Co to jest pompa ciepła i jak działa?

2 stycznia 2023 Instalacje

Co to jest pompa ciepła?

Wiele osób jest ciekawych, czym jest pompa ciepła i czym różni się od innych źródeł ogrzewania. Pompa ciepła to urządzenie, które spręża i rozpręża specjalny czynnik, aby ogrzać wodę lub medium grzewcze krążące w domowym kotle lub podgrzewające wodę w bojlerze. W ten sposób ogrzewa również nasz dom. Ta sama zasada dotyczy chłodzenia domu w okresie letnim. Pompa ciepła może ogrzewać lub chłodzić nasz dom lub mieszkanie.

Jakie są rodzaje pomp ciepła?

Pompy ciepła wyróżnia się ze względu na źródło ciepła, którym jest energia potrzebna do odparowania medium grzewczego. Na podstawie źródła energii możemy wyróżnić te rodzaje pomp ciepła:

• Pompy ciepła ze źródłem ciepła Czynnik grzewczy umieszczony jest wewnątrz wymiennika ciepła, przez który przepływa powietrze z wentylatora. Całość może być umieszczona na zewnątrz (system monoblokowy), lub rozdzielona na jednostkę wewnętrzną z wymiennikiem ciepła i jednostkę zewnętrzną z klimatyzatorem (system split). Powietrzne pompy ciepła mogą być szybko zainstalowane i są znacznie bardziej przystępne cenowo niż inne systemy. Na ich wydajność wpływa pogoda i będzie się ona zmniejszać wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej. Wydajność każdej jednostki zależy od jej konkretnej konfiguracji. Niektóre jednostki mogą pracować nawet przy -20°C.
• Gruntowa pompa ciepła - wymiennik ciepła jest zainstalowany w ziemi poniżej temperatury zamarzania. Istnieją dwa rodzaje: poziomy (wymiennik ciepła umieszcza się w ziemi w głębokim odwiercie mierzącym 130 m głębokości) i pionowy (wymiennik ciepła umieszcza się na dużych powierzchniach 70-90 ^m2 na wysokości 1,5 - 2 m). Ten system jest najbardziej stabilny, ponieważ temperatura ziemi jest mniej więcej stała i nie podlega wahaniom jak atmosfera. Ta pompa jest również droga. Czynnikiem grzewczym jest glikol.
• Wodna pompa ciepła - Wymiennik instaluje się w zbiorniku wodnym (stawie lub jeziorze, rzece). Zasada działania jest taka sama jak pomp gruntowych. Ponieważ temperatura na dnie zbiornika wodnego ulega mniejszym wahaniom, system jest bardziej stabilny niż pompy powietrzne. Nie jest też zbyt powszechny ze względu na ograniczoną dostępność zbiorników wodnych.
• Gazowa pompa ciepła - Energię do ogrzania czynnika grzewczego można uzyskać poprzez spalanie gazu. Cały system instalowany jest na zewnątrz budynku. Pompa ta, w przeciwieństwie do innych systemów, wymaga do działania gazu ziemnego.

Co to jest pompa ciepła?

Ponieważ każda pompa ciepła opiera się na tej samej zasadzie, zbudowana jest według tej samej konstrukcji. Każda pompa ciepła składa się z:

• Parownika to część pompy ciepła, w której czynnik grzewczy nagrzewa się i odparowuje. Parownik w powietrznych pompach ciepła znajduje się w jednym module, w którym umieszczony jest wentylator. Wentylator ten cyrkuluje powietrze atmosferyczne. Gruntowe pompy ciepła podgrzewają czynnik grzewczy (glikol), przepływając przez poziomy lej, czyli rury zakopane pod ziemią na dużej powierzchni lub przez pionowy rozdzielacz - w otworze znajduje się parownik. Przepływ czynnika utrzymuje pompa elektryczna. Wymiennik pompy znajduje się w dolnym zbiorniku wody w przypadku wodnych pomp ciepła. Następnie czynnik grzewczy kierowany jest rurami do sprężarki.
• Sprężarka Gazowy czynnik grzewczy jest tu sprężany. Powoduje to jeszcze większy wzrost jego wewnętrznej temperatury. Sprężarka zasilana jest za pomocą energii elektrycznej. Istnieją dwa rodzaje sprężarek: sprężarki typu on/off, które pracują w sposób ciągły oraz sprężarki inwerterowe, które mają zmienną, regulowaną wydajność. Sprężarka jest również odpowiedzialna za przetłaczanie gazowego czynnika grzewczego do skraplacza.
• Skraplacz: Tutaj czynnik grzewczy oddaje swoje ciepło albo do instalacji centralnego ogrzewania, albo do ciepłej wody użytkowej - tzw. górnego źródła ciepła. W kotle może znajdować się płytowy wymiennik ciepła oraz wężownica spiralna do kondensacji czynnika. Czynnik chłodniczy skrapla się, gdy jest podgrzewany niżej niż normalnie. zamieniać się w ciecz. Czynnik chłodniczy przepływa przez zawór dławiący od skraplacza.
• Zawór rozprężny i dławiący - Rola zaworu rozprężnego polegająca na obniżeniu ciśnienia czynnika chłodniczego, co powoduje jego dalsze schładzanie, nazywana jest zaworem dławiącym . Ciekły czynnik grzewczy przepływa z zaworu z powrotem do parownika.

