Pompy Ciepła

Pompy ciepła to bardzo wydajne źródło ciepła, ponieważ ciepło pozyskiwane z natury, a więc z ziemi, powietrza lub wody, zostają przekształcane na energię cieplną, ogrzewanie całego wnętrza lub chłodzenie, czyli klimatyzację. To bardzo nowoczesne i całkowicie ekologiczne urządzenia, które skonstruowane przy wykorzystaniu specjalnej technologii determinują konieczność przepływu ciepła z miejsca posiadającego niższą temperaturę do obszarów wyróżniających się zdecydowanie  wyższą temperaturą otoczenia.]

Pompy ciepła ogólnie dzielą się na:

• Pompy ciepła powietrzne, w tym rodzaje: powietrze ? powietrze oraz powietrze ? woda. To najbardziej rozpowszechnione metody generowania ciepła. Urządzenia pobierają zimne powietrze z zewnątrz i ogrzewane emitują do wewnątrz pomieszczeń. W przypadku typu drugiego, pobrane powietrze przenosi się albo do systemu sanitarnego, albo do obiegu grzewczego.
• Pompy ciepła gruntowe ?  ciepło pobierane jest bezpośrednio z gruntu. energetycznie bardziej efektywne

Pompy ciepła możemy również podzielić je na służące do ogrzewania domu i ciepłej wody użytkowej oraz tylko do nagrzania ciepłej wody użytkowej.

Pompy ciepła przekształcają energię z naturalnych źródeł ciepła, tj. z ziemi, wody lub powietrza w ogrzewanie domu, chłodzenie wnętrz i ogrzewanie ciepłej wody użytkowej. To jeden z najbardziej ekologicznych sposobów na zapewnienie komfortu mieszkania i funkcjonowania.

Zalety pomp ciepła:

• Pompa ciepła obniża koszty ogrzewania (nawet o 75% w stosunku do spalania gazu płynnego, oleju opałowego czy prądu)
• Pompa ciepła to bardzo opłacalna inwestycja (amortyzuje się po kilku latach w stosunku do ogrzewania propanem, olejem, prądem, po około 8-10 latach przy ogrzewaniu gazem ziemnym)
• Obecnie nowoczesne pompy posiadają wysoki współczynnik COP sięgający wartości 4,8 co oznacza, że pompa pracuje ze sprawnością 480%!
• Niższy koszt instalacyjny niż przy montażu kotłowni starego typu
• Pompa ciepła jest jedną z najbardziej niezawodnych technologii grzewczych ? planowana żywotność sprężarki ok. 25 lat
• Możliwość wykorzystania pompy ciepła do chłodzenia pomieszczeń
• Pompa ciepła jest niezwykle prosta w obsłudze ? gwarancja bezawaryjności
• Pompa ciepła funkcjonuje bez palnego paliwa w budynku
• Pompa ciepła nie emituje szkodliwych spalin w budynku ? np. czad ? bezpieczeństwo
• Pompa ciepła nie wymaga pomieszczenia kotłowni i nie wymaga dużo miejsca zabudowy ? oszczędność na inwestycji
• Pompa ciepła nie wymaga podłączenia komina ? oszczędność na inwestycji
• Pompa ciepła nie wymaga przyłącza gazu lub składu opału ? oszczędność na inwestycji
• Pompa ciepła obniża emisję CO2, zużycie energii pierwotnej, co istotnie wpływa na bezpieczeństwo naszego naturalnego środowiska

Pompa ciepła to system grzewczy przyszłości.

COP to Coefficient of Performance, jest to współczynnik wydajności, wyrażający stosunek ilości dostarczonego ciepła do ilości energii elektrycznej zużytej przez pompę ciepła. Im COP jest większy, tym uzyskanie tej samej ilości ciepła wymaga mniejszego nakładu w postaci energii elektrycznej, za którą płacimy.

Za przykład może posłużyć taki przypadek:

2 kWh ? energia elektryczna pobrana przez pompę ciepła (sprężarkę)

6 kWh ? energia pobrana przez pompę ciepła z darmowego źródła (grunt, woda, powietrze)

2 kWh + 6 kWh = 8 kW – całkowita energia pobrana przez pompę ciepła

COP = 8 kWh / 2 kWh = 4 – współczynnik COP

Pompy ciepła oceniamy poprzez porównanie współczynnika COP, im one jest większy tym lepsza i wydajniejsza jest nasza pompa ciepła.

