Jak działa pompa ciepła powietrze-woda?
Pompa ciepła typu powietrze-woda pobiera energię słoneczną z powietrza atmosferycznego, a następnie przekazuje ją do instalacji grzewczej. W tym celu przekształcają one pozyskaną energię na ciepło do ogrzewania wnętrz, ale także do przygotowywania ciepłej wody użytkowej. Jak to się dzieje?
Spis treści
- Jak działa pompa ciepła powietrze woda?
- Jak działa pompa ciepła powietrze-woda typu monoblok?
- Jak działa pompa ciepła powietrze-woda typu split?
- W jakich instalacjach sprawdzi się pompa ciepła powietrze woda?
- Tryby pracy pompy ciepła powietrze woda
Jak działa pompa ciepła powietrze woda?
Opisując zasadę działania powietrznej pompy ciepła można wyróżnić trzy główne punkty:
- dolne źródło – miejsce, w którym z powietrza odbierana jest energia o „niskich parametrach” (temperaturze, ciśnieniu),
- obieg chłodniczy pompy ciepła – miejsce przekazywania energii w postaci ciepła z punktu o niższej temperaturze (dolnego źródła) do punktu o wyższej temperaturze (górnego źródła),
- górne źródło – obieg instalacji grzewczej, który pozwala na pokrycie zapotrzebowania budynku na ciepło i podgrzewanie wody użytkowej.
W tego typu pompie ciepła powietrze atmosferyczne jest doprowadzane do obiegu czynnika chłodniczego pompy za pomocą wentylatora parownika. Następnie, przepływając do parownika pompy, oddaje w nim energię w postaci ciepła, podnosząc temperaturę czynnika chłodniczego, który wrze i staje się gazem. Z kolei czynnik chłodniczy w postaci gazu jest kierowany do sprężarki, gdzie ulega sprężeniu, a przez to ogrzaniu. Wzrastająca temperatura umożliwia przekazanie ciepła w skraplaczu do instalacji grzewczej budynku. Po przekazaniu ciepła gaz ulega schłodzeniu i skropleniu w skraplaczu. Po czym po przejściu przez zawór rozprężny obniża swoje ciśnienie oraz temperaturę i przepływa do parownika. Tam ponownie następuje odebranie ciepła z dolnego źródła (powietrza) i proces zaczyna się od nowa. W tym czasie woda grzewcza odbiera ciepło ze skraplacza, a pompa obiegowa kieruje ją do instalacji grzewczej budynku (c.o.) i/lub na wężownicę podgrzewacza wody użytkowej (c.w.u.).
Powietrze atmosferyczne jako dolne źródło ciepła charakteryzuje się praktycznie nieograniczoną dostępnością. Dlatego jego wykorzystanie wymaga najmniejszych nakładów inwestycyjnych w zakresie przygotowania terenu. Ponadto sprawdza się w przypadku już istniejących budynków, znajdujących się na działkach o niezbyt dużej powierzchni. Jednakże efektywność pomp ciepła wykorzystujących powietrze jako dolne źródło jest niższa w porównaniu do tych czerpiących ciepło z gruntu lub wody gruntowej (charakteryzuje się np. niższą wartością współczynników COP i SPF). Dzieje się tak ze względu na wahania temperatury wynikające z występowania niskich temperatur powietrza (zewnętrznych) w czasie wysokiego zapotrzebowania budynku na ciepło.
Może zainteresuje Cię także:
- Montaż pompy ciepła powietrze-woda
- Pompa ciepła w starym domu z grzejnikami - czy to działa?
- Ceny pomp ciepła w 2022 coraz wyższe. Polacy masowo wykupują urządzenia! Terminy montażu odległe
- 4 obowiązkowe kontrole przy serwisie pompy ciepła
- Dlaczego pompy ciepła się psują?
Ze względu na sposób montażu wyróżnia się następujące rodzaje pompy ciepła typu powietrze-woda:
- monoblok – do instalacji na zewnątrz budynku,
- monoblok – do instalacji we wnętrzu budynku,
- split.
