Charakterystyka i efektywność pomp ciepła

Charakterystyka i efektywność pomp ciepła

Pompa ciepła wytwarza ciepło w najbardziej ekonomiczny sposób. Nie wymaga żadnego paliwa ani komina. Jest w pełni zautomatyzowana, bezpieczna i cicha. Nakłady na jej instalację zwracają się w ciągu kilku lat dzięki niskim kosztom eksploatacji. Kompletny system wyposażony jest w nowoczesną automatykę, która umożliwia produkcję energii z uwzględnieniem zmian pogodowych, co obniża koszty eksploatacji, a zatem posiada znakomitą energooszczędność.
Pompa ciepła jest urządzeniem odbierającym ciepło z tzw. dolnego źródła niskiej temperaturze (-15°C +30°C) i przekazuje do górnego źródła o wysokiej temperaturze (instalacje CO, CWU). Innymi słowy systemy grzewcze z pompami ciepła pobierając ciepło z gruntu, wody lub powietrza dostarczają ciepłą wodę użytkową i ogrzewają domy. Rodzaj dolnego źródła ciepła jest uzależniony od sposobu wykorzystania pompy ciepła oraz warunków instalacji pompy. W przypadku, jeżeli pompa jest wykorzystywana jako urządzenie chłodnicze, dolnym źródłem jest np. chłodnia, woda chłodząca z wtryskarek, woda lodowa. Jeśli natomiast pompa ciepła jest wykorzystywana jako urządzenie grzewcze (ogrzewanie domu, ciepłej wody) musimy wykonać dolne źródło, z którego jest możliwy skuteczny odbiór energii cieplnej np. grunt, woda. Dolne źródło powinno się charakteryzować przede wszystkim niezmiennością temperatury w ciągu roku.
Efektywność pomp ciepła waha się w granicach od 4,0 do 8,0. Znaczy to, że za 1kW energii elektrycznej włożonej do napędu pompy ciepła uzyskujemy od 4 do 8 kW energii cieplnej w górnym źródle ciepła. Wszystkie tradycyjne systemy grzewcze mają efektywność poniżej 1,0. W ten sposób uzyskuje się 3/4 energii grzewczej bezpłatnie. Pozostała część opłaty ponoszona jest za energię elektryczną potrzebną do napędu silników. System nie wytwarza jakichkolwiek substancji ubocznych jest w pełni ekologiczny i tani w eksploatacji.
Wielkość instalacji dobiera się do potrzeb termicznych budynku. Odbiór ciepła z gruntu odbywa się za pomocą niezamarzającego płynu cyrkulacyjnego w polietylenowej rurze kolektora o średnicy 40mm ułożonej poziomo na głębokości ok.1,5m pod powierzchnią ziemi. W przypadku, gdy działka jest mała można rurę kolektora umieszczać pionowo, stosując technikę odwiertów - sondy 20-150m.

Sterowanie pompami ciepła
Odbywa się przy pomocy specjalnych sterowników mikroprocesorowych umożliwiających realizację następujących funkcji, w zależności od potrzeb i stopnia rozbudowania zastosowanego systemu:
- sterowanie temperaturą pomieszczeń i mocą grzewczą pompy oraz załączaniem kotła pomocniczego przy deficycie mocy grzewczej pompy ciepła. 
- sterowanie pogodowe w zależności od temperatury zewnętrznej oraz realizację dobowo - tygodniowego programu nastawionej temperatury (stwarza możliwość zaprogramowania okresowego, automatycznego obniżania temperatury ogrzewanego pomieszczenia, w niektórych porach doby lub dniach tygodnia gdy nie jest ono użytkowane). 
- automatyczne wyłączenie pompy ciepła przy przekroczeniu temperatury wody powrotnej na dopływie do skraplacza (w obiegu CO). Pompa jest produkowana w wielu wersjach, uwzględniając indywidualne wymagania klientów i stosowane w różnych okolicznościach, związanych zarówno z grzaniem jak i chłodzeniem czy klimatyzacją: od szeroko pojętego przemysłu po osiedla mieszkaniowe i domki jednorodzinne. Jest to przyszłość w dziedzinie ogrzewania.
Na podstawie analizy europejskich tendencji wykorzystania energii odnawialnej można w ostatnich latach zaobserwować w Polsce wzrost zainteresowania systemami centralnego ogrzewania na bazie pompy ciepła, które umożliwiają odzysk ciepła z gruntu, wody, powietrza. Pompa ciepła jest inwestycją nie tylko ekologiczną (nie wytwarza żadnych szkodliwych związków), ale również ekonomiczną ze względu na niespotykaną wydajność energetyczną tj. stosunek energii napędowej potrzebnej do wytworzonej energii cieplnej. W pompie ciepła zachodzi proces podnoszenia potencjału cieplnego tj. proces pobierania ciepła ze źródła o temperaturze niższej i przekazywania go do źródła o temperaturze wyższej. A zatem pompa ciepła jest urządzeniem, które przekształca wykonaną na jego korzyść pracę w ciepło. Ponieważ stosunek ciepła przejętego z otoczenia do ciepłą powstającego z przekształcenia pracy napędowej jest tym większy, im temperatura dolnego źródła bliższa jest temperaturze górnego źródła. Dlatego przy instalacjach z pompą ciepła należy stosować ogrzewanie niskotemperaturowe-podłogowe. 