Z instalacyjnego punktu widzenia najwygodniejsza i najtańsza jest powietrzna pompa ciepła, ponieważ nie wymaga wykonania odwiertów ani wykopów. Taka pompa ciepła wykorzystuje powietrze zewnętrzne jako źródło energii cieplnej o niższej temperaturze. Ciepło z powietrza jest wdmuchiwane do pomieszczenia poprzez nawiewy podobne do klimatyzacji lub przekazywane do instalacji wodnej (kaloryfery, klimakonwektory, ogrzewanie podłogowe).

Pompa tego rodzaju szczególnie nadaje się do budynków istniejących lub modernizowanych. Większość pomp tego typu działa bez wspomagania jedynie do około -15/- 20?C). Poniżej tej temperatury pompa musi działać dodatkową grzałką elektryczną inne źródło ciepła, które w tych szczytowych chwilach wspomoże pompę ciepła.

Urządzenie grzewcze, a więc także pompę ciepła, dobiera się w taki sposób, aby jego moc grzewcza była zbliżona do zapotrzebowania budynku na ciepło. Określa się je, wykonując obliczenia zgodnie z polską normą PN-EN 12831 dla temperatury minimalnej obowiązującej w strefie klimatycznej, w której ma pracować urządzenie. Można je też oszacować, posługując się wskaźnikami ? 50 W/m2 dla domów dobrze zaizolowanych, 70 W/m2 dla takich o średniej izolacji cieplnej. Stosowanie pompy ciepła w domach słabo izolowanych można uznać za nieopłacalne.

Przez większą część sezonu grzewczego temperatura jest wyższa, a więc straty ciepła i wynikające z nich zapotrzebowanie na moc ? mniejsze. W związku z tym należy rozważyć dobranie pompy o mniejszej mocy i ewentualne dogrzewanie grzałką elektryczną. Takie rozwiązanie jest wskazane ze względów ekonomicznych oraz eksploatacyjnych. Przewymiarowana pompa nie dość, że jest droższa, to jeszcze pracuje w krótkich, ale częstych cyklach, co przyspiesza zużywanie się elementów sprężarki oraz skokowy wzrost poboru energii w momencie uruchamiania. Dlatego niedoszacowanie mocy pompy ciepła o mniej więcej 20% nie jest błędem. Wystarczy, jeśli urządzenie będzie w stanie pokryć zapotrzebowanie na ciepło dla typowej temperatury w zimie, czyli od 0 do -10°C. Zainstalowana w zbiorniku wody grzałka elektryczna o mocy 6-9 kW będzie wspomagała ogrzewanie zaledwie przez kilka dni w roku, gdy temperatura spadnie poniżej -10°C.

W naszym klimacie ilość energii dostarczonej w ciągu roku przez grzałkę elektryczną wynosi zaledwie 5-10% całej energii dostarczonej przez pompę ciepła.

Pompy ciepła nadają się do współpracy z instalacjami c.o., c.w.u. oraz ciepła technologicznego, czyli potrzebnego do ogrzewania nadmuchowego.

Pompa ciepła pracuje efektywnie, jeśli jej współczynnik COP jest wysoki, a taka sytuacja ma miejsce wtedy, gdy różnica temperatury źródła górnego i dolnego jest niewielka. Ten wymóg czyni pompy ciepła odpowiednim źródłem dla systemów ogrzewania niskotemparaturowego (na przykład płaszczyznowego) oraz systemów przygotowania c.w.u. Z technicznego punktu widzenia pompa ciepła może zasilać także grzejniki konwekcyjne, lecz ekonomicznie taka inwestycja jest nieuzasadniona. Aby dostarczyć do pomieszczeń dostateczną ilość ciepła, grzejniki zasilane wodą grzewczą o niskich parametrach, odpowiednich do efektywnej pracy pompy ciepła, musiałyby mieć znacznie większą powierzchnię niż te zasilane wodą o parametrach charakterystycznych dla kotłów, czyli 70-80oC. Byłyby droższe i ? ze względu na pokaźne wymiary ? trudniej byłoby je ulokować we wnętrzach bez uszczerbku dla ich estetyki.

