Pompy ciep³a prze¿ywaj¹ w wielu

niezawodnoœci¹ dzia³ania i niskimi

ków oraz zapewnienia ciep³ej wody

krajach prawdziwy rozkwit. W innych s¹

kosztami eksploatacji, jak i ich przyjazn¹

u¿ yt ko we j. Ic h ró ¿n or od no œæ or az

ju¿ sta³ym elementem rynku urz¹dzeñ

dla œrodowiska prac¹, opart¹ w du¿ej

mo¿liwoœæ indywidualngo dopasowania

grzewczych. W jeszcze innych, jak na

mierze na wykorzystaniu odnawialnych

do konkretnych potrzeb sprawia, ¿e

przyk³ad w Szwecji, gdzie stanowi¹ 90%

Ÿróde³ energii.

znajduj¹ one zastosowanie zarówno w

rynku, ca³kowicie go zdominowa³y.

Ich

Pompy ciep³a wykorzystuj¹ ciep³o

do ma ch no wo bu do wa ny ch , j ak i

po pu la rn oœ æ mo ¿n a wy t³ um ac zy æ

otoczenia, zakumulowane w powietrzu,

poddawanych

termomodernizacji.

zarówno du¿¹ dojrza³oœci¹ techniczn¹,

ziemi lub wodzie, do ogrzewania budyn-

Pompy ciep³a

Pompy ciep³e wykorzystuj¹ zakumulowan¹ w gruncie, wodzie

lub powietrzu energiê s³oneczn¹. “Wypompowuj¹” ciep³o z otocze-

nia, podnosz¹ jego temperaturê i oddaj¹ je systemowi grzewczemu.

Wykorzystywane s¹ do ogrzewania lub ch³odzenia budynków

oraz podgrzewania ciep³ej wody u¿ytkowej.

5

W

PROWADZENIE

Z

ASADA

DZIA£ ANIA

Ciep³o przep³ywa w naturalny sposób
zawsze z miejsca o wy¿szej temperaturze
w miejsce o ni¿szej temperaturze. Pompy
ciep³a umo¿liwiaj¹ odwrócenie tego
kierunku i wykorzystanie ich zarówno do
celów grzewczych, jak i ch³odniczych.
Przyk³adem pompy ciep³a, z któr¹
spotyka siê ka¿dy na codzieñ, jest
lodówka. „Wypompowuje” ona ciep³o ze
swojego wnêtrza i oddaje je na zewn¹trz,
ogrzewaj¹c przy tym kuchniê. W
podobny sposób dzia³aj¹ pompy ciep³a
maj¹ce na celu ogrzanie pomieszczeñ lub
wody u¿ytkowej. „Przepompowuj¹” one
zakumulowane w ziemi, powietrzu lub
wodzie ciep³o (najczêœciej s³oneczne) do
ogrzewanych pomieszczeñ. Jak to siê
jednak dzieje, ¿e s¹ one w stanie
z a p e w n i æ o d p o w i e d n i o w y s o k i e
temperatury, wykorzystuj¹c Ÿród³a ciep³a

temperatura równie¿ maleje. Pompy ciep³a

Kr¹¿¹cy pomiêdzy poszczególnymi

o niskiej temperaturze? Jest to mo¿liwe

wykorzystuj¹ tê w³aœnie zasadê. Sk³adaj¹

elementami czynnik roboczy podlega

dziêki prawu fizycznemu stanowi¹cemu,

siê one najczêœciej z czterech g³ównych

cykl iczn ym zmia nom temp erat ury i

i¿ gazy, bêd¹c w zamkniêtym systemie

elementów (rysunek 1) pomiêdzy którymi

ciœni enia. Wartoœæ tych param etrów

(sta³a objêtoœæ), zwiêkszaj¹ swoj¹

w zamkniêtym systemie kr¹¿y substancja

zale¿y od rodzaju u¿ytej substancji. W

temperaturê wraz z rosn¹cym ciœnieniem

(tzw. czynnik roboczy) na zmianê w

momencie, gdy znajduje siê ona przed

(sprê¿anie) i na odwrót przy zmniejsza-

postaci gazowej i ciek³ej.

parownikiem, osi¹ga swoj¹ najni¿sz¹

j¹cym siê ciœnieniu (rozprê¿anie), ich

1

SKRAPLACZ

PAROWNIK

ZAWÓR

ROZPRʯAJ¥CY

SPRʯARKA

p

a

ro

w

a

n

ie

•

R

Ó

D

£

O

C

IE

P

£

A

1

0

°

C

O

D

B

IÓ

R

C

IE

P

£

A

5

0

°

C

sprê¿anie

+60°C
14 bar

+90°C
14 bar

-4°C
1 bar

-12°C
1 bar

rozprê¿anie

s

k

ra

p

la

n

ie

Rys. 1 Schemat dzia³ania pompy ciep³a

Z

ASADA

DZIA£ ANIA

-

CD

.