W konstrukcjach pomp ciepła wykorzystuje się dwa zjawiska fizyczne:
- temperatura wrzenia cieczy zależy od ciśnienia,
- podczas odparowywania cieczy ciepło jest pobierane, a podczas skraplania pary ta sama ilość jest oddawana. Jeżeli zatem doprowadzi się do parowania cieczy przy niskiej temperaturze, to pobiera ona poprzez specjalne wymienniki ciepło z otoczenia. Sprężając parę, powoduje się wzrost jej temperatury, następnie parę rozpręża się wywołując jej skraplanie i oddawanie ciepła do instalacji c.o. i c.w.u.  Kolektory gruntowe W przypadku pomp z kolektorem gruntowym energię geotermiczną odzyskujemy z ziemi poprzez kolektor gruntowy. Kolektor gruntowy wykonany z miedzi i pokryty warstwą polichlorku winylu, układany jest w całości tzn. że poza przyłączem nie ma żadnych spawanych lub klejonych połączeń, co jest gwarancją wysokiej jakości i wytrzymałości. Nitki kolektora rozkładane są w dowolnym kształcie na głębokości poniżej poziomu przemarzania gruntu (ok. 1,2m – 1,5m). Wielkość wymiennika gruntowego uzależniona jest od mocy pompy ciepła. Wewnątrz rur wymiennika znajduje się ekologiczny czynnik roboczy – propan, który odbierając ciepło z gruntu przechodzi ze stanu ciekłego w gazowy i przemieszczany jest do wymiennika pompy ciepła, a odebrane od niego ciepło do górnego odbiornika energii. Wymagana powierzchnia działki pod kolektor gruntowy w zależności od mocy pompy (dla optymalnej ilości wiązek).

 • typ, moc pompy PRO D: 5/10 Wi (230m2), 7/14 Wi (320m2), 9/18 Wi (410m2), 10/20 W (460m2), 15/30 W (680m2)

* Zakres mocy min/max

Czynnik roboczy nie tracąc swoich właściwości nie wymaga wymiany w całym okresie eksploatacji. Ułożenie i zasypanie kolektora zajmuje zaledwie jeden dzień! Miejsce, w którym wykonano wykop można przeznaczyć na trawnik, ogródek warzywny, plac zabaw dla dzieci, ogród kwiatowy z krzewami, itp. Dla kolektora gruntowego niezawodna praca przewidziana jest wiele dziesiątków lat. Jest to jedyne i najlepsze tego typu rozwiązanie z kolektorem gruntowym dostępne na rynku.

System woda- woda
System dwóch studni pozwala na odzyskiwanie geotermicznej energii cieplnej zawartej w wodach gruntowych. Wodę ze studni czerpanej za pomocą pompy głębinowej transportuje się do wymiennika pompy ciepła, gdzie oddaje ona część swojej energii cieplnej czynnikowi roboczemu. Na skutek tego zostaje ona schłodzona o kilka stopni, a następnie odprowadzona ponownie do gruntu poprzez studnię zrzutową. Studnie muszą być oddalone od siebie o około 20-30 m. Wymagana wydajność studni czerpalnej do prawidłowej pracy pompy wynosi ok. 4 m3/h. Dla prawidłowej pracy pompy temperatura wody gruntowej powinna utrzymywać się na poziomie ok. 8°C. Średnica wykopu studni jest to ok. 20 cm.

 • ciepło może być pobierane z: wody powierzchniowej (rzeki, jeziora, sztuczne zbiorniki)

 • wody gruntowej: ma przeważnie przez cały rok temperaturę w granicach +8 do +10°C. Koniecznym jest budowanie studni do pobierania i odprowadzania oziębionej wody po oddaniu ciepła w pompie. 

•  ścieków: mają ograniczone zastosowanie ze względu na stopień zanieczyszczenia powietrza z otoczenia.

 • gruntu: grunt jest dobrym akumulatorem ciepła, ponieważ na całej powierzchni pochłania energię słoneczną oraz przejmuje energię cieplną za pomocą konwekcji i deszczu. Dopływ ciepła następuje z górnej powierzchni gruntu i w bardzo znikomej części z jego głębi. Następuje więc samoregulacja cieplna gruntu. Pobór energii przez pompę ciepła następuje drogą pośrednią,  przez zakopanie w ziemi kolektory gruntowe wykonane najczęściej z rur polietylenowych, wewnątrz przepływa roztwór o obniżonej temperaturze krzepnięcia, przekazujący ciepło z gruntu do wymiennika płytowego (parownika) gdzie jest ono przejmowane przez parujący czynnik chłodniczy.

W niektórych przypadkach (szczególnie przy mniejszej wydajności pomp), stosuje się system bezpośredniego odbierania ciepła przez czynnik parujący wewnątrz rur parownika zakopanych bezpośrednio w gruncie. Decydujące znaczenie odnośnie ilości zbieranego ciepła ma rodzaj gruntu, jako współczynnik przewodzenia ciepła i pojemność cieplna (ciepło właściwe). Grunt wilgotny gliniasty jest korzystniejszy niż kamienisty lub suchy piasek. Kolektory odbierające mogą być wykonane jako poziome (zakopane na głębokości 1-2m.) lub pionowo rozmieszczone sondy na głębokości 20-150m.Temperatura gruntu na głębokości około 1,5m. Jest funkcją temperatury zewnętrznej na powierzchni oraz pory roku. W warunkach klimatu polskiego waha się od około + 14°C w sierpniu do około + 5°C w lutym. Dla gruntu z odbiorem ciepła (przez wymienniki), temperatura ta obniża się i wynosi odpowiednio od około +12°C do około - 4°C. Średni pobór energii cieplnej w zimie wynosi około 20 - 50W z 1 m² powierzchni gruntu w zależności od przewodnictwa ciepła przez podłoże.

prof. Marian Rubik
Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji Politechniki Warszawskiej
(Fragment referatu z konferencji firmy BOSCH)

autor: System Gaz (2022)
© Copyright systemgaz.com.pl 2022
wszelkie prawa zastrzeżone, dystrybucja, kopiowanie bez zgody autora zabronione.