Jak działa pompa ciepła powietrze-woda typu monoblok?
Pompa ciepła powietrze-woda typu monoblok jest pompą jednosegmentową, co oznacza, że wszystkie jej elementy są zawarte w jednej jednostce montowanej na zewnątrz lub wewnątrz budynku.
Urządzenie instalowane na zewnątrz budynku eliminuje ryzyko większego szumu w domu, ale wymaga zabezpieczenia pompy ciepła przed zamarzaniem wody, np. w razie przerwy w dostawie energii elektrycznej. Dlatego najczęściej przy jej instalacji pomiędzy pompą a systemem grzewczym budynku stosuje się czynnik niezamarzający oraz dodatkowy wymiennik ciepła (przed wodą grzewczą w instalacji ogrzewania).
Z kolei tego typu pompy instalowane wewnątrz budynku wymagają umieszczenia poza częścią mieszkalną, ale w miejscu chronionym przed mrozem, np. w piwnicy lub garażu. W miejscu instalacji urządzenia wewnątrz budynku wykonuje się przepusty ścienne i przyłączeniowe przewody powietrzne. Takie rozwiązanie zapewnia ochronę elementów pompy ciepła przed czynnikami atmosferycznymi, ale wiąże się też z ryzykiem zwiększenia poziomu hałasu.
Jak działa pompa ciepła powietrze-woda typu split?
Pompa ciepła powietrze-woda typu split jest zbudowana z dwóch jednostek – zewnętrznej i wewnętrznej. Pierwszą z nich instaluje się poza budynkiem. Dzięki temu, że znajdują się w niej parownik z wentylatorem, sprężarka i zawór rozprężny, urządzenie nie generuje hałasu w budynku. Obie jednostki są połączone przewodami z czynnikiem chłodniczym, co eliminuje ryzyko zamarzania układu. Ponadto w przypadku pomp typu split, ze względu na bezpośrednie przechodzenie ciepła ze skraplacza do instalacji grzewczej (c.o.) lub zasobnika ciepła, występują mniejsze straty ciepła niż przy zastosowaniu urządzeń typu monoblok.
W jakich instalacjach sprawdzi się pompa ciepła powietrze woda?
Niezależnie od sposobu montażu pompy ciepła powietrze woda (monoblok czy split) mogą pracować z następującymi typami instalacji grzewczej:
- ogrzewaniem powierzchniowym: ściennym lub podłogowym (temperatura zasilania nieprzekraczająca 40°C),
- ogrzewaniem mieszanym (podłogowym i grzejnikowym z układem mieszania),
- ogrzewaniem grzejnikowym (temperatura zasilania do 55°C).
Z technicznego punktu widzenia najbardziej efektywna jest praca pompy ciepła w niskotemperaturowym układzie ogrzewania (ogrzewanie podłogowe, panele ścienne lub sufitowe). W przypadku pracy pompy ciepła z ogrzewaniem grzejnikowym musi być ono zaprojektowane do ogrzewania niskotemperaturowego (np. temperatura zasilania 50°C, temperatura powrotu 40°C). Ponadto ogrzewanie grzejnikowe wymaga dodatkowego zbiornika wody, tzw. sprzęgła cieplnego.
Tryby pracy pompy ciepła powietrze woda
W zależności od rodzaju budynku (nowy czy istniejący) i zastosowania (główne czy drugie źródło ciepła) pompa ciepła powietrze woda może być stosowana w różnych trybach pracy.
