montuje. Mogą zostać zainstalowane w większości miejsc, nawet w takich, w których nie istnieje opcja wykonania wymienników gruntowych.

​Typu 2

Typ drugi pomp tego rodzaju jako dolne źródło ma powietrze wylotowe z budynku. Zalecane są do montowania w pomieszczeniach posiadających wentylację mechaniczną, gdyż ciepło odpadowe nie wydostaje się na zewnątrz budowli, lecz jest ponownie odzyskiwane. Może zostać przekazane do instalacji grzewczej w celu centralnego ogrzewania oraz w przypadku chęci uzyskania gorącej wody użytkowej.

​Pompy ciepła hybrydowe

Najbardziej innowacyjnym rozwiązaniem technologicznym jest zastosowanie hybrydowych pomp ciepła. Mają nowoczesną konstrukcję i niewiele wad w porównaniu do poprzedników. Hybrydy umożliwiają połączenie różnych źródeł ciepła w jednym urządzeniu. Najczęściej spotykaną opcją jest synteza pompy gruntowej oraz powietrznej lub powietrznej z kotłem gazowym. Nieszablonowe podejście podkreśla również sterownik mikroprocesorowy, pełniący funkcję zarządcy. Dzięki niemu oba źródła ciepła, wykorzystywane są przez pompę w optymalny sposób.