R

ODZAJE

I

PODZIA£

POMP

CIEP£ A

temperaturê i ciœnienie i jest w stanie

ty m zm ia ni e. W po st ac i ga zo we j

gazowego w stan ciek³y. W tej postaci

ciek³ym. Przep³ywaj¹c nastêpnie przez

przechodzi do sprê¿arki, w której nastêpuje

trafia do ostatniego elementu, jakim jest

parownik, poddawana jest dzia³ aniu

jej

sprê¿enie

i

jednoczesny

znaczny

wzrost

zawór rozprê ¿aj¹cy. Podlega w ni m

ni sk ot em pe ra tu ro we go ci ep ³a z

zarówno ciœnienia, jak i temperatury.

gwa³townemu rozprê¿eniu, a przy tym

otoczenia, a poniewa¿ jej temperatura

Nastêp n¹ stac j¹ jest skrapl acz, cz yli

gwa³t ownem u zmni ejsze niu za równo

jest jeszcze ni¿sza, podgrze wa siê,

miejsce, w którym gor¹cy czynnik roboczy

ciœnienia, jak i temperatury. W tym

pobieraj¹c ciep³o i jednoczeœnie paruj¹c

oddaje wysokotemperaturowe ciep³o np.

miejscu obieg siê zamyka i czynnik

przechodzi ze stanu ciek³ego w stan

systemowi grzewczemu, och³adza siê przy

roboczy powtórnie trafia do parownika,

gazowy. Jej ciœnienie nie podlega przy

tym i przechodzi z powrotem ze stanu

aby pobraæ ciep³o z otoczenia.

Pompy ciep³a dzielone s¹ zazwyczaj
n a p o d s t a w i e d w ó c h g ³ ó w n y c h
kryteriów: wed³ug sposobu podnoszenia
ciœnienia i temperatury czynnika robo-
czego oraz wed³ug Ÿród³a ciep³a nisko-
temperaturowego. Dwa g³ówne typy
pomp, wyró¿nione ze wzglêdu na
pierwsze kryterium, to sprê¿arkowe oraz
sorbcyjne pompy ciep³a. Te pierwsze
(rysunek 1), wykorzystuj¹ce sprê¿arki
elektryczne, s¹ zdecydowanie najczêœ-
ciej stosowane i uwa¿ane za najbardziej
dojrza³e technicznie. Drugie, wyko-
rzystuj¹ najczêœciej gaz ziemny, a sprê-
¿arka elektryczna zast¹piona jest w nich
sprê¿ark¹ termiczn¹.

Drugie kryterium - Ÿród³o ciep³a,

dzieli pompy ciep³a na wykorzystuj¹ce
powietrze, grunt lub wodê. Ka¿de ze
Ÿróde³ ma swoje wady i zalety wp³ywaj¹-
ce na koszty inwestycyjne, nak³ad pracy
zwi¹zany z instalacj¹ pompy ciep³a i na
jej wydajnoœæ. Czêsto wybór Ÿród³a
zale¿ny jest od warunków miejscowych i
po³o¿enia budynku.
Najtañsze i naj³atwiejsze w monta¿u
s¹ pompy ciep³a wykorzystuj¹ce powie-
trze jako Ÿród³o ciep³a. Niestety, ze
wzglêdu na du¿e wahania temperatur,

kolektory poziome, wkopane w ziemie na

Najkorzystniejszym, ale i najbardziej

pompy te maj¹ te¿ najmniejsz¹ wydaj-

g³êboko œci ok. 1 ,5 metra lub sond y

wymagaj¹cym z wymienionych Ÿróde³

noœæ i wymagaj¹ najczêœciej wspoma-

pionowe, wiercone do g³êbokoœci

ciep³a, jest woda gruntowa. Bardzo

gania w postaci grza³ki elektrycznej w

przekraczaj¹cych nawet 100 metrów.

do br ze ak um ul uj e o na ci ep ³o i

okresach bardzo niskich temperatur

Niezamarzaj¹ca mieszanka glikolu i wody

je dn oc ze œn ie ni e po dl eg a du ¿y m

powietrza.

