Powietrzna pompa ciepła wykorzystuje energię zgromadzoną w powietrzu, aby ogrzewać budynek, a w odpowiednich warunkach także przygotowywać ciepłą wodę użytkową. Na jej efektywność wpływają m.in. temperatura zewnętrzna, parametry instalacji grzewczej oraz sposób użytkowania urządzenia.
Jak działa powietrzna pompa ciepła?
Powietrzna pompa ciepła działa na zasadzie obiegu termodynamicznego, podobnego do tego stosowanego w lodówkach, ale w odwrotnym celu. Urządzenie odbiera energię cieplną z powietrza zewnętrznego, a następnie podnosi jej temperaturę i przekazuje ją do instalacji ogrzewającej budynek. Proces ten zachodzi dzięki krążącemu w układzie czynnikowi chłodniczemu.
Praca pompy przebiega w kilku etapach:
- Pobór ciepła. Czynnik chłodniczy odbiera energię z powietrza przepływającego przez wymiennik.
- Sprężanie. Sprężarka zwiększa ciśnienie czynnika, co powoduje wzrost jego temperatury.
- Przekazanie energii. Rozgrzany czynnik oddaje ciepło w kolejnym wymienniku do wody znajdującej się w instalacji grzewczej.
- Rozprężanie. Po oddaniu energii czynnik przechodzi przez zawór rozprężny, obniża swoje ciśnienie i temperaturę, po czym cały cykl rozpoczyna się ponownie.
Istotne jest to, że pompa ciepła nie wytwarza energii cieplnej wyłącznie z energii elektrycznej. Prąd zasila przede wszystkim elementy niezbędne do przeprowadzenia całego procesu, w szczególności sprężarkę. Dzięki temu urządzenie może dostarczyć do budynku więcej energii cieplnej, niż samo pobiera energii elektrycznej.
Z jakich elementów składa się powietrzna pompa ciepła?
Powietrzna pompa ciepła składa się z kilku współpracujących ze sobą podzespołów. Każdy z nich pełni określoną funkcję i ma wpływ na prawidłową pracę całego układu. W zależności od konstrukcji urządzenia poszczególne komponenty mogą znajdować się w jednostce zewnętrznej, wewnętrznej albo być zintegrowane w jednym module.
Najważniejsze elementy to:
- Parownik. Wymiennik, w którym czynnik chłodniczy odbiera energię z powietrza zewnętrznego.
- Sprężarka. Zwiększa ciśnienie czynnika i odpowiada za jego przepływ w obiegu.
- Skraplacz. Wymiennik przekazujący energię cieplną do instalacji po stronie budynku.
- Zawór rozprężny. Reguluje przepływ czynnika i obniża jego ciśnienie przed kolejnym etapem obiegu.
- Wentylator. Wymusza przepływ powietrza przez wymiennik znajdujący się w jednostce zewnętrznej.
- Automatyka sterująca. Kontroluje parametry pracy urządzenia i dostosowuje jego działanie do bieżących warunków.
W układzie mogą znajdować się również dodatkowe komponenty, takie jak pompa obiegowa, zasobnik ciepłej wody użytkowej czy grzałka elektryczna. Ich obecność zależy od konkretnego modelu oraz sposobu zaprojektowania całej instalacji.
Jak pompa ciepła pobiera energię z powietrza?
Proces rozpoczyna się od zasysania powietrza atmosferycznego przez wentylator jednostki zewnętrznej. Nawet gdy na zewnątrz panuje niska temperatura, powietrze zawiera pewną ilość energii cieplnej. Przepływa ono przez wymiennik, gdzie przekazuje tę energię czynnikowi roboczemu krążącemu w obiegu urządzenia.
Kluczowe znaczenie ma tutaj temperatura czynnika chłodniczego. Jest ona odpowiednio obniżana, dzięki czemu może on odbierać ciepło z powietrza nawet wtedy, gdy jego temperatura jest niższa od temperatury panującej w ogrzewanym budynku. Czynnik zmienia przy tym swój stan skupienia. Umożliwia to skuteczne przejmowanie energii podczas przepływu przez wymiennik.
Na ilość pobieranego ciepła wpływają przede wszystkim warunki atmosferyczne oraz przepływ powietrza przez wymiennik. Gdy temperatura zewnętrzna spada, dostępna energia cieplna jest mniejsza, a urządzenie musi pracować przy większej różnicy temperatur. Znaczenie ma również stan wymiennika. Wszelkie zabrudzenia, oblodzenie lub ograniczony przepływ powietrza mogą utrudniać wymianę ciepła.
Od czego zależy efektywność powietrznej pompy ciepła?
Efektywność powietrznej pompy ciepła zależy nie tylko od samego urządzenia, lecz także od warunków, w jakich pracuje. Jednym z ważnych parametrów jest różnica między temperaturą źródła ciepła a temperaturą, do której trzeba podgrzać wodę w instalacji. Im mniejsza jest ta różnica, tym łatwiej pompie osiągnąć wysoką sprawność.
Znaczenie mają również:
- Dobór mocy urządzenia. Pompa powinna być dopasowana do zapotrzebowania cieplnego budynku, ponieważ zarówno przewymiarowanie, jak i zbyt mała moc mogą pogarszać warunki jej pracy.
- Standard energetyczny budynku. Dobra izolacja przegród i ograniczenie strat ciepła zmniejszają obciążenie systemu grzewczego.
- Temperatura zasilania instalacji. Niższe parametry są korzystniejsze dla pracy pompy niż wysokie temperatury wymagane przez niektóre tradycyjne instalacje.
- Ustawienia automatyki. Odpowiednio dobrane sterowanie pozwala dostosować pracę urządzenia do aktualnego zapotrzebowania na ciepło.
- Stan techniczny instalacji. Regularna kontrola urządzenia i utrzymanie jego podzespołów w dobrym stanie pomagają zachować zakładane parametry pracy.
Przy ocenie efektywności warto zwracać uwagę m.in. na współczynnik COP, który określa stosunek uzyskanej energii cieplnej do zużytej energii elektrycznej w konkretnych warunkach pomiarowych. Nie należy jednak traktować pojedynczej wartości COP jako stałej dla całego sezonu. Rzeczywiste zużycie energii zależy od zmiennych warunków pracy pompy i zapotrzebowania budynku.