Pompa ciepła przekształcając energię odnawialną zgromadzoną w ziemi, wodzie lub powietrzu wytwarza ciepło wykorzystywane do ogrzewania domów, przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz wykorzystując odwrócony obieg również do chłodzenia. Dowiedz się jak działa pompa ciepła. 

W tym artykule skupimy się na pokazaniu jak działa pompa ciepła typu powietrze –woda – najpopularniejszy typ pompy ciepła do ogrzewania budynków mieszkalnych w Polsce i Europe.

Jak działa pompa ciepła powietrze/woda typu SPLIT – w trybie grzania.

Konwersja energii z powietrza do ogrzewania budynku (lub na inne cele) następuje w trzech obiegach. W obiegu czynnika dolnego źródła energia cieplna pozyskiwana jest z otoczenia i transportowana do pompy ciepła. W obiegu czynnika chłodniczego pompa ciepła zwiększa niską temperaturę pozyskiwanego ciepła do wysokiej temperatury i przekazuje ją do obiegu czynnika grzewczego  w postaci ciepła, które jest oddawane w poszczególnych pomieszczeniach budynku.

Powietrze zewnętrzne jest zasysane przez jednostkę zewnętrzną do parownika pompy ciepła (4) – rys.1. (kliknij na poniższy rysunek aby powiększyć)

Jak działa pompa ciepła w trybie grzania?

 

Rys.1  Zasada działania pompy ciepła powietrze/woda typu split z odrębnymi jednostkami. Obieg czynnika chłodniczego R410A pomiędzy jednostką zewnętrzną (1) oraz jednostką wewnętrzną (2) (3- sprężarka, 4 – parownik, 5 – zawór rozprężny, 7 – skraplacz). Opr. SOLSUM

W parowniku czynnik chłodniczy odbiera energię cieplną z powietrza i zaczyna wrzeć. Gaz powstający podczas wrzenia jest kierowany do sprężarki (3) poprzez zawór 4 –drogowy. Sprężarka zasilana jest elektrycznie.  Zakłada się, że 100% energii na wyjściu pompy w jednostce wewnętrznej to 1 porcja  energii elektrycznej i 2 porcje ciepła odzyskanego z powietrza. Czynnik chłodniczy o podwyższonej temperaturze i ciśnieniu oddaje ciepło w skraplaczu (7)  w jednostce wewnętrznej i poprzez elektroniczny zawór rozprężny (5) powraca do parownika (4). (W wyniku sprężania gazu rośnie ciśnienie oraz znacznie wzrasta jego temperatura, od np. 5oC do ok. 80oC.)

Woda grzewcza odbiera ciepło ze skraplacza (7) i ochładza gaz, ponieważ ciśnienie jest nadal wysokie, czynnik chłodniczy zostaje przetłoczony przez zawór rozprężny (5), gdzie dochodzi do spadku ciśnienia, aby czynnik chłodniczy powrócił do temperatury pierwotnej. Czynnik chłodniczy jest ponownie skierowany do parownika i cały proces się powtarza. Woda grzewcza w razie potrzeby jest dogrzewana w przepływowym podgrzewaczu elektrycznym (9). Pompa obiegowa (8) kieruje wodę grzewczą poprzez zawór 3-drogowy rozdzielający (10) do instalacji grzewczej budynku c.o. (grzejniki, podłogówka) lub na wężownicę podgrzewacza wody użytkowej (c.w.u.).

Jak działa pompa ciepła powietrze/woda typu SPLIT – w trybie chłodzenia

Czynnik chłodniczy (R410A) przepływa przewodami pomiędzy jednostką zewnętrzną (1), a jednostką wewnętrzną (2). W odróżnieniu do podstawowej funkcji pompy ciepła, czyli tryb grzania – w trybie chłodzenia zmienia się kierunek przepływu czynnika chłodniczego i następuje zamiana funkcji między parownikiem i skraplaczem. W praktyce parownik (4) przejmuje funkcję skraplacza,  a skraplacz (7) pełni funkcje parownika. Woda chłodząca (np. z klimakonwektorów lub chłodnicy powietrza) oddaje ciepło w parowniku (7) i jest schładzana przez czynnik chłodniczy. Czynnik podnosząc temperaturę w parowniku (7) odparowuje i przez zawór 4-drogowy (6) przepływa do sprężarki (3). Po podniesieniu temperatury i ciśnienia, czynnik zostaje schłodzony w skraplaczu (4) i rozprężony w zaworze rozprężnym (5) powraca do parownika (7) w celu ponownego odebrania ciepła z wody chłodzącej. (kliknij na poniższy rysunek aby powiększyć).

Jak działa pompa ciepła w trybie chłodzenia?

Rys.2  Zasada działania pompy ciepła powietrze/woda typu split (z odrębnymi jednostkami) w trybie chłodzenia. Obieg czynnika chłodniczego R410A pomiędzy jednostką zewnętrzną (1) oraz jednostką wewnętrzną (2), 3- sprężarka, 7 – parownik, 5 – zawór rozprężny, 4 – skraplacz, 6 – zawór 4 –drogowy. Opr. SOLSUM

Przejście do funkcji grzania  (np. CWU w okresie grzewczym) z trybu chłodzenia jest realizowane poprzez zmianę położenia nastaw zaworu 4-drogowego.

Z powyższego opisu jednoznacznie wynika, że własności fizyczne i termodynamiczne czynnika chłodniczego mają znaczący wpływ na wielkości i wzajemne proporcje pomiędzy strumieniami energii. Czynnikiem chłodniczym w pompach ciepła powietrze/woda jest mieszanina gazów o różnej temperaturze odparowania, specjalnie dostosowana do typu urządzenia i warunków pracy powietrznych pomp ciepła.

Najczęściej stosowany czynnik chłodniczy to R410A, który jest jednym z najbardziej przyjaznych środowisku gazem chłodniczym i nie jest szkodliwy dla warstwy ozonowej.

Co te procesy oznaczają w praktyce?

Dzięki tym procesom dostarczając 1kWh energii elektrycznej pompa ciepła wytwarza 3-4kWh energii cieplnej (sprawność średnioroczna 300-400%). Oznacza to, że jest praktycznie najbardziej ekonomicznym dostępnym sposobem ogrzewania. Dla porównania ogrzewanie elektryczne z 1kWh prądu wytwarza blisko 1kWh ciepła (sprawność blisko 100%) a sprawność kotła węglowego to ok. 30%.   

O porównaniu z innymi źródłami ciepła można dowiedzieć się tutaj.

W mniej techniczny, bardziej obrazowy sposób zasadę działania wraz z wizualizacją prezentujemy na poniższym filmie:

 

Powiązane artykuły
1

Skomentuj

Zapisz się!
  • zapisanych: 1677

Newsletter

Solsum

Dołączając do grona subskrybentów naszego bloga zyskujesz:

  • Wartościowe treści
  • Zniżki na nasze produkty
  • Nowości z tematyki OZE
Używam coookies. 🡫