5
Pompy ciepła
Pompy ciepłe wykorzystują zakumulowaną w gruncie, wodzie
lub powietrzu energię słoneczną.  Wypompowują ciepło z otocze-
nia, podnoszą jego temperaturę i oddają je systemowi grzewczemu.
Wykorzystywane są do ogrzewania lub chłodzenia budynków
oraz podgrzewania ciepłej wody użytkowej.
WPROWADZENIE
Pompy ciepła przeżywają w wielu niezawodnoS
cią działania i niskimi ków oraz zapewnienia ciepłej wody
krajach prawdziwy rozkwit. W innych są kosztami eksploatacji, jak i ich przyjazną użytkowej. Ich różnorodnoS
ć oraz
już stałym elementem rynku urządzeń dla S
rodowiska pracą, opartą w dużej możliwoS
ć indywidualngo dopasowania
grzewczych. W jeszcze innych, jak na mierze na wykorzystaniu odnawialnych do konkretnych potrzeb sprawia, że
przykład w Szwecji, gdzie stanowią 90% x
ródeł energii. znajdują one zastosowanie zarówno w
rynku, całkowicie go zdominowały. Ich Pompy ciepła wykorzystują ciepło do ma ch no wo bu do wa ny ch , j ak i
po pu la rn oS
ć mo żn a wy tł um ac zy ć otoczenia, zakumulowane w powietrzu, poddawanych termomodernizacji.
zarówno dużą dojrzałoS
cią techniczną, ziemi lub wodzie, do ogrzewania budyn-
ZASADA DZIAŁ ANIA
Ciepło przepływa w naturalny sposób
zawsze z miejsca o wyższej temperaturze
SPRĘŻARKA
w miejsce o niższej temperaturze. Pompy
ciepła umożliwiają odwrócenie tego
-4�C
+90�C
1 bar
kierunku i wykorzystanie ich zarówno do 14 bar
celów grzewczych, jak i chłodniczych.
Przykładem pompy ciepła, z którą
spotyka się każdy na codzień, jest
sprężanie
lodówka.  Wypompowuje ona ciepło ze
swojego wnętrza i oddaje je na zewnątrz,
ogrzewając przy tym kuchnię. W
podobny sposób działają pompy ciepła
mające na celu ogrzanie pomieszczeń lub
rozprężanie
wody użytkowej.  Przepompowują one
PAROWNIK SKRAPLACZ
zakumulowane w ziemi, powietrzu lub
wodzie ciepło (najczęS
ciej słoneczne) do
ogrzewanych pomieszczeń. Jak to się
-12�C +60�C
ZAWÓR
jednak dzieje, że są one w stanie 1 bar 14 bar
ROZPRĘŻAJĄCY
zapewnić odpowiednio wysokie
Rys. 1 Schemat działania pompy ciepła
temperatury, wykorzystując x
ródła ciepła
temperatura również maleje. Pompy ciepła Krążący pomiędzy poszczególnymi
o niskiej temperaturze? Jest to możliwe
wykorzystują tę właS
nie zasadę. Składają elementami czynnik roboczy podlega
dzięki prawu fizycznemu stanowiącemu,
się one najczęS
ciej z czterech głównych cyklicznym zmianom temperatury i
iż gazy, będąc w zamkniętym systemie
elementów (rysunek 1) pomiędzy którymi ciS
nienia. WartoS
ć tych parametrów
(stała objętoS
ć), zwiększają swoją
w zamkniętym systemie krąży substancja zależy od rodzaju użytej substancji. W
temperaturę wraz z rosnącym ciS
nieniem
(sprężanie) i na odwrót przy zmniejsza- (tzw. czynnik roboczy) na zmianę w momencie, gdy znajduje się ona przed
postaci gazowej i ciekłej. parownikiem, osiąga swoją najniższą
jącym się ciS
nieniu (rozprężanie), ich
1
50 �C
10 �C
skraplanie
parowanie
ODBIÓR CIEPŁA
" RÓDŁO CIEPŁA
ZASADA DZIAŁ ANIA - CD.
temperaturę i ciS
nienie i jest w stanie ty m zm ia ni e. W po st ac i ga zo we j gazowego w stan ciekły. W tej postaci
ciekłym. Przepływając następnie przez przechodzi do sprężarki, w której następuje trafia do ostatniego elementu, jakim jest
parownik, poddawana jest działaniu jej sprężenie i jednoczesny znaczny wzrost zawór rozprężający. Podlega w nim
ni sk ot em pe ra tu ro we go ci ep ła z zarówno ciS
nienia, jak i temperatury. gwałtownemu rozprężeniu, a przy tym
otoczenia, a ponieważ jej temperatura Następną stacją jest skraplacz, czyli gwałtownemu zmniejszeniu zarówno
jest jeszcze niższa, podgrzewa się, miejsce, w którym gorący czynnik roboczy ciS
nienia, jak i temperatury. W tym
pobierając ciepło i jednoczeS
nie parując oddaje wysokotemperaturowe ciepło np. miejscu obieg się zamyka i czynnik
przechodzi ze stanu ciekłego w stan systemowi grzewczemu, ochładza się przy roboczy powtórnie trafia do parownika,
gazowy. Jej ciS
nienie nie podlega przy tym i przechodzi z powrotem ze stanu aby pobrać ciepło z otoczenia.
