Jak działa pompa ciepła powietrze-woda?

Pompa ciepła powietrze-woda wykorzystuje odnawialną energię cieplną zawartą w powietrzu atmosferycznym. Może służyć jako samodzielne wygodne źródło ogrzewania budynku. Jak działają pompy ciepła? Co wyróżnia pompy typu powietrze-woda i jakie są inne typy tych urządzeń? Kiedy i jakie korzyści przyniesie montaż urządzenia? Wyjaśniamy wszystkie wątpliwości.

Spis treści:

1. Pompy ciepła - ogólna zasada działania
2. Jak działa pompa ciepła powietrze-woda?
3. Montaż pomp ciepła powietrze-woda - na co zwrócić uwagę?
4. Pompy ciepła powietrze-woda - zalety i wady
5. Ile kosztuje pompa ciepła?
6. Ile możesz zyskać, montując pompy ciepła?

Pompy ciepła - ogólna zasada działania

W ostatnich latach coraz większą uwagę zwracamy na odnawialne źródła energii. Po ogromnym wzroście popularności instalacji fotowoltaicznych, zabieramy się za ogrzewanie domów tanią i czystą energią. Odzwierciedleniem tego trendu jest ogromny popyt na pompy ciepła. Czym są i jak działają pompy ciepła?

Często nazywane maszynami cieplnymi, działające na podobnej zasadzie co lodówki czy chłodziarki. Układy wymuszają obieg ciepła z obszaru chłodniejszego do cieplejszego. Dzieje się to wbrew naturalnemu przepływowi energii, gdzie ciepło przekazywane jest z ośrodka o wyższej temperaturze do ośrodka o niższej temperaturze.

Zastosowanie układu sprężarki, parownika i skraplacza umożliwia odwrócenie tego procesu i w efekcie przekazywanie ciepła z ośrodka chłodniejszego (dolne źródło - powietrze atmosferyczne, grunt, woda), do układu rozprowadzającego ciepło w budynku (górne źródło - ogrzewanie podłogowe, sufitowe, grzejnikowe czy c.w.u.).

• dolne źródło - instalacja pobierająca energię ze środowiska o niższej temperaturze;
• obieg chłodniczy - sieć odpowiedzialna za odbieranie ciepła, sprężanie i przekazanie go do górnego źródła;
• górne źródło - inaczej instalacja grzewcza w obiekcie. Może to być system ogrzewania wodnego lub powietrznego.

Jeszcze krótko o tym, co dzieje się w trakcie jej działania. Pompa ciepła pobiera energię z dolnego źródła. Z czynnika odbierane jest ciepło i przekazywane do parownika, w którym znajduje się płyn chłodniczy. Dodatkowe ciepło doprowadza do jego parowania i w tej postaci energia jest pobierana do sprężarki. W układzie wykorzystuje się substancje, które parują już w ujemnych temperaturach. Zatem nie ma obaw o pracę pompy w czasie mrozów.

Kolejny etap to sprężanie gazu i podniesienie jego temperatury. Gaz pod ciśnieniem jest nagrzany do wysokiej temperatury i w takiej formie trafia do skraplacza. Tam oddaje energię cieplną do górnego źródła, które wykorzystywane jest do zasilania CO w budynku. Pozbawiony ciepła czynnik po rozprężeniu ponownie trafia do parownika. W ten sposób obieg się zamyka.

Różne typy pomp ciepła

Poszczególne modele pomp ciepła różnią się przede wszystkim rodzajem dolnego źródła, ale też budową (monoblok, split). Energia cieplna do pomp może być pobierana z trzech źródeł:

• Powietrze - instalacje wykorzystują powietrze nagrzane dzięki energii słonecznej. Powietrze jest pobierane z zewnątrz za pomocą wentylatorów i wykorzystywane do ogrzewania czynnika roboczego.
• Woda - jedno z najbardziej stabilnych, jednak ze względu na koszty inwestycyjne coraz mniej popularne źródło. Energię cieplną pobiera się ze stawów, rzek, a czasem wód gruntowych i specjalnie przygotowanych studni głębinowych. Wykorzystuje się stabilność termiczną wody w miejscach, które nie zamarzają.
• Grunt - pompa wykorzystuje wyższą temperaturę pod powierzchnią ziemi. Instalację do pobierania energii można ułożyć w poziomie na głębokości poniżej przemarzania gruntu. Drugi sposób to instalacja pionowa, w której wierci się otwór na głębokość od kilkudziesięciu do nawet 200 metrów. Na tym poziomie temperatura stale utrzymuje się w granicach od 5°C do nawet 14°C.

Różnice pomiędzy urządzeniami wynikają też z górnego źródła. W zależności od systemu ogrzewania pompa ciepła może ogrzewać dom albo ciepłą wodę użytkową. Tutaj jest bardzo dużo wariantów, ale szczegółowo ten temat opisaliśmy tutaj: Pompa ciepła - rodzaje i działanie.

Jak działa pompa ciepła powietrze-woda?

Najpopularniejszym i najłatwiejszym w montażu typem jest pompa ciepła powietrze-woda. To instalacja, korzystająca z ciepła powietrza ogrzanego promieniami słonecznymi. Nie wymaga budowy skomplikowanych punktów poboru energii, a dodatkowym atutem jest możliwość podłączenia do standardowych sieci CO w domu. Jaki jest jej sposób działania?

Z bezpośredniego otoczenia domu pobierane jest powietrze za pomocą wentylatora połączonego z parownikiem. Najczęściej jednostkę zewnętrzną montuje się w miejscach osłoniętych od wiatru. Nie zaleca się strony południowej ze względu na nagrzewanie bezpośrednio przez promienie słoneczne i zafałszowania odczytów czujników temperatury.

Po oddaniu energii do obiegu chłodniczego nieco zimniejsze powietrze jest wypuszczane na zewnątrz. Z kolei ciepło trafia do układu chłodniczego, a z niego do sieci wodnych, ogrzewających mieszkanie. Można też skierować czynnik grzewczy na wężownicę ogrzewającą wodę użytkową.

Montaż pomp ciepła powietrze-woda - na co zwrócić uwagę?

Jak wspominaliśmy, pompa powietrze-woda jest konstrukcją najmniej uciążliwą przy budowie. Punkt pobierania powietrza można ustawić nawet na małych działkach i w pobliżu obiektów już użytkowanych. Nie wymaga prac ziemnych i wykonywania odwiertów, dzięki czemu koszty montażu są bardzo niskie.

Pompy ciepła do prawidłowego działania wymagają konkretnych warunków technicznych w budynku, ponieważ wytwarzają znacznie niższą temperaturę od kotłów na paliwa stałe. W związku z tym nie sprawdzają się do ogrzewania wody w standardowych kaloryferach. Wymagają specjalnych grzejników dedykowanych właśnie pompom ciepła. Za to znakomicie współpracują z ogrzewaniem podłogowym. W takich sieciach wystarczy woda nagrzana do temperatury nieco ponad 30°C.

Montaż pompy ciepła to jedno, ale potrzebny jest też jej serwis. Przeczytaj artykuł: Co obejmuje serwis pompy ciepła i czy jest obowiązkowy?

Pompy ciepła powietrze-woda - zalety i wady

Pompa ciepła powietrze-woda stanowi świetną alternatywę dla ogrzewania paliwami stałymi i gazem. Do jej najważniejszych zalet należą:

• tania eksploatacja - jedyne koszty to energia potrzebna do pracy pompy i okresowe przeglądy;
• niski koszt energii - ciepło pozyskane z powietrza jest darmowe;
• bezobsługowość - można zapomnieć o dokładaniu węgla i czyszczenia podajników pieca. Cała obsługa ogranicza się do regulacji temperatury na panelu;
• uniwersalne zastosowanie - pompy można wykorzystać do ogrzewania budynków, a także CWU. Sprawdzają się też do chłodzenia domów w okresie letnim;
• łatwy montaż - pompy powietrze-woda są najmniej inwazyjne przy montażu, co przekłada się na niższy koszt budowy.