Jak działa pompa ciepła?

Pomocne w odpowiedzi na pytanie o to, jak działa pompa ciepła, jest posłużenie się prostym przykładem.

W pompie ciepła, podobnie jak w lodówce, krąży czynnik chłodniczy. Jest to ciecz, która ma niski współczynnik parowania i wymaga bardzo mało ciepła do zagotowania lub odparowania. Może być pobierany z ziemi, wody lub powietrza.

Powstała para może być sprężona, aby później zwrócić zmagazynowaną energię do systemu grzewczego.

Traci ona ciepło i skrapla się. W stanie ciekłym wraca do parownika, gdzie pobiera ciepło i zaczyna odparowywać.

Pompa ciepła do działania wymaga energii elektrycznej.

Jaką pompę ciepła wybrać?

Przy wyborze pompy ciepła do instalacji lub zakupu należy wziąć pod uwagę następujące czynniki:

• Koszty instalacji Najtańsze w instalacji pompy ciepła to powietrzne pompy ciepła typu monoblok, które mają cały system zamontowany na zewnątrz budynku. Najdroższe są pionowe gruntowe pompy ciepła, które wymagają ponad 100-metrowych odwiertów wykonywanych przez specjalistyczną firmę.
• Koszt urządzeń Najtańsze pompy ciepła to powietrzne pompy ciepła typu split. Są one trudniejsze w montażu niż pompy monoblokowe i dlatego kosztują więcej.
• Działka - Jeśli wybierzemy gruntowy wymiennik ciepła, na działkach o ograniczonej powierzchni lepiej sprawdzi się pionowy. Wymiennik poziomy jest tańszy, ale wymaga większej powierzchni. W zależności od kubatury Twojego budynku, może to być nawet 70-90 ^m2.
• Moc urządzenia to ile kWh ciepła można wyprodukować z jednej kWh energii elektrycznej. To właśnie tutaj ważne jest, aby dobrać odpowiednie urządzenie do nas i budynku w naszym domu.

Pompa ciepła sama czy w połączeniu z innym źródłem ciepła?

Pompa ciepła nie musi być jedynym źródłem do ogrzewania domu. Może być wykorzystywana jako główne źródło ciepła lub kocioł, który ogrzewa dom olejem, gazem lub paliwem stałym. Bierze się wtedy pod uwagę:

• Wielkość domu. Pompa ciepła może nie wystarczyć do ogrzania małej powierzchni. Warto rozważyć dodatkowe źródło ciepła, jeśli moc pompy ciepła jest niewystarczająca do ogrzania budynku podczas silnych mrozów.
• Pasywność budynku. Opór cieplny budynku (dobrze wykonana izolacja, minimalne mostki termiczne) decyduje o tym, ile ciepła potrzeba i jak małym kosztem pompa może go ogrzać. Dodatkowe źródło ciepła może być możliwe w innych sytuacjach.
• Rodzaj ogrzewania zastosowanego w domu. Ogrzewanie podłogowe, które wymaga niskiej temperatury (ok. 35 st. C), może być stosowane z powietrzną pompą ciepła, mimo że ich sprawność nie jest zbyt wysoka (np. podczas obfitych śnieżyc).
• Rodzaj pompy ciepła Niskie temperatury mogą powodować spadek efektywności pomp ciepła. Większość dostępnych obecnie modeli posiada grzałki, które ogrzewają. Można zaprojektować instalację tak, aby podczas niskich temperatur dom był ogrzewany z innego źródła.

