Czym jest i jak działa pompa ciepła?

Pompy ciepła cieszą się rosnącą popularnością w kontekście globalnych wyzwań energetycznych. Wyróżniamy różne rodzaje pomp ciepła. Dzięki nim możesz efektywnie ogrzać swój dom, generować ciepłą wodę użytkową, a nawet chłodzić pomieszczenia.

Pompa ciepła – dowiedz się, czym jest i na czym polega zasada jej działania

Czym jest pompa ciepła i z czego się składa?

Pompa ciepła, to innowacyjne rozwiązanie grzewcze, które wykorzystuje ciepło zgromadzone w gruncie, wodzie lub powietrzu. Istnieją różne rodzaje pomp ciepła: powietrzne, wodne, gruntowe i hybrydowe. Pompy ciepła są zaprojektowane tak, aby efektywnie działać przez cały rok. Urządzenia te składają się z dwóch istotnych elementów: źródła dolnego, umieszczonego przed pompą (może to być kolektor gruntowy poziomy lub pionowy, lub powietrze otaczające jednostkę zewnętrzną pompypowietrznej) oraz źródła górnego, który jest odbiornikiem ciepła, zazwyczaj podłogówką lub klimakonwerterem.

Kolektor/wymiennik poziomy vs pionowy – różnice

Stosujemy je jedynie w przypadku pomp gruntowych lub wodnych. Kolektor poziomy umieszcza się na głębokości od 1,2 do 1,5 metra pod powierzchnią ziemi, co wiąże się z krótszym czasem montażu, ale wymaga większej powierzchni działki. Z kolei kolektor pionowy wymaga odwiertów sięgających do 130 metrów, co zleca się specjalistycznym firmom. Chociaż jest droższy od poziomego, pozwala oszczędzić powierzchnię działki.

Pompa powietrzna – łatwiejszy montaż te same korzyści

Brak potrzeby instalacji wymiennika gruntowego lub wodnego znacznie obniża początkowe koszty instalacji systemu. Montaż powietrznych pomp ciepła jest prostszy i szybszy, co jest szczególnie korzystne w miejscach, gdzie instalacja wymienników gruntowych jest trudna lub niemożliwa. Brak potrzeby wiercenia lub wykonywania innych inwazyjnych działań w gruncie lub wodzie zmniejsza wpływ na środowisko naturalne. Powietrzne pompy ciepła można instalować w różnych lokalizacjach. Systemy te nie wymagają dużych powierzchni działki, co jest korzystne w miejscach o ograniczonej przestrzeni, takich jak obszary miejskie. Powietrzne pompy ciepła zazwyczaj wymagają mniej konserwacji niż systemy z wymiennikami gruntowymi lub wodnymi, co obniża długoterminowe koszty utrzymania. Są odpowiednie zarówno do nowych, jak i istniejących budynków, oferując elastyczność w planowaniu i modernizacji systemów grzewczych. Brak wymienników gruntowych lub wodnych oznacza mniejsze ryzyko uszkodzeń związanych z przeciekami czy innymi problemami związanymi z instalacją pod ziemią lub w wodzie.

Pompa ciepła: odpowiedź na kryzys energetyczny?

W 2022 roku Międzynarodowa Agencja Energetyczna (MAE, ang. International Energy Agency – IEA) opublikowała kompleksowy raport, który przedstawia globalne spojrzenie na temat przyszłości pomp ciepła. Z danych wynika, że w nadchodzących latach sprzedaż pomp ciepła na całym świecie osiągnie jeszcze większą skalę ze względu na globalny kryzys energetyczny. Planowane wdrożenie technologii pomp ciepła zgodnie z inicjatywą Komisji Europejskiej do 2025 roku może przyczynić się do redukcji zapotrzebowania na gaz do celów grzewczych o niemal 7 miliardów metrów sześciennych. W związku z celami UE dotyczącymi zielonego ładu, plan REPowerEU zakłada przyspieszenie inwestycji w odnawialne źródła energii i efektywność energetyczną. Celem jest instalacja co najmniej 10 milionów dodatkowych pomp ciepła do 2027 roku.

Pompa ciepła vs tradycyjne systemy grzewcze

Jak działa pompa ciepła w porównaniu z tradycyjnymi systemami? Te drugie do funkcjonowania wykorzystują spalanie paliw – bazują na gazie, oleju, paliwach stałych typu węgiel. Przez to generują temperatury sięgające nawet 1500°C w kotle. To z kolei wiąże się z ogromnym marnowaniem energii. Pompa ciepła działa zupełnie inaczej – to innowacyjne rozwiązanie grzewcze, które eliminuje ten problem spalania. Ekologiczny sposób działania pompy ciepła sprawia, że to rozwiązanie jest jednocześnie wydajne i przyjazne środowisku.

Pompa ciepła: na jakiej zasadzie działa?

Technologia, która napędza pompy ciepła do działania nie jest nowością. To sprawdzony system, który od lat znajduje swoje zastosowanie, np. w lodówkach. Co łączy te dwa urządzenia? Zasada działania pompy ciepła i lodówki jest bardzo podobna, z jedną różnicą – procesy cieplne zachodzą w nich odwrotnie. Lodówka pozbywa się ciepła z wnętrza i kieruje je na zewnątrz. Natomiast pompa ciepła pobiera ciepło z otoczenia i przekazuje je do wnętrza domu.

