Pompa ciepła - co to jest? Jak działa pompa ciepła? | Pelsun

Porozmawiaj z Ekspertem tel.

 885 021 021
Akademia wiedzy
Pozostałe na blogu

Pompa ciepła - co to jest? Jak działa pompa ciepła?

24/04/2024

Pompa ciepła to urządzenie, które służy do ogrzewania budynków. Jest jednak o tyle ciekawym przypadkiem, że jako jedyna ze wszystkich dostępnych źródeł ciepła nie używa do tego celu płomienia i spalania paliwa tak jak w przypadku kotłów stałopalnych czy też gazowych. Pompa ciepła wykorzystuje prawa fizyki i pozyskuje to ciepło z powietrza zewnętrznego lub gruntu. wodna pompa ciepła do grzania co i wody użytkowej

Jak to możliwe, że pompa ciepła pozyskuje ciepło do budynku z powietrza kiedy na zewnątrz jest zimniej niż w środku?

To pytanie zadaje sobie wiele osób, które zaczynają interesować się tematem pomp ciepła. Na pierwszy rzut oka wydawać by się mogło, że to nie możliwe, ALE jak wykorzystamy do tego celu układ chłodniczy to okazuje się, że wbrew pozorom nie jest to takie trudne zadanie. Już spieszymy z wyjaśnieniem, ale dla pełnego obrazu zaczniemy od podstawowych praw fizyki.

kierunek przepływu ciepła do zobrazowania jak przepływa energia w pompie ciepła

 

Odbieranie energii cieplnej przez pompy ciepła z zewnątrz, kiedy na dworze jest mróz - jak to się dzieje?


Przede wszystkim skupmy się na tym jak ciepło w przyrodzie jest transportowane. Jak postawimy obok siebie dwa kubki: jeden z ciepłą wodą, a drugi z zimną to naturalnie ten zimniejszy będzie ogrzewał się od cieplejszego, albo odwrotnie cieplejszy ochładzał od zimniejszego - to to samo i kierunek przepływu ciepła jest taki sam ;)

Tylko jak to się ma do pracy pompy ciepła? A no tak, że pompa ciepła do odebrania energii cieplnej wykorzystuje podobne zjawisko. Jak na przykład w budynku macie temperaturę pomieszczeń 21 stopni Celsjusza, a na zewnątrz macie 5 stopni Celsjusza, to pompa ciepła wypuszcza czynnik chłodniczy o temperaturze 0 stopni Celsjusza, ogrzewa się od powietrza (bo jest po prostu cieplejsze) i końcowo wraca nam taki ogrzany o przykładowo 4 stopnie Celsjusza. I to jest nasz pierwszy krok do sukcesu, bo odebraliśmy ciepło z zimnego powietrza. ALE nadal czterema stopniami nie ogrzejemy budynku, w którym chcemy utrzymywać temperaturę pomieszczeń na poziomie 21 stopni Celsjusza. Co najmniej 21! ;)

Pompa ciepła - jaka temperatura zasilania jest potrzebna dla instalacji ogrzewania?

 

proces odbioru ciepła z zewnątrz budynku, energia cieplna dostarczona do budynku

 

Żeby w pomieszczeniach utrzymywała się taka temperatura powietrza około 21 stopni to potrzebujemy do instalacji grzewczej wysłać wodę o wyższej temperaturze, w przypadku grzejników będzie to najczęściej około 40-45 stopni Celsjusza, a w przypadku gdy mamy ogrzewanie płaszczyznowe takie jak instalacja podłogowa będzie to około 30 stopni Celsjusza.

I tu sekretem do sukcesu działania pompy ciepła jest wykorzystanie kolejnego zjawiska znanego z przyrody czyli tego, że jak mamy jakąś substancje i ją ściśniemy, tworząc większe ciśnienie to jest ona cieplejsza, a jak ją rozprężymy to jest zimniejsza.

W pompach ciepła do tego celu używa się czynnika chłodniczego, który umożliwia odbieranie ciepła z ośrodka o niższej temperaturze.

 

 

 

Transport energii w pompie ciepła? Powietrzna pompa ciepła


To wbrew pozorom też nie jest takie skomplikowane. W naszym przykładzie czynnik chłodniczy, który wrócił ogrzał się od powietrza zewnętrznego, uzyskał 4 stopnie Celsjusza i teraz chciałby to oddać do grzejników, które jak już ustaliliśmy potrzebują około 45 stopni Celsjusza.

