Co to jest i jak działa pompa ciepła?

Co to jest i jak działa pompa ciepła?
Pompa ciepła to najoszczędniejsze i najefektywniejsze, przy tym najbardziej ekologiczne, urządzenie służące do ogrzewania i wytwarzania ciepłej wody użytkowej. Duże zainteresowanie tymi urządzeniami wynika z coraz większej świadomości Polaków dotyczącej ochrony środowiska, ale także rosnącymi cenami paliw takimi jak węgiel, olej opałowy czy gaz. Ponadto pompy ciepła są niemal bezobsługowe oraz bezpieczne w codziennym użytkowaniu. Zajmują niewiele miejsca, nie wymagają dedykowanych pomieszczeń na składowanie opału, a do tego są ciche. Wsparte dofinansowaniem rządowego programu dopłat, stały się idealnym źródłem ciepła dla nowo budowanych oraz termomodernizowanych domów i obiektów.
Czym jest pompa ciepła?

Pompa ciepła to urządzenie, które jest w stanie zapewnić niskie koszty ogrzewania oraz wytwarzania ciepłej wody użytkowej bezawaryjnie przez długie lata. Średni czas żywotności pompy ciepła wynosi od 20 do 40 lat. Energię do wytwarzania ciepła pobiera ona z otoczenia (powietrze, woda, grunt), a następnie przekształca ją i wykorzystuje do ogrzewania lub chłodzenia domu oraz do wytwarzania ciepłej wody użytkowej. Pompa ciepła składa się z trzech części:

  • źródła dolnego jakim jest grunt, woda lub powietrze
  • pompy, która przetwarza pobrane ciepło i przekazuje do instalacji grzewczej
  • źródło górne - instalacja grzewcza, która rozprowadza ciepło po pomieszczeniach domu
Popularność pompy ciepła

Z roku na rok pompy ciepła cieszą się coraz większą popularnością. Tylko w roku 2020 zamontowano 56,5 tys. pomp ciepła, co stanowi przyrost w stosunku do roku 2019 aż 77%. Natomiast w roku 2021 sprzedano prawie 93 tys. przynosząc wzrost o 66% w porównaniu do roku 2020. Pompy ciepła to idealne, alternatywne źródło ciepła, dla ogrzewania domu za pomocą gazu, oleju opałowego, węglowego czy elektrycznego dzięki niskim kosztom eksploatacji oraz wysokiej efektywności. Idealnie nadają się do wykorzystania w domach jednorodzinnych, wielorodzinnych, ale także w budownictwie komunalnym czy przemyśle - w starym jak i nowym budownictwie. O ich atrakcyjności świadczy także bezobsługowość, brak konieczności nadzorowania pracy, brak wydzielania specjalnego pomieszczenia, brak składowania opału czy uwzględniania przewodów kominowych w nowo budowanych domach - co wiąże się z niższym kosztem inwestycji. Połączenie wszystkich tych walorów z ekologicznym aspektem pompy ciepła daje nam przepis na niemal idealne źródło ciepła.

Do czego wykorzystuje się pompę ciepła?

Pompa ciepła to wszechstronne urządzenie, którym można:

  • ogrzewać dom - może być samodzielnym źródłem ciepła lub współpracować z kotłami zasilanymi gazem, olejem, węglem, a także kominkiem i fotowoltaiką podgrzewać ciepłą wodę użytkową
  • podgrzewać ciepłą wodę użytkową
  • chłodzić - w trybie aktywnym wykorzystując klimakonwektory lub pasywnym przez ogrzewanie podłogowe, ścienne, sufitowe lub systemy wentylacji
  • podgrzewać wodę basenową
  • wykorzystać w rolnictwie
Rodzaje pomp ciepła

W zależności od źródła, z którego pobierane jest ciepło, wyróżniamy pompy ciepła:

  • gruntowe - ciepło pobierane z gruntu
  • wodne - ciepło pobierane z wód płaszczyznowych
  • powietrzne
    • powietrze - powietrze - ciepło pobierane z powietrza zewnętrznego i przekazywane do powietrza wewnętrznego
    • powietrze - woda - przekazywanie ciepła zewnętrznego do obiegu grzewczego i zbiorników c.w.u.
  • hybrydowe - połączenie pompy ciepła z tradycyjnym urządzeniem grzewczym
Budowa i działenie pompy ciepła