Ogrzewanie podłogowe wymagające zasilania wodą o temperaturze nieprzekraczającej 55oC oraz ścienne ? mniej popularne, ale działające na podobnych zasadach i zasilane także wodą o podobnych parametrach ? sprawdzą się znacznie lepiej niż grzejniki. Odpowiednia będzie także instalacja ogrzewania nadmuchowego, w której powietrze nagrzewa się maksymalnie do 40oC. W układzie z pompą ciepła do c.w.u. ciepło wytworzone przez pompę jest kierowane do wężownicy zasobnika, w którym podgrzewa się woda użytkowa. Jeśli pompa jest typu powietrze-woda i powietrze oddające ciepło w parowniku jest kierowane do pomieszczeń, dodatkowo uzyskuje się efekt ich chłodzenia.

W systemie grzewczym z pompą ciepła wykorzystywaną zarówno do przygotowania c.w.u, jak i do ogrzewania stosuje się zawór trójdrogowy zapewniający priorytet podgrzewania ciepłej wody w zasobniku. W bardziej rozbudowanych układach wykorzystuje się zasobnik buforowy, zwykle o pojemności mniej więcej 200 l. Jego zadaniem jest optymalizacja bezwładności cieplnej systemu, a w konsekwencji wydłużenie cyklu pracy pompy ciepła (okresu między jej kolejnymi włączeniami). Celowość stosowania zbiornika buforowego jako elementu zwiększającego bezwładność cieplną układu jest dyskusyjna w przypadku, gdy pompa ciepła zasila instalację ogrzewania podłogowego ułożoną w całym domu. Masywny jastrych sam ma bowiem dużą pojemność cieplną, dzięki której wychładzanie pomieszczeń następuje powoli. Co innego w instalacjach ze zwykłymi grzejnikami, których bezwładność jest niewielka, lub w systemach biwalentnych, w których pompa ciepła współpracuje jeszcze z innymi źródłami ciepła, takimi jak kolektory słoneczne lub kominek z płaszczem wodnym, bo wytwarzane przez nie ciepło powinno być akumulowane. Dobór konfiguracji systemu grzewczego zależy więc od indywidualnych potrzeb klienta.

Aby dokonać optymalnego doboru pomp ciepła należy obliczyć zapotrzebowanie mocy dla danego budynku. Przyjmujemy, iż dla starego budownictwa zapotrzebowanie ciepła będzie wynosić 75 W/m2, dla nowego z dobrą izolacją 50 W/m2 zaś dla budynku energooszczędnego 30 W/m2. Wartości te mnożymy przez powierzchnię przewidzianą do ogrzania i otrzymujemy całkowite zapotrzebowanie ciepła dla danego obiektu wyrażone KW.

Pompa ciepła to najtańsze w eksploatacji źródło ciepła gdyż 75% energii pozyskujemy za darmo z gruntu lub wody, jedynie 25% należy dostarczyć jako energię elektryczną. Oczywiście do kosztów należy doliczyć energię potrzebną do utrzymania układu w stanie pracy. Przyjmuje się orientacyjnie, że koszt ogrzewania domu pompą ciepła jest niższy o około 75% od ogrzewania elektrycznego, 50% od ogrzewania olejem opałowym i 25% gazem ziemnym.

Wygląd, sposób zamontowania urządzeń jest charakterystyczny dla każdego z producentów jednak pewne elementy są wspólne. W części roboczej ? zasadniczej znajdują się wymienniki ciepła oraz armatura w skład, której wchodzi sprężarka, skraplacz, zawór rozprężny, parownik, zawory zwrotne, elektrozawór oraz zawory serwisowe. Przeważnie pompy mają wydzieloną część elektroniczną pozwalającą na sterowanie i kontrole pracy pompy ciepła i urządzeń z nią współpracujących np. pomp obiegowych. Całość jest zamknięta w konstrukcji obudowy, która zawiera elementy usztywniające, uszczelniające i wygłuszające.