W tym miejscu warto jeszcze zwrócić uwagę, że w grzejnikach przepływa woda z instalacji centralnego ogrzewania, a rola czynnika chłodniczego kończy się w jednostce wewnętrznej pompy ciepła, gdzie dostarcza to ciepło do ogrzania wody grzewczej.

pompa ciepła usuwa ciepło z zewnątrz i dostarcza do środka w celu ogrzewania domu

Żeby jednak mógł przekazać to swoje pozyskanie ciepło to potrzebuje być cieplejszy niż woda krążąca w instalacji grzewczej. I tu z pomocą przychodzi sprężarka, która po prostu ściska czynnik chłodniczy i sprawia, że występuje on pod wysokim ciśnieniem i jednocześnie ma wyższą temperaturę. I po takim ściśnięciu czynnik ma przykładowo 49 °C, a to już jest temperatura którą można kaloryfery ogrzać. Tylko nie czynnik chłodniczy płynie do kaloryferów, a po drodze w jednostce wewnętrznej pompy ciepła ma wymiennik freon-woda i tam na wejściu czynnik chłodniczy, który ma 49 °C spotyka się z wodą, która ma np. 41 °C i oddaje jej to swoje ciepło, które przyniósł z zewnątrz. Woda z 41 °C ogrzewa się do 45 °C i z powrotem płynie zanieść to ciepło do grzejników, które to przekażą to ciepło do powietrza wewnątrz waszych pomieszczeń.

A czynnik, który oddał przyniesione ciepło, ochłodził się po czym trafia na zawór rozprężny, rozpręża się i jego ciśnienie wraca do swojej "niskotemperaturowej formy" w której miał temperaturę 0 °C i takim oto sposobem jest gotowy, żeby pozyskać kolejne dawki ciepła z zewnątrz.

I oto cała zasada działania pompy ciepła i cały proces ogrzewania domu pompą ciepła w pigułce. Mogłoby się wydawać, że jest to pewnego rodzaju operacja logistyczna, realizowana za pomocą dwóch działających układów, jednego z krążącym czynnikiem chłodniczym między jednostką zewnętrzną pompy ciepła, a wewnętrzną oraz drugiego układu, którym jest system grzewczy i krążąca w nim woda między jednostką wewnętrzną pompy ciepła, a odbiornikami jakim są kaloryfery czy też ogrzewanie płaszczyznowe.

Proces przedstawiony powyżej opisuje jak działa pompa ciepła powietrzna, a konkretniej pompa ciepła powietrze-woda. Są też inne rodzaje pomp ciepła, które mogą energię cieplną pozyskiwać z innego dolnego źródła ciepła, lub przekazywać wykorzystując inne źródło które oddaje ciepło.

A jak działa pompa ciepła jak na zewnątrz jest jeszcze zimniej?

 

pompa ciepła wykorzystanie odnaiwalnych źródeł energii do grzania co i wody użytkowej w mroźne dni

 

Odpowiedź brzmi: tak samo! Często spotykamy się z pytaniem no ale jak jest -15 stopni Celsjusza na zewnątrz to skąd powietrzne pompy ciepła mają wziąć to ciepło?

To pewnego rodzaju błąd poznawczy, bo w pierwszej chwili wydaje nam się, że jak temperatura jest na minusie to nie ma tam energii do odebrania! Ale nic bardziej mylnego. Jak na zewnątrz jest -15 stopni i puścimy czynnik o temperaturze -20 stopni to nadal jest on zimniejszy i się ogrzewa od powietrza.

Czasem przy mocno ujemnych temperaturach działanie pompy ciepła wspomaga grzałka elektryczna w nią wbudowana, ale są to sytuacje rzadkie i konieczne tylko w sporadycznych przypadkach.

 

 

 

 

Czym jest dolne źródło ciepła i czym jest górne źródło ciepła w instalacjach z pompą ciepła?


Dolne źródło ciepła to ośrodek, z którego pompa ciepła odbiera ciepło, w powyższym przykładzie było to powietrze zewnętrzne, a w następnym akapicie opiszemy inne możliwe metody.

