Pompy ciepła do swojego działania wykorzystują naturalne źródło energii, którym jest energia geotermiczna Ziemi zakumulowana w gruntach i skałach, a także w wodach wypełniających struktury porowate skorupy ziemskiej. Energia ta może być odbierana za pomocą specjalnych wymienników ciepła i wykorzystywana głównie do celów grzewczych. Akumulowanie energii w gruncie jest natomiast efektem pochłaniania promieniowania słonecznego oraz wymiany ciepła z otaczającym środowiskiem.(1)
Pompa ciepła jest niskotemperaturowym urządzeniem grzewczym, którego zasada działania opiera się na zjawiskach i przemianach fizycznych (rys. 1)
Rys. 1. Schemat ideowy działania pompy ciepła.
W jej termodynamicznym obiegu zachodzą w sposób ciągły cztery procesy. W parowniku czynnik roboczy ulega procesowi odparowania, poprzez co odbiera ciepło z otoczenia. Następnie w kompresorze następuje proces sprężania czynnika roboczego, a za kompresorem czynnik roboczy posiadający wysoką temperaturę i ciśnienie ulega procesowi skraplania w skraplaczu, dzięki czemu oddaje ciepło do otoczenia. Ostatnim procesem, jakiemu podlega czynnik roboczy jest rozprężanie realizowane na zaworze, który dozuje czynnik roboczy do parownika, a proces zaczyna się ponownie. Proces transportu ciepła z ośrodka o niższej temperaturze do ośrodka o temperaturze wyższej jest możliwy jedynie przy udziale energii dostarczonej z zewnątrz. Energią tą jest energia elektryczna doprowadzona do napędu sprężarki będącej jednym z elementów obiegu termodynamicznego. Pompa ciepła czerpię energię ze źródła o niskiej temperaturze (ok. 0-10 oC) i dostarcza je do odbiornik podgrzewającego wodę do temperatury ok. 50 oC. W związku z tym najlepszymi odbiornikami ciepła generowanego przez pompę ciepła są systemy niskotemperaturowe np.: ogrzewanie podłogowe, panele ścienne, klimakonwektory lub specjalne niskotemperaturowe grzejniki o zwiększonej powierzchni.(2)
Pozyskiwanie energii z gruntu przez pompy ciepła odbywa się za pomocą specjalnych wymienników zwanych również kolektorami (rys. 2). Jeśli są one umieszczone w ziemi poziomo na głębokości do 2 m, to mówimy wtedy o kolektorach gruntowych. Natomiast w przypadku wymienników umieszczonych w pionowych otworach na głębokości do 150-200 m określamy je pionowymi sondami ciepła. Spośród tych dwóch rozwiązań więcej zalet posiadają sondy pionowe, które pracują w korzystniejszych warunkach temperaturowych, tj. wychłodzenie, a nawet przemarzanie wierzchnich warstw gruntu w zimie, kiedy jest wymagana maksymalna moc grzania, nie wpływa znacząco na wydajność pompy ciepła. Ponadto potrzebują one znacznie mniej miejsca na instalacje, co w wielu przypadkach jest istotne. Niestety główną wadą tego układu jest stosunkowo wysoki koszt wiercenia.(1)
Rys. 2. Schemat układu ogrzewania z pompą ciepła wykorzystującą kolektory pionowe i gruntowe
Stosowanym od niedana rozwiązaniem są również pompy ciepła zwane rekuperatorami, które odzyskują energię z powietrza wentylacyjnego i powtórnie wykorzystują ją do ogrzewania pomieszczeń.
W zależności od zapotrzebowania na ciepło pompy ciepła mogą stanowić jedyne źródło ciepła, ale w wielu przypadkach mogą działać jako urządzenie wspomagające lub być same wspomagane w okresach szczytowych przez inne źródła ogrzewania. Należy również pamiętać, że pompy do swojego funkcjonowania potrzebują energii elektrycznej, której zużycie według różnych szacunków stanowi ok. 25% energii ostatecznie uzyskanej. Dodatkowo w przypadku awarii sieci energetycznej instalacja grzewcza oparta na pompach ciepła nie będzie funkcjonowała. Wadą tego rozwiązania jest jeszcze ciągle dość wysoki koszt początkowy inwestycji. Niemniej jednak, podobnie jak w przypadku innych źródeł OŹE, pompa ciepła umożliwia pozyskanie energii z zasobu odnawialnego bez szkody dla środowiska, co stanowi wartość trudną do przecenienia. Ważną zaletą pomp ciepła, o której rzadko się wspomina jest to, że w okresie letnim może być ona wykorzystywana również do chłodzenia pomieszczeń, wystarczy tylko odwrócić kierunek przepływu czynnika roboczego.
Przypisy:
(1) Nowak W., Stachel A. A., Borusewicz – Gozdur A.: Zastosowanie odnawialnych źródeł energii. Politechnika Szczecińska, 2008.
(2) Tytko R.: Odnawialne źródła energii. OWG Warszawa, 2009.
Wszystkich zainteresowanych tematyką, którzy chcąc poszerzyć zakres swojej wiedzy zapraszamy do subskrybcji naszego newslettera.
Necessary cookies are absolutely essential for the website to function properly. This category only includes cookies that ensures basic functionalities and security features of the website. These cookies do not store any personal information.