Pompa ciepła z systemem fotowoltaicznym

W coraz większej liczbie przypadków pompa ciepła jest sparowana z panelem fotowoltaicznym. Panele mogą produkować wystarczającą ilość prądu, aby zasilić grzałkę elektryczną, gdy medium nie jest podgrzewane do pożądanej temperatury.

Można je również wykorzystać do zasilania sprężarki pompy. Coraz bardziej popularne staje się łączenie fotowoltaiki i powietrznej pompy ciepła (powietrze-woda).

Oto zalety i wady łączenia fotowoltaiki i pompy ciepła.

Zalety:

• Nawet przy szczytowym zapotrzebowaniu na ciepło nie wzrasta zużycie energii elektrycznej
• Możliwość odbioru całej nadwyżki energii elektrycznej z fotowoltaiki
• Ekologiczność: Nie powstają spaliny, w przeciwieństwie do kotłów centralnego ogrzewania.

Wady:

• Koszty instalacji są wysokie - dodatkowe dziesiątki lub tysiące złotych.
• Trudno jest zamontować panele na dachach, które nie mają odpowiedniej ekspozycji.

Jak dobrać moc pompy ciepła?

Na dobór mocy pompy ciepła mają wpływ następujące czynniki:

• Wielkość domu
• Zapotrzebowanie domu na ciepło zależy od tego, jak dobrze jest on zaizolowany. Różne rodzaje izolacji mogą być bardziej lub mniej wydajne. Może to oznaczać, że dom będzie wymagał więcej lub mniej energii do ogrzewania.
• Liczba członków gospodarstwa domowego ma wpływ na zużycie wody. Im więcej osób mieszka w domu, tym więcej energii potrzeba do ogrzania wody.
• Producenci pomp ciepła wymieniają na etykiecie energetycznej wydajność swoich urządzeń dla konkretnych regionów.
• Jak budynek będzie ogrzewany. Obejmuje to, czy pompa ciepła będzie jedynym źródłem ogrzewania, czy też będzie pracować w połączeniu z innym systemem, który może przejąć ogrzewanie podczas dużych mrozów.
• Temperatura zasilania systemu grzewczego w najzimniejszym dniu

Temperatura na zewnątrz może mieć wpływ na moc pomp ciepła, zwłaszcza powietrznych. Ważne jest, aby dobrać odpowiednią moc pompy, która pozwoli na podgrzanie wody do żądanej temperatury, nawet przy niekorzystnych warunkach atmosferycznych.

Warto pamiętać:

Kalkulatory dostępne w Internecie mogą pomóc w określeniu zapotrzebowania na energię dla Twojego domu. Można również wynająć firmy, które dokonają takiej oceny.

Nie wybieraj pompy, która jest większa niż wymaga tego budynek. Przewymiarowanie pompy może prowadzić do nieefektywnej pracy i zwiększonego zużycia prądu. Lepiej nie wybrać zbyt małej pompy niż zbyt dużą.

Jakie dolne źródło ciepła wybrać?

O wydajności pompy decyduje wybór najniższego źródła ciepła. Rozważ następujące czynniki, które pomogą Ci wybrać odpowiednie źródło ciepła.

• Stabilność źródła ciepła. O wydajności pompy ciepła decyduje stabilność temperatury dolnego źródła. Pompy z kolektorem gruntowym zapewniają stałą temperaturę przez cały rok (min. 0st. Temperatura gruntu w kolektorze poziomym może osiągnąć nawet +10st niezależnie od pory roku. Stabilne źródła ciepła to mniejsze zużycie energii, ponieważ nie ma dodatkowej grzałki do podgrzewania czynnika (co czasem może się zdarzyć podczas dużych mrozów).
• Na posesji jest dużo miejsca. Instalacja kolektora poziomego może zająć miejsce około 1 do 1,5 razy większe od wielkości domu. Takie rozwiązanie jest najlepsze przy budowie domu nowego, jeśli na działce nie ma innych obiektów. Stosunkowo niedroga powietrzna pompa ciepła polecana jest na małe działki lub gdy nie chcemy zrujnować ich kształtu.
• Warunki geologiczne działki. Miejsca narażone na deszcz i dobrze nasłonecznione są idealne do budowy kolektorów pionowych. Kluczowy jest rodzaj gleby, którą wykorzystasz do budowy kolektorów pionowych. Gliniasta, dobrze zdrenowana gleba pozwoli na lepszą wymianę ciepła i sprawi, że pompa będzie bardziej wydajna. Pompa ta może być również zainstalowana na terenach podmokłych lub na działkach, które mają dostęp do wody. Gleby piaszczyste będą miały mniej korzystne warunki dla pomp gruntowych. Aby określić warunki geologiczne, można wykonać badanie gruntu.