Pompa ciepła to urządzenie, którego zasada działania jest zbieżna z zasadą działania lodówki. Różnica jest taka, że lodówka pobiera ciepło z wewnątrz i oddaje na zewnątrz, natomiast pompa ciepła w odwrotnym kierunku. Pompa ciepła wykorzystuje zasadę fizyczną, tzw. efekt Joule’a-Thomsona (polegająca na zmianie temperatury gazu podczas rozprężania przechodząc przez przegrodę parową z obszaru o wyższym ciśnieniu do obszaru o niższym ciśnieniu).

  1. W systemie dolnego źródła ciepła krąży ciecz (roztwór glikolu), która pobiera ciepło z otoczenia i transportuje je do pompy ciepła. W przypadku powietrznych pomp ciepła wentylator zaciąga powietrze z zewnątrz i przekazuje je do pompy ciepła. Nawet przy ujemnych temperaturach na zewnątrz pompa ciepła jest w stanie pobrać ciepło z otoczenia. Dopiero przy temperaturze -273°C (zera bezwzględnego) zaczyna brakować ciepła.
  2. W pompie ciepła dochodzi do przekazania energii pobranej ze środowiska do czynnika chłodniczego. W pompach powietrznych to powietrze ogrzewa czynnik chłodniczy. Para czynnika pobrana zostaje przez sprężarkę, która podnosi jego temperaturę. W wymienniku (skraplaczu) gorący czynnik pod wysokim ciśnieniem zostaje skroplony oddając swoje ciepło, a następnie trafia do zaworu rozprężnego zmniejszając swoje ciśnienie i stan z gazowego na ciekły.
  3. W instalacji grzewczej budynku nośnikiem ciepła zazwyczaj jest woda. To ona przejmuje ciepło, które oddaje czynnik chłodniczy w skraplaczu i transportuje je do instalacji ogrzewania podłogowego, grzejnikowego, zbiornika wody grzewczej lub c.w.u.

Korzyści wynikające z instalacji pompy ciepła
  1. Oszczędność. Obniżenie kosztów inwestycji przy nowo budowanych domach (brak konieczności uwzględnienia osobnego pomieszczenia dla urządzenia grzewczego oraz instalacji kominowej budynku), a także zredukowanie kosztów samego ogrzewania i wytwarzania c.w.u.
  2. Dofinansowanie. Możliwość skorzystania: z rządowego oraz lokalnych programów dofinansowania zakupu i montażu urządzenia, z ulgi termomodernizacyjnej lub z preferencyjnej oferty kredytowej z dopłatą do odnawialnego źródła energii.
  3. Bezpieczeństwo i wygoda użytkowania. Pompy ciepła są najbezpieczniejszymi urządzeniami wykorzystywanymi do ogrzewania budynków. Nie ma ryzyka wybuchu czy zaczadzenia. Odpowiednio dobrana i skonfigurowana pompa, pozwala na całkowitą jej bezobsługowość przez cały okres grzewczy.
  4. Energooszczędność i szybki zwrot inwestycji. Pompy ciepła, do ogrzania budynku, wykorzystują 75-80% energii pobranej ze środowiska. Pozostała część pobierana jest z sieci energetycznej. Powoduje to, że zwrot inwestycji jest bardzo szybki, bo nawet w przeciągu 5-7 lat, w porównaniu do kotłowni na olej opałowy czy płynny gaz.
  5. Niezawodność. Czas żywotności pompy wynosi od 20 do 40 lat. Pamiętać jednak trzeba o regularnych przeglądach serwisowych.
  6. Ochrona środowiska. Pompa ciepła jest najbardziej ekologicznym urządzeniem grzewczym dostępnym na rynku, ponieważ zasilana jest z odnawialnych źródeł energii, a w miejscu jej eksploatacji nie powstają zanieczyszczenia.
  7. Multifunkcyjność. Pompy ciepła poza samym ogrzewaniem pomieszczeń mogą być wykorzystywane do ich chłodzenia, produkcji ciepłej wody użytkowej czy podgrzewania wody w basenie.