Nie zapominajmy też o słabszych stronach. Należą do nich:

• wysoki koszt pompy ciepła na etapie budowy sieci - potrzeba dostosowania instalacji CO co pracy z czynnikiem grzewczym o niższej temperaturze;
• niedostosowanie warunków technicznych budynku - budynek musi być dobrze docieplony, aby pompa mogła działać z najwyższą wydajnością bez strat energii;

W przypadku pomp ciepła powietrze-woda do CWU i CO wadą może być nieco niższa efektywność w stosunku do pomp gruntowych czy wodnych pracujących z bardziej stabilnym temperaturowo dolnym źródłem ciepła. Jednak obecne rozwiązania powietrznych pomp ciepła ze sprężarkami inwerterowymi całkiem dobrze radzą sobie ze zmiennymi temperaturami powietrza zewnętrznego.

Ile kosztuje pompa ciepła?

Po stronie wad pomp postawiliśmy koszt samego urządzenia. Jednak odpowiednio dopasowana pompa pozwoli obniżyć koszty ogrzewania. Jak dobrać pompę ciepła powietrze-woda?.

Dobór pompy ciepłą to skomplikowana sprawa, na którą ma wpływ wiele zmiennych. Warto oddać to w ręce specjalistów. Przyjmuje się, że koszt pompy ciepła dla budynku o powierzchni około 100 m2 to od 15 do 30 tysięcy w zależności od rozwiązania. Do tego należy doliczyć koszt instalacji i akcesoriów do pomp ciepła.

O kosztach montażu pomp ciepła napisaliśmy oddzielny artykuł. Zachęcamy do zapoznania się.

Ile możesz zyskać, montując pompy ciepła?

Pompa ciepła to wygodne i ekologiczne źródło ogrzewania. Jednak dla inwestorów nie to jest najważniejsze. Liczy się to, ile kosztuje powietrzna pompa ciepła i jaka jest szansa szybkiego zwrotu inwestycji. Oczywiście pompa ciepła pobiera energię elektryczną. Jest ona jednak wykorzystywana tylko do działania sprężarki, wentylatora i wymuszania ruchu czynników chłodniczych.

Przy wydajnych pompach ciepła z 1 kWh energii elektrycznej jesteśmy w stanie osiągnąć około 4 kWh ciepła. Ponadto potrzebną energię elektryczną możemy wyprodukować we własnej instalacji fotowoltaicznej, jeszcze bardziej uniezależniając się od zmiennych cen paliw.

Pompy ciepła powietrze-woda to nowoczesne urządzenia grzewcze. Choć są kosztowne na etapie inwestycji, dadzą spokój i komfort przynajmniej przez kilkanaście lat.

Najczęściej zadawane pytania - FAQ

Czy pompa ciepła powietrze-woda się opłaca?
Tak, pomimo tego, że początkowa inwestycja, montaż mogą być kosztowne. Z czasem jednak ich cena się zwraca, a koszt samej energii jest niewielki.

Jaka jest żywotność pompy ciepła powietrze-woda?
Żywotność pomp ciepła powietrze-woda zwykle wynosi 15-20 lat.

Jak przedłużyć żywotność pompy ciepła powietrze-woda?
Należy zadbać przede wszystkim o sprężarkę pompy ciepła. Trzeba także robić regularne przeglądy urządzenia zgodnie z zaleceniami producenta.

Redakcja Strefy Porad Specjaliści w dostarczaniu jakościowych treści technicznych. W swojej codziennej pracy skupiamy się na rzeczowym podejściu do tematu. Staramy się łączyć potrzeby klientów, szukających merytorycznych artykułów, a także dostarczać ciekawostek ze świata elektrotechniki tym, którzy lubią dowiedzieć się czegoś nowego.