Pompy ciepła to urządzenia grzewcze, umożliwiające przenoszenie ciepła ze źródła dolnego (o niskiej temperaturze) do źródła górnego (o wyższej temperaturze). Możliwe jest w ten sposób ogrzewanie budynku czy wody użytkowej. Niektóre pompy ciepła w lecie służą również do chłodzenia pomieszczeń. Zaletami systemów z pompami ciepła, oprócz wykorzystania czystego i darmowego źródła ciepła pochodzącego ze środowiska naturalnego, jest wyeliminowanie procesu spalania, obecnego w tradycyjnych systemach z kotłami na paliwa stałe, gazowe czy olejowe. Stosując te urządzenia można znacząco ograniczyć produkcję spalin, popiołu i innych substancji, szkodliwych dla środowiska. Proces ten odbywa się przy współudziale energii elektrycznej, gdzie w sprzyjających warunkach jej nakład wynosi jedynie 20-25% (jedynie tutaj ponosimy koszty). Pozostała zaś część pochodzi z naturalnych zasobów, takich jak grunt, powietrze czy woda. System ten nie potrzebuje dodatkowych pomieszczeń (kotłowni czy składów opału). Obecnie producenci pomp ciepła oferują urządzenia nie tylko o wysokich sprawnościach, ale również estetycznie wykonane, pracujące bardzo cicho oraz o niewielkich gabarytach – w zależności od preferowanej funkcji. Dlatego mogą być umieszczone w pomieszczeniach codziennego użytku, np. w kuchni czy salonie.
ZASADA DZIAŁANIA POMP CIEPŁA
Pompa ciepła działa podobnie do lodówki czy klimatyzatora. Wymusza ona przepływ ciepła z ośrodka chłodniejszego do tego o wyższej temperaturze. Aby możliwy był taki przepływ – wbrew prawom fizyki – muszą zachodzić pewne procesy termodynamiczne. Podstawowym parametrem informującym o wydajności i opłacalności pompy ciepła jest współczynnik COP. Jest to stosunek ilości uzyskanego ciepła do ilości utraconej energii elektrycznej. Przykładowo jeżeli COP wynosi 4, oznacza to, że przy nakładzie 1 kW energii elektrycznej uzyskiwane jest 4 kW energii cieplnej. Współczynnik COP wzrasta, gdy różnica temperatur pomiędzy źródłem górnym i dolnym jest jak najmniejsza. Najkorzystniejsze jest połączenie pompy ciepła z systemem ogrzewania niskotemperaturowym (ogrzewanie płaszczyznowe).
System grzewczy z pompą ciepła składa się z trzech oddzielnych obiegów (rys. 1):
- obieg solanki;
- obieg czynnika chłodniczego;
- obieg grzewczy.
W pierwszym obiegu krąży niezamarzająca ciecz, najczęściej roztwór glikolu (w przypadku powietrznych pomp ciepła zasysane jest powietrze zewnętrzne). Ciecz ta pobiera ciepło ze źródła dolnego i transportuje je do pompy ciepła, gdzie znajduje się drugi obieg. W jego skład wchodzą cztery podstawowe urządzenia: parownik, skraplacz, sprężarka oraz zawór rozprężny. W parowniku będącym wymiennikiem ciepła następuje przekazanie energii cieplnej z pierwszego obiegu do czynnika chłodniczego. Czynnik ten posiada niską temperaturę parowania, więc następuje jego odparowanie. Sprężarka spręża gazowy czynnik podnosząc jednocześnie jego temperaturę. Tak podgrzany płyn kierowany jest do skraplacza (drugi wymiennik ciepła), gdzie skrapla się i oddaje ciepło do trzeciego obiegu. Skroplony czynnik transportowany jest do zaworu rozprężnego, następuje zmniejszanie jego ciśnienia i temperatury. Trzeci obieg kieruje pozyskane ciepło do systemu grzewczego rozprowadzonego w budynku.
PODZIAŁ POMP CIEPŁA
Pompy ciepła dzielą się w zależności od źródła, z którego pobierają ciepło. Najczęstsze rozwiązania to pompy ciepła gruntowe, powietrzne lub wodne. Pompy gruntowe pobierają ciepło z gleby za pomocą wymiennika gruntowego (kolektory poziome lub pionowe). Zaletą tego rozwiązania jest to, że ziemia posiada zawsze temperaturę dodatnią poniżej strefy przemarzania, dlatego może działać przez cały rok. Niestety jednak koszty instalacyjne są dość wysokie. Kolektory poziome wymagają dużej przestrzeni, zaś pionowe wymagają głębokich odwiertów. Takiego problemu nie ma w przypadku pomp powietrznych, które czerpią energię z powietrza. Są najpowszechniejsze ze względu na dość wysoką wydajność i łatwą instalację. Jednak w przypadku dużych spadków temperatur na zewnątrz nie zapewnią wymaganej temperatury do ogrzewania. Jednak obecnie dostępne są urządzenia, które funkcjonują nawet w ujemnych temperaturach. Trzeci rodzaj pomp czerpie ciepło z wody, dlatego konieczny jest dostęp do stawu lub studni. Podobnie jak w przypadku pomp gruntowych gwarantują dużą efektywność przez cały rok, gdyż temperatura wód głębinowych zawsze jest dodatnia.
KOSZT
Na wstępie wspomniano, że mimo iż pompa ciepła pobiera energię cieplną ze środowiska do działania potrzebuje również energii elektrycznej. Ceny prądu wciąż wzrastają dlatego warto pomyśleć o alternatywnym rozwiązaniu pozyskiwania energii elektrycznej . Aby w pełni wykorzystać dobrodziejstwa natury, niewątpliwie ciekawym rozwiązaniem jest połączenie pomp ciepła z instalacją fotowoltaiczną. Może wydawać się dziwne, że takie połączenie przynosi korzyści, gdyż największe zapotrzebowanie na ciepło jest zimą, zaś instalacje fotowoltaiczne działają z największą sprawnością latem. Należy pamiętać, że w Polsce obowiązuje ustawa o OZE z 22 czerwca 2016 roku, według której możliwe jest przekazanie nadwyżki wyprodukowanej energii latem i jej częściowy (80% z instalacji poniżej 10kW, 70% powyżej 10kW) odbiór, w ciągu roku, w warunkach niedoboru, czyli głównie zimą.
Duże koszty początkowe takich instalacji można zmniejszyć korzystając z różnych dofinansowań. Mogą one sięgać nawet 60-70% kosztów kwalifikowanych. Realizowane są przez gminy, powiaty lub Wojewódzkie Fundusze Ochrony Środowiska. Najczęściej wymienianym programem jest „Czyste Powietrze”, który został uruchomiony przez Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Polega on na dofinansowaniu termomodernizacji budynków mieszkalnych. Celem jest wyeliminowanie nieefektywnych kotłów na paliwo stałe i zastąpienie ich urządzeniami o jak najniższej emisji gazów cieplarnianych. Idealnym rozwiązaniem są więc w tym przypadku pompy ciepła.
