Pompy ciepła

Zasada działania
Funkcjonalność pomp ciepła
Rodzaje pomp ciepła
Typ dolnego źródła ciepła

pompa ciepła 1Z powodu nieustannych podwyżek cen ropy i gazu, coraz więcej ludzi poszukuje niezawodnego, niedrogiego, odnawialnego źródła energii.

Pompa ciepła to system energetyczny jutra. Istnieje pilna potrzeba poszukiwania energooszczędnych rozwiązań we wszystkich obszarach.

Inaczej niż w przypadku paliw stałych, energia Ziemi dostępna jest w praktycznie nieograniczonych ilościach, ponieważ „akumulator” - Ziemia, każdego dnia na nowo doładowywany jest energią słoneczną.

Pompa ciepła grzeje Twój dom i dostarcza ciepłą wodę użytkową. Może także ochładzać dom w porze letniej. Niezależnie od sezonu pompa ciepła utrzymuje nieustannie wysoką wydajność (a także sprawność). W upalne dni możemy bez uruchamiania pompy ciepła schładzać pomieszczenia za pomocą bezpośredniej wymiany energii pomiędzy solanką a obiegiem grzewczym. Dodatkowo: nadwyżka energii cieplnej pozostała po procesie chłodzenia w lecie jest magazynowana w ziemi i wpływa korzystnie na przebieg ogrzewania w okresie zimy.

Pompy ciepła nie zajmują dużo przestrzeni i nie wymagają praktycznie żadnej obsługi. Pompa ciepła, której źródłem energii jest grunt, pracuje bardzo cicho. W miejsce zbiornika oleju, komina, zasobnika na „groszek” itp. otrzymujemy kompaktowe i czyste rozwiązanie.

pompa ciepła 2Układ pompy ciepła pozwala na racjonalne korzystanie z rezerwuarów energii. Ponadto: pozyskiwanie i zużycie energii związane są ze zmniejszeniem emisji CO2. Dzięki temu pompa ciepła jest rozwiązaniem przyjaznym środowisku. Do prawidłowego działania pompy ciepła potrzebna jest niewielka ilość energii: ok. 25% elektrycznej energii zasilania + ok.75% energii odnawialnej = 100% energii użytkowej. W praktyce więc zużywając tylko 1 kWh prądu możemy wytworzyć 4 kWh energii grzewczej.

Przy doborze pompy ciepła trzeba wziąć pod uwagę trzy kwestie. Pierwszą z nich jest roczna sprawność czyli jak wydajnie pompa ciepła może odzyskiwać zakumulowaną energię słoneczną. Drugą jest ciepła woda użytkowa, a dokładnie ile cwu ma dostarczać pompa ciepła. Trzecią jest pewność posiadanego doświadczenia ,wiedzy i fachowości producenta pompy. Sprawność pompy ciepła określana jest w stosunku całorocznym, jeśli chodzi o ogrzewanie jak i chłodzenie. Pompa ciepła musi również pracować przy niskich temperaturach na zewnątrz. Pompa ciepła musi zapewnić żądaną ilość ciepłej wody użytkowej. Niewątpliwie istotnym jest, aby pompa ciepła wytwarzała ciepłą wodę użytkową w sposób efektywny.

Pompa ciepła może czerpać naturalne zasoby energii na różnorakie sposoby:

  • pionową sondą gruntową,
  • poziomym kolektorem gruntowym
  • poprzez wodę gruntową.

Już od głębokości 5 m ziemia wykazuje w niektórych warstwach stałą temperaturę na poziomie ok.80C. 

Zasada działania

Jak to działa? Pompa ciepła jest urządzeniem termodynamicznym, w którym w wewnętrznym obiegu krąży czynnik roboczy, zmieniający swój stan skupienia z płynnego na gazowy i odwrotnie. Proces ten przechodzi po kolei przez następujące elementy konstrukcyjne i fazy robocze:

Parownik (2): Tej części procesu dostarczana jest energia z otoczenia. Czynnik roboczy o niskiej temperaturze przekazywany jest w stanie płynnym do parownika pompy ciepła. Tu odparowuje przy niskim ciśnieniu i temperaturze, pobierając ciepło ze źródła ciepła (1)(np. powietrza zewnętrznego). Temperatura czynnika podnosi się i opuszcza on parownik w stanie gazowym.