RODZAJE I PODZIAŁ POMP CIEPŁ A
Pompy ciepła dzielone są zazwyczaj
na podstawie dwóch głównych
kryteriów: według sposobu podnoszenia
ciS
nienia i temperatury czynnika robo-
czego oraz według x
ródła ciepła nisko-
temperaturowego. Dwa główne typy
pomp, wyróżnione ze względu na
pierwsze kryterium, to sprężarkowe oraz
sorbcyjne pompy ciepła. Te pierwsze
(rysunek 1), wykorzystujące sprężarki
elektryczne, są zdecydowanie najczęS
-
ciej stosowane i uważane za najbardziej
dojrzałe technicznie. Drugie, wyko-
a b
rzystują najczęS
ciej gaz ziemny, a sprę-
żarka elektryczna zastąpiona jest w nich
sprężarką termiczną.
" RÓ DŁ A CIEPŁ A
Drugie kryterium - x
ródło ciepła,
dzieli pompy ciepła na wykorzystujące
powietrze, grunt lub wodę. Każde ze
x
ródeł ma swoje wady i zalety wpływają-
ce na koszty inwestycyjne, nakład pracy
związany z instalacją pompy ciepła i na
jej wydajnoS
ć. Często wybór x
ródła
zależny jest od warunków miejscowych i
c d
położenia budynku.
Najtańsze i najłatwiejsze w montażu
Rys. 2 Schemat systemu centralnego ogrzewania z wykorzystaniem pomp ciepła
są pompy ciepła wykorzystujące powie- o różnych x
ródłach ciepła: a.grunt - kolektory poziome, b. grunt - sondy
pionowe, c. powietrze - ustawienie zewnętrzne, d. woda gruntowa - studnie
trze jako x
ródło ciepła. Niestety, ze
względu na duże wahania temperatur,
kolektory poziome, wkopane w ziemie na Najkorzystniejszym, ale i najbardziej
pompy te mają też najmniejszą wydaj-
głębokoS
ci ok. 1,5 metra lub sondy wymagającym z wymienionych x
ródeł
noS
ć i wymagają najczęS
ciej wspoma-
pionowe, wiercone do głębokoS
ci ciepła, jest woda gruntowa. Bardzo
gania w postaci grzałki elektrycznej w
przekraczających nawet 100 metrów. do br ze ak um ul uj e o na ci ep ło i
okresach bardzo niskich temperatur
Niezamarzająca mieszanka glikolu i wody je dn oc ze S
n ie ni e po dl eg a du ży m
powietrza.
(tzw. solanka) przepływa przez wkopane w wahaniom temperatur, dzięki czemu
Grunt jest dużo lepszym akumu-
ziemię rury, ogrzewając się. Wpływając pompy ciepła działające w oparciu o to
latorem ciepła, a jego temperatura
następnie do parownika, czyli tzw. x
ródło mają bardzo dużą wydajnoS
ć.
podlega mniejszym wahaniom. Na
wymiennika ciepła, oddaje tam pobrane Chcąc wykorzystywać wodę gruntową
głębokoS
ci 2 metrów wynosi ona, w
ciep ło czyn niko wi robo czem u. IloS
ć należy pamiętać o spełnieniu szeregu
zależnoS
ci od pory roku, S
rednio od 7 do
ułożonych rur lub wierconych sond zależy wymagań; zarówno technicznych, jak i
13�C. Gruntowe pompy ciepła mają
w głównej mierze od warunków formalnych.
dzięki temu lepszą wydajnoS
ć i są
geologicznych oraz zapotrzebowania
najczęS
ciej wybieranym wariantem przy
energetycznego, jakie ma pokryć pompa
budowie nowego domu. NajczęS
ciej
ciepła.
wykorzystywanymi ich wariantami są
2
WSPÓ Ł CZYNNIK EFEKTYWNOR
CI
Jednym ze wskax
ników charaktery-
Użyta moc
zujących pompy ciepła jest tzw.
elektryczna:
współczynnik efektywnoS
ci. Mówi on,
1 kW
ile zużyto energii elektrycznej, napędza-
jącej sprężarkę elektryczną, w stosunku
do całoS
ci oddanej energii grzewczej.