(tzw. solanka) przep³ywa przez wkopane w

wahani om temper atur, dziêki czemu

Grunt jest du¿o lepszym akumu-

ziemiê rury, ogrzewaj¹c siê. Wp³ywaj¹c

pompy ciep³a dzia³aj¹ce w oparciu o to

latorem ciep³a, a jego temperatura

nas têp nie do p aro wni ka, czy li t zw.

Ÿród³o maj¹ bardzo du¿¹ wydajnoœæ.

podlega mniejszym wahaniom. Na

wymiennika ciep³a, oddaje tam pobrane

Chc¹c wykorzystywaæ wodê gruntow¹

g³êbokoœci 2 metrów wynosi ona, w

ciep ³o czyn niko wi robo czem u. Iloœ æ

nale¿y pamiêtaæ o spe³nieniu szeregu

zale¿noœci od pory roku, œrednio od 7 do

u³o¿onych rur lub wierconych sond zale¿y

wymagañ; zarówno technicznych, jak i

13°C. Gruntowe pompy ciep³a maj¹

w g³ównej mierze od warunków

formalnych.

dziêki temu lepsz¹ wydajnoœæ i s¹

geologicznych oraz zapotrzebowania

najczêœciej wybieranym wariantem przy

energetycznego, jakie ma pokryæ pompa

budowie nowego domu. Najczêœciej

ciep³a.

wykorzystywanymi ich wariantami s¹

2

•

RÓ D£ A

CIEP£ A

Rys. 2 Schemat systemu centralnego ogrzewania z wykorzystaniem pomp ciep³a
o ró¿nych Ÿród³ach ciep³a: a.grunt - kolektory poziome, b. grunt - sondy
pionowe, c. powietrze - ustawienie zewnêtrzne, d. woda gruntowa - studnie

a

b

c

d

Autor
mgr in¿. Marek Miara

S³oneczna Strona
oferuje nastêpuj¹ce bezp³atne
serie informacyjne:

Kontakt

S³oneczna Strona
lepsza strona energii

e-mail: [e-mail]
internet: www.slonecznastrona.pl

Energia w pigu³ce
Informacje podstawowe

Stan
Luty 2007

Prawa autorskie
Wykorzystywanie i kopiowanie
tekstów wy³¹cznie za podaniem
Ÿród³a. Wykorzystywanie zdjêæ
i grafik tylko za zgod¹ wydawcy.

Wiedza dla zaawansowanych
Rozwi¹zania szczegó³owe

Projekty i przedsiêwziêcia
Wybrane przyk³ady realizowanych
projektów z kraju i ze œwiata

3

W

SPÓ £ CZYNNIK

EFEKTYWNOΠCI

P

ROGRAMY

MONITORINGOWE

POMP

CIEP£ A

P

ODSUMOWANIE

Jednym ze wskaŸników charaktery-

zuj¹cych pompy ciep³a jest tzw.
wspó³czynnik efektywnoœci. Mówi on,
ile zu¿yto energii elektrycznej, napêdza-
j¹cej sprê¿arkê elektryczn¹, w stosunku
do ca³oœci oddanej energii grzewczej.
Typowy wspó³czynnik efektywnoœci
nowoczesnych pomp ciep³a wynosi 4 i
mówi, ¿e dostarczone systemowi
grzewczemu ciep³o sk³ada siê w trzech
czwartych z ciep³a pobranego bezpoœre-
dnio ze œrodowiska, a w jednej czwartej z
energii elektrycznej, koniecznej do pracy
sprê¿arki - w tym przypadku (3+1)/1 = 4

nej potrzebnej jest na podniesienie

takie jak ogrzewanie pod³ogowe lub

(rys. 3).

temperatury czynnika roboczego do

œcienne. W przeciwieñstwie do nich,

G³ównym parametrem wp³ywaj¹-

odpowiedniego poziomu i tym lepszy, konwencjonalne systemy ogrzewania z

cym na efektywnoœæ pomp ciep³a jest

wiêkszy, jest wspó³czynnik efektywnoœci.

