Co to jest pompa ciepła?
Pompy ciepła są urządzeniami, które pozwalają na pozyskiwanie i zagospodarowanie ciepła ze środowiska naturalnego. Ciepła znajdującego się w powietrzu, w wodzie, w gruncie.
Zasada funkcjonowania pomp ciepła, "pompowania energii cieplnej", jest powszechnie wykorzystywana w lodówkach i zamrażarkach, w których odpowiedni czynnik chłodzący krążący w zamkniętej instalacji, odbiera ciepło z wnętrza lodówki/zamrażarki i następnie oddaje do otoczenia poprzez radiator.
Elementy pompy ciepła tworzą podobny lecz bardziej zaawansowany technologicznie system – zamknięty układ, wewnątrz którego krąży czynnik chłodniczy. W systemie obiegu podlega on przemianom z postaci ciekłej na gazową i odwrotnie powodując przepływ energii cieplnej ze źródła pozyskiwania (tzw. "źródła dolnego") do instalacji odbiorczej "źródła górnego", np. ogrzewanie podłogowe, kaloryfery itd. Do napędzania układu wykorzystuje się – tak jak w lodówkach – energię elektryczną.
Opis działania pompy ciepła
W parowniku (wymiennik ciepła) czynnik roboczy ulega procesowi odparowania. Odbiera w ten sposób energię cieplną z tzw. dolnego źródła (np. powietrze lub grunt). Następnie czynnik zostaje zassany w postaci pary o niskim ciśnieniu do sprężarki, w której wzrasta jego ciśnienie oraz temperatura. Następnym elementem systemu obiegu, do którego trafia czynnik w postaci gazowej jest wymiennik ciepła nazywany skraplaczem. Gorący i sprężony czynnik oddaje w tym miejscu energię cieplną do tzw. źródła górnego. Przekazywanie ciepła powoduje skroplenie czynnika. Po drodze do parownika czynnik natrafia na zawór rozprężny. To ostatni z elementów, zamykający obieg, dozujący ilość czynnika trafiającą do parownika. Procesowi przejścia towarzyszy obniżenie ciśnienia oraz temperatury czynnika.
Zastosowania pomp
Pompy ciepła nadają się do podgrzewania wody (np. pompy CTC EcoAir pozwalają podgrzać wodę do 65°C) oraz ogrzewania budynków. Szczególnie wartościowym zastosowaniem jest podgrzewanie wody. Zastosowanie pomp ciepła zwłaszcza w okresie letnim jest wybitnie ekologicznym i bardzo oszczędnym rozwiązaniem w porównaniu do tradycyjnych źródeł energii typu prąd czy olej opałowy. Dlatego inwestycje w pompy ciepła mogą przynieść największe korzyści dla hotelarstwa, gastronomii oraz gospodarstw agroturystycznych. Ważnym polem zastosowania będą również domy jednorodzinne oraz budownictwo wielomieszkaniowe.
Na rynku upowszechniły się trzy rodzaje pomp ciepła: odbierające ciepło z powietrza, z wody i z gruntu.
Ciepło z powietrza
Pompa ta pozyskuje energię cieplną z powietrza atmosferycznego. W naszych warunkach klimatycznych możliwa jest skuteczna praca takiej pompy przy temperaturze nie przekraczającej –22°C. Oczywiście najwyższą sprawność uzyskuje ona przy dodatnich temperaturach. W przypadku temperatur poniżej zera wydajność systemu maleje. Stąd wniosek, że instalacje wykorzystujące powietrze jako źródło energii sprawdzą się najlepiej np. do podgrzewania wody użytkowej. Czyli pożyteczne będą w gospodarstwach agroturystycznych, hotelach, pensjonatach, wszędzie tam, gdzie występuje duże zapotrzebowanie na podgrzaną wodę w okresie wiosenno-letnio-jesiennym.
Ciepło z wody
W tym przypadku medium dostarczającym ciepło jest woda gruntowa. Na głębokości powyżej 6 m ma w zasadzie stałą temperaturę wynoszącą w Polsce ok. 10°C, niezależnie od pory roku. Do poboru ciepła z wody gruntowej potrzebne są dwie studnie. Jedna do czerpania wody, druga do zrzutu wody schłodzonej (przepuszczonej przez instalację pompy ciepła). Niezbędne jest aby odległość między studniami była jak największa, min. 20 m. Zapewnienie odpowiedniej odległości ma zapobiegać mieszaniu się wody czerpanej ze zrzucaną.
Wydajność pompowania wody gruntowej powinna wynosić około 1,5-2 m3/h. Zadanie to może spełniać pompa samozasysająca o mocy 200 W (o ile lustro wody będzie nie głębiej niż 6 m). Decydując się na pobieranie ciepła z wody należy przed rozpoczęciem inwestycji zbadać na jakiej głębokości znajduje się woda gruntowa.
Ciepło z gruntu
Kolektor płaski - instalacja umieszczona horyzontalnie w gruncie
Kolektor jest zbudowany z rur o średnicy jednego cala, ułożonych w gruncie na głębokości ok. 1,5 m (poniżej progu przemarzania, ale nie głębiej niż 2 m). Zazwyczaj to kilka odcinków rur o łącznej długości ok. 100 m. Przy odstępach między rurami rzędu 0,5 do 0,8 m z jednego m2 gruntu z ułożonym kolektorem otrzymuje się moc 10-40 W. Różnice w wydajności związane są z rodzajem gleby. 
Grunt wilgotny, np. gliniasty, oddaje więcej ciepła niż piaszczysty. Dlatego mając na uwadze, że do ogrzewania domu potrzeba ok. 50 W/m2 – dla nowych dobrze ocieplonych domów. Dom pasywny może potrzebować nawet poniżej 15 W/m2. W starym budownictwie w zależności od parametrów docieplenia i stanu stolarki zapotrzebowanie może sięgać 120 W/m2 i więcej).
Kolektor płaski powinien zajmować szacunkowo powierzchnię 1,5 do 5 razy większą niż powierzchnia domu. Zatem do tego rozwiązania niezbędna jest duża działka (np. ok. 600 m2 dla domu o powierzchni ok. 150 m2, przy piaszczystym gruncie).
Kolektor spiralny
Ułożenie rur spiralnie w wykopach o szerokości co najmniej 80 cm
Pod względem wykonawstwa kolektor spiralny wydaje się prostszy w wykonaniu bowiem mniejszych nakładów wymaga wykopanie rowów o długości do 20 niż zdjęcie, do położenia rur, 1,5-metrowej warstwy ziemi z dużej powierzchni działki (dla kolektora płaskiego). Przy kolektorze płaskim jak i spiralnym o rzeczywistej wydajności systemu decyduje powierzchnia instalacji umieszczonej w gruncie oraz właściwe odległości między rurami, z których odbierane jest ciepło. Przy spiralnym układaniu kolektora należy pamiętać o minimalnych odległościach między rowami. Jeżeli będą zbyt małe to instalacja będzie straci na efektywności.
Kolektor pionowy
Gdy działka jest mała skutecznym rozwiązaniem jest instalacja kolektora pionowego. Rury umieszcza się w odwiertach o głębokości 30 do 150 m (rury zgięte w kształcie litery U). Szacunkowo z 1 m odwiertu można uzyskiwać od 30 do 100 W energii cieplnej.
Oprac. mgr inż. Jarosław Hryń
Sprzedaż pomp ciepła marki CTC. Doradztwo i serwis. Kontakt:
Więcej informacji o pompach ciepła CTC >>