Do czego służy pompa ciepła?

Pompy ciepła przydadzą Ci się przez cały rok w wielu sytuacjach. Możesz wykorzystać pompę ciepła do różnych celów, np. jako źródło ciepłej wody użytkowej, do ogrzewania domu czy podgrzewania wody basenowej. Dodatkowo, różne formy czerpania ciepła – z gruntu, powietrza czy wody – sprawiają, że pompa ciepła działa elastycznie i dostosowuje się do zmiennych warunków i potrzeb użytkowników.

Jak działa grzanie za pomocą pompy ciepła?

Pompa ciepła pobiera energię z dolnego źródła (gruntu, powietrza lub wody). Następnie trafia ono do sprężarki, gdzie wzrasta jego temperatura i ciśnienie. W postaci gazu przechodzi do skraplacza, oddaje energię do źródła górnego (np. podłogówki), a później się skrapla. Ostatecznym elementem obiegu jest redukcja ciśnienia i temperatury. Na koniec utracona energia powraca do dolnego źródła.

Czy pompą ciepła można również chłodzić?

Pompy ciepła posiadają wbudowaną funkcję chłodzenia, co umożliwia odwrócenie cyklu ich działania. W takim trybie pompa ciepła nie dostarcza ciepła, lecz zamiast tego chłodzi pomieszczenia. Aby skorzystać z funkcji chłodzenia, konieczne jest zainstalowanie odpowiednich urządzeń, takich jak klimakonwektory. Mają one zdolność zarówno chłodzenia, jak i ogrzewania pomieszczeń.

Jak działa pompa ciepła?

Wykorzystanie energii z otoczenia to główna zasada działania pompy ciepła. Proces ten jest możliwy dzięki zastosowaniu sprężarki, wymiennika ciepła i czynnika chłodzącego zwanego f-gazem, np. R32 czy R290. Pompa ciepła pobiera niską temperaturę z otoczenia i poprzez proces sprężania, przekształca ją w ciepło do ogrzewania budynku. Jest to efektywna i ekologiczna metoda, ponieważ nie generuje spalania paliw kopalnych i CO2, a jedynie przetwarza dostępną energię.

Rodzaje pomp ciepła: grunt, woda, powietrze

Wyróżniamy kilka wariantów pomp ciepła w zależności od sposobu pobierania energii. Oto jak działają i do czego służą różne rodzaje pomp ciepła:

• Pompy ciepła gruntowe – początkowo jedne z pierwszych, modele gruntowe wykorzystują energię termiczną zgromadzoną w gruncie, która jest stosunkowo stała przez cały rok.
• Pompy ciepła powietrzne – nieco później pojawiły się również pompy powietrzne, które rozwinęły się dynamicznie. Są zdolne do ogrzewania domu przez cały rok, a także do chłodzenia go w okresie letnim. To znaczący postęp w technologii pomp ciepła. Świetnie funkcjonują w zarówno w warunkach miejskich jak i wiejskich, gdzie dostęp do powietrza jest łatwy i szybki. Wykorzystują energię cieplną zawartą w powietrzu zewnętrznym. Są często stosowane w systemach klimatyzacyjnych i ogrzewania pomieszczeń.
• Pompy ciepła wodne – doskonały wybór w przypadku dostępu do wód gruntowych czy powierzchniowych. Wodne pompy ciepła jako źródło ciepła wykorzystują wodę. Może to być woda gruntowa, woda z jeziora, rzeki czy nawet morza, w zależności od lokalizacji i dostępnych zasobów wodnych. Woda jako medium wymiany ciepła charakteryzuje się mniejszą zmiennością temperatury w porównaniu do powietrza, natomiast jej montaż wiąże się z większymi nakładami inwestycyjnymi.

Bez względu na rodzaj, pompy ciepła bazują na zaawansowanej technologii, która pozwala na darmowej energii z gruntu, wody lub powietrza. To, jak działa pompa ciepła sprawia, że jest to rozwiązanie stabilne, energooszczędne i ekologiczne. Istnieje też podział pomp ze względu na ich konstrukcję i sposób instalacji. W tym przypadku rodzaje pomp ciepła można podzielić na dwie kategorie:

• Pompa ciepła Monoblok – całość urządzenia składa się z jednego elementu, umieszczonego na zewnątrz budynku. W pompach ciepła typu monoblok układ hydrauliczny i chłodniczy został już wcześniej zamontowany fabrycznie w jednej obudowie. Dzięki temu montaż tego typu pomp jest zazwyczaj prostszy i szybszy.
• Pompa ciepła Split – określenie „split” oznacza, że składają się one z dwóch oddzielnych jednostek: zewnętrznej – montowanej na zewnątrz budynku, oraz wewnętrznej – umieszczonej wewnątrz. W przypadku tych pomp układ hydrauliczny jest zamontowany w jednostce wewnętrznej, co eliminuje ryzyko zamarznięcia. Jednostka wewnętrzna pełni funkcję pośredniczącą w wymianie ciepła pomiędzy jednostką zewnętrzną a instalacją grzewczą.