Górne źródło ciepła to ośrodek za pomocą którego pompa ciepła dostarcza ciepło do ogrzewania pomieszczeń, z reguły stosując wodne pompy ciepła jest to instalacja centralnego ogrzewania, ale zalicza się tu również instalacje przygotowania ciepłej wody użytkowej.

Typy pomp ciepła - nazewnictwo rodzajów pomp ciepła


W nazewnictwie pomp ciepła stosuje się dwa dwuczłonową nazwę np. powietrze-woda, albo powietrze powietrze, albo solanka-woda. I już rozszyfrowujemy dla was to nazewnictwo.

powietrzna pompa ciepła do odbioru ciepła z pomieszczeń - klimatyzator

Pierwsza część odnosi się do dolnego źródła ciepła, czyli jest to informacja o tym skąd pompa ciepła pozyskuje ciepło, druga część po myślniku odnosi się do tego w jakiej formie pompa ciepła dostarcza to ciepło do budynku, i przykładowo pompy ciepła powietrze-woda to najczęściej używane pompy ciepła realizujące ogrzewanie budynku mieszkalnego, pozyskując i oddając ciepło z powietrza jak na powyższym przykładzie.

A na przykład pompy ciepła powietrze-powietrze to nic innego jak klimatyzatory, które pozyskują ciepło w takiej samej formie z powietrza, ale zamiast do wody, to oddają je również w formie wydmuchu ciepłego powietrza.

Występują też gruntowe pompy ciepła, które jako dolnego źródła ciepła używają wód gruntowych.

Jeżeli widzicie gdzieś jednoczłonową nazwę taką jak powietrzna pompa ciepła, albo gruntowa pompa ciepła to najczęściej ten skrót dotyczy dolnego źródła ciepła.

Jeżeli chcecie zobaczyć więcej zdjęć realizacji pomp ciepła, to znajdziecie je na dole tej strony:

https://www.pelsun.pl/pompy-ciepla

 

 

Ogrzewanie pompą ciepła to nie wszystko? Wykorzystanie pompy ciepła do chłodzenia pomieszczeń


W teorii pompy ciepła mogą posłużyć zarówno do ogrzewania pomieszczeń jaki i do chłodzenia pomieszczeń. Praktyka jednak pokazuje, że wykorzystywanie pompy ciepła, podłączonej do klasycznej instalacji centralnego ogrzewania wykorzystującej ogrzewanie podłogowe czy też kaloryfery bywa problematyczne. Problematyczność chłodzenia pomieszczeń pompą ciepła wynika z istnienia kolejnego zjawiska w przyrodzie czyli punktu rosy. Jeżeli w słoneczny ciepły dzień wypuścicie na waszą podłogę zimną wodę to fakt, w pomieszczeniu będzie chłodniej i przyjemniej, ALE jednocześnie ta zimna woda spowoduje powstanie dużej różnicy temperatur i wykroplenie się cząstek wody z powietrza w efekcie czego woda pojawi się na rurach transportujących tą zimną wodę. A jak dobrze wiemy rury często biegną w ścianach lub innych szachtach technicznych co spowoduje rozwój wilgoci i pleśni.

 

Punkt rosy - Chłodzenie przy użyciu pompy ciepła.

punkt rosy przy chłodzeniu pomieszczeń pompa ciepła

 

Rozwijając jeszcze temat punktu rosy, żeby dobrze go zobrazować to zaobserwujcie co się dzieje z butelką wódki wyjętą z zamrażarki, najpierw jest samo szkło, a za chwilę ze względu na różnice temperatur pojawia się szron i jak chwile postoi to zacznie się roztapiać i spowoduje kałuże w około butelki.

Tak samo zachowa się wasza instalacja grzewcza jeżeli nie będzie odpowiednio zaizolowana za pomocą kauczukowych szczelnych otulin, a w instalacjach domowych nigdy nie są.

Stąd jeżeli chcemy realizować chłodzenie pomieszczeń w naszych budynkach to zdecydowanie lepiej wykorzystać do tego celu klimatyzator, który w tej roli sprawdzi się zdecydowanie lepiej i nie będzie narażony na punkt rosy.