Sprężarka (3): Tej części procesu dostarczana jest energia robocza. Czynnik roboczy w stanie gazu zostaje sprężony, przy czym temperatura wzrasta jeszcze bardziej.

Skraplacz (4): Odbywa się tu proces skraplania, gdzie czynnik roboczy w stanie gorącego gazu oddaje ciepło chłodniejszej wodzie grzewczej. W ten sposób czynnik roboczy ochładza się i przechodzi w stan ciekły.

Zawór rozprężny (6): Ciśnienie i temperatura czynnika roboczego zostają zredukowane. Podobny efekt można zaobserwować przy puszkach aerozolowych. Podczas rozpylania (rozprężania się lub obniżania ciśnienia zawartości) puszki z aerozolem stają się znacznie chłodniejsze. Medium robocze opuszcza zawór rozprężny w temperaturze, która jest niższa od temperatury źródła ciepła.

Funkcjonalność pomp ciepła

Podstawowymi funkcjami realizowanymi przez pompę ciepła jest zapewnienie w 100% energii cieplnej dla ogrzania budynków, jednocześnie realizując przygotowanie ciepłej wody użytkowej.

W zależności od preferencji użytkownika oraz w celu polepszenia komfortu jest możliwość sterowania oraz kontroli nad urządzeniem poprzez Internet oraz GSM.

passive coolingDzięki pompom ciepła można chłodzić budynek poprzez system ogrzewania np. ogrzewania podłogowego, Klima-konwektory oraz poprzez coraz bardziej popularny system chłodzenia sufitowego. Źródłem chłodu jest w tym wypadku solanka dolnego źródła ciepła która poprzez wymiennik schładza medium grzewcze. Możemy wyróżnić dwie różne metody chłodzenia pompą ciepła. Pierwsza z nich to tzw. chłodzenie pasywne (bierne). Czynnik pośredniczący krążący przez przewody w gruncie, chłodzi budynek, przy koszcie zużywanej energii porównywalnym z kosztem zasilania kilku żarówek(praca tylko pomp obiegowych). Technika ta jest możliwa przy zastosowaniu wszystkich rodzajów pomp ciepła. Chłodzenie pasywne jest w większości przypadków wystarczające, jednak w razie potrzeby może być uruchomiona dodatkowo druga z metod czyli chłodzenie aktywne przez włączenie sprężarki. Chłodzenie aktywne z zastosowaniem pompy ciepła jest bardziej efektywne niż tradycyjna klimatyzacja, dzięki mniejszemu zużyciu energii. Ponadto podczas chłodzenia aktywnego w tym samym czasie może być podgrzewana cwu lub np. basen.

Rodzaje pomp ciepła

Typ pomp ciepła zależy od rodzaju źródła oraz nośnika ciepła:

• pompa ciepła glikol/woda
• pompa ciepła powietrze/woda
• pompa ciepła powietrze/powietrze
• pompa ciepła woda/woda

Poszczególne źródła ciepła wykazują zróżnicowane właściwości. Nie można ich stosować oraz przyłączać wszędzie i w ten sam sposób. W zależności od danego przypadku mamy do czynienia ze zróżnicowanymi wy- maganiami oraz warunkami terenu czy pomieszczeń, dlatego też nie istnieje uniwersalne, najlepsze rozwiązanie dla wszystkich sytuacji. Każdy przypadek należy rozważyć oddzielnie.