Ile energii elektrycznej zużywa pompa ciepła

Gruntowa pompa ciepła, która posiada poziomy wymiennik ciepła z wodą glikolową zużywa około 1800 kWh rocznie. Porównawczo, Powietrzna pompa ciepła z inwerterem zużywa około 2350 kWh. Powietrzna pompa ciepła z inwerterem zużywa około 2350 kWh.

Warto pamiętać:

COP jest wskaźnikiem efektywności pompy. Jest to podany przez producenta stosunek zużytej energii elektrycznej do wyprodukowanej energii cieplnej. Może on być wyższy niż 4 - 1 kWh energii elektrycznej wyprodukuje przy sprawnych pompach 4 kWh energii cieplnej.

Pompy ciepła Zalety i wady

Pompy ciepła, jak wszystkie urządzenia, nie są idealne. Mają swoje wady i zalety. Warto wziąć to pod uwagę, gdy decydujemy się na ich instalację. Jakie są zalety i wady pomp ciepła? To zestawienie pomoże Ci dokonać właściwego wyboru.

Pompy ciepła to świetny wybór:

• Właściwy projekt instalacji może obniżyć koszty ogrzewania.
• Ekologia - pompy ciepła nie wytwarzają spalin, ani innych szkodliwych dla środowiska substancji
• Bezobsługowe
• Niskie koszty eksploatacji (stosunkowo wysoki pobór mocy)
• Wysokie bezpieczeństwo - nie ma zagrożenia pożarem, wybuchem, spalaniem w pomieszczeniu
• Oszczędność konstrukcji - brak komina, miejsca na składowanie paliwa
• Urządzenia o długiej żywotności
• Nie ma potrzeby częstej konserwacji urządzeń i instalacji
• Wielofunkcyjność - Możliwość chłodzenia domu w upalne dni
• W domu nie ma zbyt wiele miejsca, więc nie ma potrzeby posiadania kotłowni.
• Instalacja pomp powietrznych jest stosunkowo prosta

Pompy ciepła nie są dla każdego:

• Wyposażenie i instalacja są drogie
• Długi okres zwrotu inwestycji - co najmniej kilka lat
• Uzależnienie od energii elektrycznej - w przypadku braku prądu pompa przestanie działać
• Wentylatory w powietrznych pompach ciepła mogą być dość głośne
• Pompy gruntowe mogą powodować dużą ingerencję w kształt działki, co skutkuje koniecznością wykonania wykopu, który jest albo bardzo głęboki, albo bardzo duży.
• Połączenie tradycyjnych grzejników z obniżoną sprawnością grzewczą powoduje obniżenie sprawności grzewczej
• Pionowe pompy gruntowe: Wstępne badanie gruntu i projektowanie otworów wiertniczych
• Pompy powietrzne: Wraz ze spadkiem temperatury na zewnątrz spada sprawność

Ile kosztuje pompa ciepła, zależy od

Jest wiele czynników, które wpływają na cenę pompy ciepła:

• Rodzaj systemu: Najdroższe są gruntowe wymienniki ciepła. Mają wiele komponentów i wymagają rozbudowanej instalacji. Powietrzne pompy ciepła typu split są najtańsze ze wszystkich pomp powietrznych, ale ich koszty instalacji są wyższe.
• Koszty instalacji: Pionowy wymiennik ciepła jest najdroższy w instalacji, ponieważ wymaga 100-metrowego odwiertu. Powietrzne pompy ciepła typu monoblok są stosunkowo łatwe w montażu.
• Moc urządzenia: Urządzenia o wyższych mocach nominalnych mają szerszy zakres funkcji - ogrzewają wodę użytkową i grzewczą z instalacji grzewczej. Są też droższe.

Ile kosztuje pompa ciepła

Pompa ciepła dla budynku jednorodzinnego o wymiarach 130-150 metrów kwadratowych to inwestycja, która kosztuje od 29 do 48 tysięcy złotych. Na powyższy przedział wpływają takie czynniki jak zapotrzebowanie na energię, wielkość działki oraz rodzaj pompy (powietrzna, gruntowa lub wodna).