 

 

 

 

Dlaczego warto zdecydować się na pompę ciepła? - zalety

 

pompa ciepła a grzejniki, odnawialne źródła energii i system grzewczy;Przede wszystkim wybierając pompę ciepła wybierasz wygodę. Montaż pompy ciepła to koniec codziennych wizyt w kotłowni, mozolnego przerzucania opału czy też wszechobecnego kurzu.

Dobrze dobrana pompa ciepła ogrzeje budynek nawet największe mrozy i może być jedynym źródłem ciepła w twoim budynku. Jednak tu kluczem do sukcesu jest prawidłowo określić moc pompy ciepła. W Pelsun pomożemy Ci z tym zadaniem wykonując podczas wizji lokalnej audyt cieplny twojego budynku.

Istotną sprawą jest ekonomiczność pompy ciepła. Działanie pompy ciepła oparte jest o energię elektryczną, co sprawia, że świetnie łączy się ona z instalacją fotowoltaiczną tworząc duet z rachunkami niższymi niż koszt eksploatacji innych źródeł ciepła.

 

Czy pompa ciepła ma sens tylko w przypadku gdy mam ogrzewanie podłogowe? Ogrzewanie pompą ciepła, a grzejniki
NIE, to jeden z najczęstszych mitów. Jak masz instalacje tylko grzejnikową to pompa ciepła również się sprawdzi. Ogrzewanie podłogowe jest wskazane dla pomp ciepła, ale nie jest warunkiem koniecznym. Rozwój technologii pomp ciepła sprawił, że obecne urządzenia pomp ciepła dobrze radzą sobie również współpracując z grzejnikami. Minus pracy na wyższym parametrze to niższa efektywność pompy ciepła. Jednak nie jest to czynnik dyskwalifikujący.

 

Efektywność pompy ciepła powietrze woda - jaka będzie różnica między ogrzewaniem nisko, a wysoko temperaturowym?


Efektywność pomp ciepła wyraża współczynnik COP, i żeby go obliczyć bierzemy energię cieplną wyprodukowaną przez pompę ciepła i dzielimy przez energię elektryczną pobraną przez pompę ciepła (głównym prądożercą jest sprężarka). I przykładowo jak pompa ciepła wyprodukowała 9 kWh energii cieplnej, a pobrała do tego celu 3 kWh energii elektrycznej to COP wynosi 3.

Współczynnik cop jest jednak zależny od temperatury zewnętrznej, im zimniej na zewnątrz tym ten współczynnik mniejszy. Dlatego wyraża się średnio sezonowy współczynnik SCOP uwzględniający cały sezon grzewczy i przykładowo powietrzne pompy ciepła dla niskotemperaturowych (podłogówka) instalacji osiągają około 4-4,5, a instalacje grzejnikowe na wyższym parametrze osiągają SCOP około 3-3,5

Jaki rodzaj instalacji grzewczej do pomp ciepła?

ogrzewanie płaszczyznowe najlepszym rozwiązaniem do pompy ciepła, ale nie jest warunkiem koniecznym;

Jeżeli macie możliwość zaprojektować instalacje grzewczą dla pompy ciepła od postaw to lepiej wykonać podłogową dla wyższej efektywności, jednak gdy już macie instalacje grzejnikową i wykonujecie modernizacje źródła ciepła to również będzie to rozwiązanie dobre dla pompy ciepła.

Ekologiczność pomp ciepła

wykorzystanie pomp ciepła jako odnawialnych źródeł energii redukuje emisję co2;Z racji, że pompy ciepła zasilane są energią elektryczną to nie emitują w około domu zanieczyszczeń, dzięki czemu Twoja okolica staje się czystszym i zdrowszym miejscem. Jednocześnie też, jeżeli do produkcji energii elektrycznej wykorzystywana jest instalacja fotowoltaiczna efekt ekologiczny redukcji CO2 przez twój budynek jest podwójny!

 

Podsumowanie zasady działania pompy ciepła

Wiecie już na czym działanie pompy ciepła polega, w skrócie przybliżyliśmy pompy powietrzne, wodne pompy ciepła oraz pompy ciepła gruntowe. Jeżeli macie jakieś dodatkowe pytania lub coś pozostaje niejasne to możecie skontaktować się z naszym zespołem Pelsun i zapytać o to co was nurtuje.