Jak działają pompy ciepła?

Pompa ciepła jest maszyną cieplną wymuszającą przepływ ciepła z obszaru o niższej temperaturze do obszaru o temperaturze wyższej. Proces ten przebiega wbrew naturalnemu kierunkowi przepływu ciepła i zachodzi dzięki dostarczonej z zewnątrz energii mechanicznej (w pompach ciepła sprężarkowych) lub energii cieplnej (w pompach absorpcyjnych). Zatem pompy ciepła są to urządzenia, które jak wskazuje nazwa, pompują (przenoszą) ciepło z jednego ośrodka do drugiego. Odbywać się to musi kosztem pracy mechanicznej (pompy sprężarkowe), ciepła (pompy absorpcyjne) lub energii elektrycznej (pompy termoelektryczne). Urządzenia te mogą pełnić jednocześnie dwie funkcje – grzać i chłodzić. Jeżeli głównym celem jest chłodzenie, wtedy mówi się o chłodziarkach, lodówkach czy klimatyzatorach. Jeżeli zadaniem maszyny jest ogrzewanie, wtedy nazywa się ją pompą ciepła.

Pompy ciepła sprężarkowe to najbardziej rozpowszechniona grupa urządzeń. Wykorzystują sprężarkę mechaniczna jako urządzenie dostarczające pracę do układu. Do zalet tego typu rozwiązań zaliczyć należy względną prostotę konstrukcji, wysoką efektywności energetyczną oraz mobilność. Wadą jest uzależnienie od dostaw energii elektrycznej oraz zużywanie się elementów mechanicznych w sprężarce. Sprężarkowe pompy ciepła mogą być zasadniczo napędzane także gazem ziemnym, olejem napędowym lub biomasą (olej rzepakowy, biogaz). Do napędu sprężarki stosowany jest wtedy silnik spalinowy. Oprócz dodatkowych nakładów, potrzebnych na izolację akustyczną silnika i odprowadzenie spalin konieczna jest w tym wypadku także instalacja zasilania paliwem.

Zobacz

• Rys. 42.1. Schemat ideowy pompy ciepła.
• Rys. 42.2. Podstawowe elementy pompy ciepła.

Pompy ciepła można sklasyfikować według różnych kryteriów. Najważniejsze jest jednak to z jakiego otoczenia pompa pobiera ciepło i w jaki sposób przekazuje je do pomieszczeń. Najczęściej używanymi pompami są:
gruntowe (solanka/woda, bezpośrednie odparowanie/woda, bezpośrednie odparowanie/bezpośrednie skraplanie),
wodne (woda/woda, woda/powietrze),
powietrzne (powietrze/woda, powietrze/powietrze).

W zależności od zewnętrznego źródła zasilania można je również podzielić na:
elektryczne,
olejowe,
gazowe (GHP – Gas Heating Pumps).

Dobór źródła zasilania ma nie tylko wpływ na ostateczną ekonomiczność i efektywność energetyczną rozwiązania ale również na naturalne środowisko.

Pompa ciepła uzyskuje największe skuteczności energetyczne w połączeniu z ogrzewaniem niskotemperaturowym (ogrzewanie podłogowe).
Przy projektowaniu systemów grzewczych z pompą ciepła mamy do wyboru kilka rozwiązań:
system monowalentny – pompa jest jedynym urządzeniem grzewczym;
system biwalentny alternatywny – w systemie pracują dwa urządzenia; po osiągnięciu określonej temperatury zewnętrznej pompa wyłącza się i włącza się drugie urządzenie np. kocioł gazowy lub olejowy;
system biwalentny równoległy – w systemie pracują dwa urządzenia; po osiągnięciu określonej temperatury zewnętrznej włącza się drugie urządzenie i od tej pory obydwa urządzenia pracują równocześnie.