Przy doborze źródła ciepła należy uwzględnić następujące kryteria:

• wystarczająca dostępność
• możliwie wysoka zdolność magazynowania ciepła
• możliwie wysoki poziom temperatury
• odpowiednia regeneracja
• niskie koszty instalacji

Typ dolnego źródła ciepła

bose-instalPionowe odwierty w gruncie wykonuje się w odległości 6-10 metrów od siebie. Jest to najstabilniejsze dolne źródło, niepodatne na sezonowe wahania temperatury. Metoda ta ma również minimalny wpływ na otoczenie (np. ogród) i nie jest uciążliwa dla właściciela działki. Odwierty wykonuje się do głębokości nawet 200m p.p.t, w razie potrzeby wykonania pionowego dolnego źródła o większej długości wykonuje się kilka odwiertów połączonych w studni zbiorczej. Należy pamiętać iż największą wydajność dolnego źródła otrzyma się przy jak najmniejszej ilości odwiertów jak najgłębszych. Dwa odwierty o na głębokość 200m nie są równoważne czterem odwiertom po 50mb. Przy wyliczaniu mocy chłodniczej dolnego źródła dla potrzeb stosowanej pompy ciepła początkowe mb odwiertu są pomijane.

Ground-SourcePoziome wymienniki gruntowe. Ta metoda polega na ułożeniu wężownicy ok. 1,6 - 1,8 metra pod powierzchnią ziemi na terenie działki. Wężownica jest układana na powierzchni ok. 3-krotnie większej niż pow. domu. Oznacza to konieczność posiadania odpowiedniej wielkości działki oraz znaczne prace ziemne. Docelowo na powierzchni gdzie jest ułożona wężownica można sadzić jedynie roślinność niskokorzenną (nie można sadzić drzew!). Metoda ta jest bardziej uciążliwa dla właściciela, lecz tańsza. Najlepsze efekty otrzymuje się dla gruntów gliniastych oraz przy poziomie wody gruntowej wyższym niż  ułożony wymiennik. Dodatkowo występowanie przepływu wody gruntowej zwiększa wydajność takiego wymiennika nieustannie go ładując.

Air pump•Powietrze. Rozwiązanie najbardziej nowoczesne, umożliwiające odzyskanie ciepła z powietrza. Nie jest wymagane wiercenie ani żadne prace ziemne. Rozwiązanie szczególnie zalecane, gdy obiekt posiada ogrzewanie podłogowe. Pompy ciepła typu powietrze-woda znalazły zastosowanie dla obiektów modernizowanych, które posiadały już źródło ciepła. Ponieważ temperatury na poziomie -16C zdarzają się okresowo, maksymalnie dwa tygodnie w roku nie jest potrzebny dobór urządzenie dla w/w warunków pogodowych. Pompy ciepła powietrze-woda możemy zaprojektować dla pracy do temperatury np. -5C, a poniżej tej temperatury zostaną wspomagane przez istniejące źródło ciepła. Takie rozwiązanie ogranicza w znacznym  stopniu koszty inwestycji, minimalizując koszty ogrzania obiektu.

Wody powierzchniowe i gruntowe. Rozwiązanie to wymaga dostępu do otwartego zbiornika wody. Na dnie zbiornika ułożona jest wężownica. Rozwiązanie technicznie proste i nieuciążliwe, lecz wymagające dostępu do wody. Idealnie nadają się posesje zlokalizowane obok zbiorników wodnych. Stosują przydomowe stawy należy jednak pamiętać o możliwości obniżeniu się temperatury wody pod koniec sezonu grzewczego. Ważna też jest głębokość zbiornika oraz jego powierzchnia, które muszą spełniać wymagania odnośnie kumulacji energii w zależności od zapotrzebowania pompy ciepła na moc chłodniczą. Rozwiązanie wykorzystujące wody gruntowe. Wymiennikiem są studnie, które w wymienniku pośrednim oddają ciepło pompie ciepła. Rozwiązanie z udziałem wody jest bardzo wydajne.  Wykorzystując wody gruntowe musimy posiadać studnie zwaną czerpnią oraz miejsce zrzutu wodu po odbiorze z niej energii cieplnej. Dodtkowo musimy zapewnić całoroczna wydajność studni, oraz skład pobieranej wody nie może posiadać zbyt dużej ilości związków żelaza, które spowodują zmniejszenie wydajności wymiennika pośredniego, aż do całkowitego jego "zabicia".