Jak działa pompa ciepła?

Powietrzna pompa ciepła to obecnie jeden z najbardziej popularnych rodzajów pompy ciepła. Wykorzystuje powietrze zewnętrzne jako dolne źródło ciepła do wytwarzania ciepła niezbędnego do ogrzewania pomieszczeń lub ciepłej wody użytkowej. Dzięki zastosowaniu 4-drogowego zaworu umożliwia zamianę funkcji pomiędzy parownikiem i skraplaczem pompy ciepła, co dodatkowo pozwala na pracę w trybie chłodzenia wnętrza budynku. Co istotne, w tym trybie pompa ciepła również zapewnia możliwość podgrzewania wody użytkowej.

Zasada działania i budowa pompy ciepła typu SPLIT i MONOBLOK

W przypadku pomp ciepła typu split jednostka zewnętrzna (1) jest połączona z jednostką wewnętrzną (2) przewodami z czynnikiem chłodniczym. W przypadku monobloków układ chłodniczy jest hermetyczny, a pomiędzy jednostkami biegną rury instalacji hydraulicznej. Różnica ta, w przypadku większości dostępnych na rynku pomp ciepła, wymusza konieczność zabezpieczenia instalacji przed ryzykiem zamarznięcia w przypadku awarii, czy przerwy w dostawie energii elektrycznej, np. poprzez zastosowanie wody z domieszką dodatków przeciwzamrożeniowych na bazie glikolu, jako czynnika grzewczego. Niestety taka mieszanina pogarsza parametry cieplne nośnika grzewczego, dlatego wymagane są np. większe przepływy, niż ma to miejsce w przypadku wody bez domieszek. Zastosowanie glikolu często wymusza również zastosowanie wymiennika pośredniego glikol/woda.

Pompa ciepła powietrze/woda w trybie grzania

Rys.1 Pompa ciepła typu SPLIT – tryb grzania

Rys. 2 Pompa ciepła typu MONOBLOK – tryb grzania

W trybie grzania znajdujący się w parowniku (4) czynnik chłodniczy odbierając ciepło z otoczenia przechodzi przemianę fazową i w postaci pary, poprzez zawór 4-drogowy (6), kierowany jest do sprężarki (3). Tam dochodzi do podniesienia ciśnienia oraz temperatury czynnika chłodniczego, który dalej biegnie do skraplacza (7).  Gorący czynnik pod wysokim ciśnieniem oddając ciepło do wody grzewczej, ponownie przechodzi przemianę fazową. Następnie, tym razem w postaci ochłodzonej cieczy, trafia na zawór rozprężny (5), gdzie następuje obniżenie jego ciśnienia. Czynnik o niskim ciśnieniu dociera ponownie do parownika (4), gdzie obieg chłodniczy zatacza krąg. W międzyczasie woda grzewcza odbiera ciepło ze skraplacza (7) i w razie potrzeby jest dogrzewana w przepływowym podgrzewaczu elektrycznym (9, wyposażenie opcjonalne). Pompa obiegowa (8) kieruje wodę grzewczą poprzez zawór 3-drogowy (10) do instalacji grzewczej budynku (CO) lub na wężownicę znajdującą się wewnątrz zbiornika ciepłej wody użytkowej.

Pompa ciepła powietrze/woda w trybie chłodzenia

Rys. 3 Pompa ciepła typu SPLIT – tryb chłodzenia

Rys. 4 Pompa ciepła typu MONOBLOK – tryb chłodzenia

W porównaniu do trybu grzania, w trybie chłodzenia pompa ciepła usuwa ciepło z budynku i odprowadza je do dolnego źródła. Zasada działania pompy ciepła jest podobna. Zmienia się jednak kierunek przepływu czynnika chłodniczego, a tym samym następuje zamiana funkcji między parownikiem i skraplaczem, tzn. parownik staje się skraplaczem (4), a skraplacz parownikiem (7). W takim przypadku w parowniku (7) dochodzi do schłodzenia górnego źródła ciepła. Następnie przez zawór 4-drogowy (6) pary czynnika trafiają do sprężarki (3). Po podniesieniu temperatury i ciśnienia czynnik zostaje ochłodzony i skroplony w skraplaczu (4), następnie rozprężony w zaworze rozprężnym (5), by powrócić do parownika (7) w celu ponownego odebrania ciepła z wody chłodzącej.

Pompa ciepła działając w trybie chłodzenia może zasilać np. klimakonwektory lub chłodnicę powietrza, poprzez pobierający z niej ciepło czynnik chłodniczy, który odparowuje. Istnieje także możliwość wykorzystania instalacji ogrzewania płaszczyznowego na cele chłodzenia, przy czym należy upewnić się, że temperatura wody nie będzie zbyt niska. Może doprowadzić to do wykraplania pary wodnej na posadzce.

Współczynnik COP

Jednym z najważniejszych wskaźników efektywności pompy ciepła jest współczynnik COP (Coefficient of Performance). Współczynnik COP informuje, ile jednostek ciepła jest w stanie wygenerować pompa ciepła z jednej jednostki energii elektrycznej. Im wyższy współczynnik COP, tym bardziej efektywna jest pompa ciepła. Na przykład, jeśli współczynnik COP wynosi 4, oznacza to, że pompa ciepła generuje cztery razy więcej energii cieplnej niż zużywa energii elektrycznej. Wysoki współczynnik COP przekłada się na niższe koszty eksploatacji i większe oszczędności dla użytkowników. Niska temperatura zasilania ogrzewania podłogowego może zoptymalizować przyszłe rachunki ogrzewania pompą ciepła. Dlatego przy wyborze pompy ciepła warto m.in. zwrócić uwagę na ten parametr, aby zapewnić sobie maksymalną efektywność i korzyści z inwestycji.

Opublikowano: 01.2025