Typowy współczynnik efektywnoS
ci
Oddana moc
nowoczesnych pomp ciepła wynosi 4 i
Moc cieplna
grzewcza:
mówi, że dostarczone systemowi
ze S
rodowiska:
4 kW
grzewczemu ciepło składa się w trzech
3 kW
czwartych z ciepła pobranego bezpoS
re-
dnio ze S
rodowiska, a w jednej czwartej z
Rys. 3 Obliczenie współczynnika efektywnoS
ci
energii elektrycznej, koniecznej do pracy
sprężarki - w tym przypadku (3+1)/1 = 4
nej potrzebnej jest na podniesienie takie jak ogrzewanie podłogowe lub
(rys. 3).
temperatury czynnika roboczego do S
cienne. W przeciwieństwie do nich,
Głównym parametrem wpływają-
odpowiedniego poziomu i tym lepszy, konwencjonalne systemy ogrzewania z
cym na efektywnoS
ć pomp ciepła jest
większy, jest współczynnik efektywnoS
ci. zastosowaniem kaloryferów potrzebują
różnica temperatur między x
ródłem
Ze względu na ten fakt najkorzystniejszy- do zapewnienia takiego samego komfortu
ciepła a systemem grzewczym. Im jest
mi dla pomp ciepła są powierzchniowe, termicznego dużo wyższych temperatur.
ona niższa, tym mniej energii elektrycz-
niskotemperaturowe systemy grzewcze,
PROGRAMY MONITORINGOWE POMP CIEPŁ A
In st yt ut Fr au nh of er a I SE we ich optymalizacji dla domów energo- wilgotnoS
ci oraz liczniki energii cieplnej i
Freiburgu prowadzi obecnie dwa oszczędnych. elektrycznej pozwalające w szczegółowy
zakrojone na szeroką skalę programy Drugi z projektów obejmuje 100 sposób analizować pracę pomp ciepła.
monitoringowe, badające pracę pomp b u d y n k ó w, k t ó r y c h m i e s z k a ń c y Wszystkie mierzone wartoS
ci zapisywane
ciepła w realnych warunkach. Łącznie zdecydowali się na wymianę pieca są w przedziałach jednominutowych i raz
badaniami objętych zostanie ok. 240 olejowego i instalację pompy ciepła, przy dziennie wysyłane drogą radiową do
budynków. wykorzystaniu istniejącego, konwencjo- Instytutu, gdzie są zapisywane w bazie
Pierwszy z projektów, prowadzony nalnego systemu rozprowadzania ciepła. danych. podlegają automatycznym,
wsp óln ie z sie dmi oma wio dąc ymi Są to głównie stare budynki mieszkalne rutynowym Po ich kontroli i analizie są
producentami pomp ciepła w Europie, poddane termomodernizacji. Celem udostępniane wszystkim partnerom
ma na celu zbad anie rzec zywi stej projektu jest sprawdzenie efektywnoS
ci i biorącym udział w projekcie.
efektywnoS
ci pomp ciepła o niewielkich okreS
lenie granic stosowania pomp ciepła, Na stronie internetowej projektu
mocach (do 10 kW mocy cieplnej) mających zapewnić wysokie temperatury,  Pompy ciepła w budynkach istniejących
i n s t a l o w a n y c h w b u d y n k a c h niezbędne w konwencjonalnych systemach (w ww. wp -i m- ge ba eu de be st an d. de ),
nowobudowanych. Projekt ten obejmuje grzewczych. dzięki wizualizacji kilku projektów,
140 instalacji badanych przez cztery lata. W obu projektach instalacje pomp obserwować można pracę pomp ciepła w
Uzyskane wyniki posłużą między innymi ciepła wyposażone zostały przez Instytut czasie rzeczywistym.
do dalszego rozwoju pomp ciepła oraz w dodatkowe czujniki temperatur i
PODSUMOWANIE
Pom py ciepła wyk orz ystują w budynków i przygotowania ciepłej Koszty eksploatacyjne pomp ciepła są
bardzo efektywny sposób nisko- wody użytkowej. zdecydowanie niższe niż dla konwen-
temperaturowe ciepło z otoczenia do Najbardziej popularne są sprężarkowe cjonalnej instalacji grzewczej. Wyż-
zapewnienia wyskotemperaturowe- pompy ciepła wykorzystujące grunt sze są natomiast koszty inwestycyjne.
go ciepła niezbędnego do ogrzania jako x
ródło ciepła.
Autor Słoneczna Strona Kontakt
mgr inż. Marek Miara oferuje następujące bezpłatne
serie informacyjne: Słoneczna Strona
lepsza strona energii
Stan
Energia w pigułce
Luty 2007
Informacje podstawowe
e-mail: [e-mail]
Wiedza dla zaawansowanych internet: www.slonecznastrona.pl
Prawa autorskie
Rozwiązania szczegółowe
Wykorzystywanie i kopiowanie
tekstów wyłącznie za podaniem Projekty i przedsięwzięcia
x
ródła. Wykorzystywanie zdjęć Wybrane przykłady realizowanych
3
i grafik tylko za zgodą wydawcy. projektów z kraju i ze S
wiata