zastosowaniem kaloryferów potrzebuj¹

ró¿nica temperatur miêdzy Ÿród³em

Ze wzglêdu na ten fakt najkorzystniejszy-

do zapewnienia takiego samego komfortu

ciep³a a systemem grzewczym. Im jest

mi dla pomp ciep³a s¹ powierzchniowe,

termicznego du¿o wy¿szych temperatur.

ona ni¿sza, tym mniej energii elektrycz-

niskotemperaturowe systemy grzewcze,

In st yt ut Fr au nh of er a I SE we

ich optymalizacji dla domów energo-

wilgotnoœci

oraz

liczniki

energii

cieplnej

i

Fr ei bu rg u p ro wa dz i o be cn ie dw a

oszczêdnych.

elektrycznej pozwalaj¹ce w szczegó³owy

zakrojone na szerok¹ skalê programy

Drugi z projektów obejmuje 100

sposób analizowaæ pracê pomp ciep³a.

monitoringowe, badaj¹ce pracê pomp

b u d y n k ó w, k t ó r y c h m i e s z k a ñ c y

Wszystkie mierzone wartoœci zapisywane

ciep³a w realnych warunkach. £¹cznie

zde cyd owa li siê na wym ian ê pie ca

s¹ w przedzia³ach jednominutowych i raz

badaniami objêtych zostanie ok. 240

olejowego i instalacjê pompy ciep³a, przy

dziennie wysy³ane drog¹ radiow¹ do

budynków.

wykorzystaniu istniej¹cego, konwencjo-

Instytutu, gdzie s¹ zapisywane w bazie

Pierwszy z projektów, prowadzony

nalnego systemu rozprowadzania ciep³a.

da ny ch . po dl eg aj ¹ au to ma ty cz ny m,

wsp óln ie z sie dmi oma wio d¹c ymi

S¹ to g³ównie stare budynki mieszkalne

rutynowym Po ich kontroli i analizie s¹

producentami pomp ciep³a w Europie,

po dd an e te rm om od er ni za cj i. Ce le m

ud os tê pn ia ne ws zy st ki m pa rt ne ro m

ma na celu zbad anie rzec zywi stej

projektu jest sprawdzenie efektywnoœci i

bior¹cym udzia³ w projekcie.

efektywnoœci pomp ciep³a o niewielkich

okreœlenie granic stosowania pomp ciep³a,

Na stroni e intern etowej projek tu

mocach (do 10 kW mocy cieplnej)

maj¹cych zapewniæ wysokie temperatury,

“Pompy

ciep³a

w

budynkach

istniej¹cych”

i n s t a l o w a n y c h w b u d y n k a c h

niezbêdne w konwencjonalnych systemach

(w ww. wp -i m- ge ba eu de be st an d. de ),

nowobudowanych. Projekt ten obejmuje

grzewczych.

dziê ki wizu aliz acji kilk u proj ektó w,

140 instalacji badanych przez cztery lata.

W obu projektach instalacje pomp

obserwowaæ mo¿na pracê pomp ciep³a w

Uzyskane wyniki pos³u¿¹ miêdzy innymi

ciep³a wyposa¿one zosta³y przez Instytut

czasie rzeczywistym.

do dalszego rozwoju pomp ciep³a oraz

w dod atk owe czu jni ki tem per atu r i

Pom py cie p³a wyk orz yst uj¹ w

budynków i przygotowania ciep³ej

Koszty eksploatacyjne pomp ciep³a s¹

bardzo efektywny sposób nisko-

wody u¿ytkowej.

zdecydowanie ni¿sze ni¿ dla konwen-

temperaturowe ciep³o z otoczenia do

Najbardziej popularne s¹ sprê¿arkowe

cjonalnej instalacji grzewczej. Wy¿-

zapewnienia wyskotemperaturowe-

pompy ciep³a wykorzystuj¹ce grunt

sze s¹ natomiast koszty inwestycyjne.

go ciep³a niezbêdnego do ogrzania

jako Ÿród³o ciep³a.

Moc cieplna

ze œrodowiska:

3 kW

Oddana moc

grzewcza:

4 kW

U¿yta moc

elektryczna:

1 kW

Rys. 3 Obliczenie wspó³czynnika efektywnoœci