Tryb monoenergetyczny – wykorzystuje się w nim tylko jeden nośnik energii (najczęściej prąd elektryczny). Pompa ciepła pracująca w takim trybie pokrywa większość obciążenia cieplnego budynku. Przy występowaniu niskiej temperatury zewnętrznej urządzenie jest wspierane przez użycie grzałki elektrycznej. Parametry pracy pompy ciepła ustalane są na poziomie temperatury granicznej – punktu biwalentnego. Powinien on leżeć pomiędzy –3 a –10°C temperatury otoczenia, tak aby pompa ciepła mogła pokryć jak największą część zapotrzebowania swojego rocznego czasu pracy. W przypadku pomp ciepła powietrze woda często wynosi on –5°C. Norma DIN EN 15450 ogranicza maksymalny poziom dogrzania elektrycznego do 5%.
Tryb biwalentny równoległy (lub częściowo równoległy) – funkcjonuje z dwoma źródłami ciepła (dwoma nośnikami energii), co oznacza, że pompa ciepła jest jednym z nośników energii i pokrywa zapotrzebowanie na moc cieplną do ustalonej temperatury granicznej (punktu biwalentnego). Następnie pompa ciepła jest wspomagana przez drugi nośnik energii (np. kocioł gazowy), który uruchamia się, kiedy nie jest ona w stanie pokryć zapotrzebowania na moc cieplną. Wówczas pompa ciepła pozostaje dalej w pracy równoległej. Przy biwalentnym trybie pracy (stosowanym z reguły w instalacjach istniejących budynków) drugie źródło ciepła wspomaga pompę ciepła od punktu biwalentnego <4°C.
Tryb biwalentny alternatywny – zaleca się go dla pomp ciepła w budynkach z grzejnikowym systemem grzewczym, gdzie niezbędna jest temperatura zasilania ogrzewania na poziomie min. 50°C. W takim przypadku tryb pracy urządzenia jest alternatywny dla pracy kotła grzewczego, ponieważ pompa ciepła charakteryzuje się lepszymi współczynnikami wydajności w wyższej temperaturze zewnętrznej. W niskiej temperaturze zewnętrznej za ogrzewanie budynku odpowiada drugie źródło ciepła (np. kocioł grzewczy). Tryb ten może być stosowany przy temperaturze zasilania instalacji grzewczej >60°C.
Tryb biwalentny odnawialny – pozwala na integrację odnawialnych źródeł ciepła, takich jak biomasa czy energia cieplna z kolektorów słonecznych. W tym trybie pompa ciepła zostaje zablokowana, podczas gdy energia dostarczana jest z innych źródeł odnawialnych – aktualne zapotrzebowanie na ciepło zostaje pokryte z zasobnika gromadzącego ciepło z pozostałych źródeł ciepła. W przeciwnym razie pompa ciepła pokrywa obciążenie cieplne budynku. Energia ze sprężarkowych pomp ciepła (zasilanych energią elektryczną) jest uznawana za odnawialną, jeśli wartość SPF wynosi co najmniej 2,5.
Literatura:
- „Energetyka odnawialna w budownictwie. Magazynowanie energii”, red. D. Chwieduk i M. Jaworski, PWN, Warszawa 2018.
- W. Joniec, „Dobór i eksploatacja pomp ciepła. Współczynniki COP, SPF i JAZ”, „Rynek Instalacyjny” 2012, nr 4.
- R. Tytko, „Odnawialne źródła energii. Wybrane zagadnienia”, OWG, Warszawa 2009.
- „Podręcznik architekta, projektanta i instalatora. Pompy ciepła”, materiały techniczne firmy Viessmann, 2011.
- „Podręcznik planowania i instalacji. Grzewcze pompy ciepła i pompy ciepła do ciepłej wody”, materiały techniczne firmy Dimplex, 2012.
- „Planungsunterlage Hocheffizienz-Warmepumpen”, materiały techniczne firmy Wolf, 2015.
- P. Lachman, „Kiedy pompy ciepła korzystają z OZE?”, „Czysta Energia” 2013, nr 12.
- Obwieszczenie Ministra Środowiska z dnia 15 października 2013 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Środowiska w sprawie dopuszczalnych poziomów hałasu w środowisku (DzU z 2014 r., poz. 112).
