Pompa ciepła zasada działania

Dobór pompy ciepła

Kotły gazowe, kotły olejowe oraz piece węglowe wytwarzają ciepło poprzez spalanie paliwa i przekształcają energię chemiczną zawartej w paliwie w ciepło. Pompy ciepła wykorzystują natomiast obieg czynnika chłodniczego w celu podniesienia temperatury czynnika (zwykle poniżej 25 °C) do wyższej temperatury (zwykle 35 – 75 °C). Do podniesienia temperatury czynnika pompa ciepła wykorzystuje zasadę, że zmiana ciśnienia gazu powoduje zmianę jego temperatury. Sprężanie gazu powoduje wzrost jego temperatury, a rozprężanie gazu powoduje obniżenie jego temperatury. Pompa ciepła dodatkowo wykorzystuje zasadę absorpcji ciepła utajonego. Podczas odparowania cieczy do stanu gazowego wymagana jest absorpcja energii i odwrotnie, skraplając gaz do cieczy uwalniana jest energia.

Pompa ciepła składa się z trzech połączonych ze sobą systemów:
-> Źródło (powietrze, grunt lub woda), z którego pobierane jest ciepło,
-> Pompa ciepła (sprężarka z zaworem rozprężnym) – sprężarka pobiera ciepło ze źródła i podnosi ciepło do wyższej temperatury, natomiast zawór rozprężny obniża ciśnienie w układzie powrotnym,
-> System dystrybucji ciepła, który doprowadza ciepło do punktów poboru.

Wydajność systemu pompy ciepła zależy od czterech temperatur, w tym na wejściu i powrocie w źródle ciepła (T1, T2) oraz temperatura zasilania i powrotu w systemie dystrybucji ciepła (T3, T4). Jeśli te temperatury pozostają w wymaganym zakresie, pompa ciepła z dużym prawdopodobieństwem osiągnie sezonowy współczynnik wydajności (SPF).
Wymagania dotyczące projektowania, dostawy i instalacji systemów pomp ciepła obejmują utrzymywanie tych czterech temperatur w dopuszczalnych granicach i mają wpływ na osiągnie sprawności pompy ciepła.

Moc obliczeniowa budynku

Pompy ciepła opisują następujące podstawowe parametry:
-> Punkt biwalentny jest to minimalna temperatura zewnętrzna, przy której pompa ciepła pokrywa całkowicie zapotrzebowanie na ciepło.
-> Współczynnik wydajności (COP) jest to stosunek mocy cieplnej do energii elektrycznej pobieranej w określonym zakresie temperatur roboczych dla zasilania i powrotu w systemie źródła ciepła oraz zasilania i powrotu w instalacji grzewczej. Wszystkie te temperatury zdefiniowane są w normie EN1411. W praktyce wszystkie cztery temperatury zmieniają się w ciągu roku, dlatego też w realnym systemie wydajność pompy ciepła stale się zmienia.
-> Współczynnik wydajności sezonowej (SPF) jest to stosunek ilości ciepła dostarczonego w kWh w ciągu jednego pełnego roku do ilości energii elektrycznej zużytej w tym okresie. Można tą wartość określić dopiero po pełnym roku eksploatacji.
-> Sezonowy współczynnik wydajności (SCOP) jest oszacowaniem wartości SPF zgodnie z normą EN14825, biorąc pod uwagę różne okoliczności podczas całego roku działalności.

Poniższy kalkulator pozwala na wstępny dobór parametrów pracy pomocy ciepła, wykorzystywanej do celów ogrzewczych budynku oraz do podgrzewania wody:

Aby prawidłowo dobrać pompę ciepła należy określić standard wykonania budynku, czyli ilość energii niezbędnej do ogrzania budynku w ciągu roku kalendarzowego (wartość podana w kWh/m2 powierzchni użytkowej budynku). Szacunkowo wartość tą można przeliczyć korzystając z kalkulatora zamieszczonego na stronie: Standardy energetyczne budynków

Porównując wykres mocy obliczeniowej budynku z wykresami mocy pomp ciepła możemy dobrać odpowiednią pompę ciepła (punkt biwalentny systemu grzewczego z wykorzystaniem pompy ciepła nie może być zbyt wysoki, bo wtedy sprawność takiego układu będzie znacząco spadała). W takim przypadku użytkownik systemu grzewczego wykorzystującego pompę ciepła będzie zmuszony do dogrzewania budynku dodatkowymi systemami grzewczymi (grzałki elektryczne, ogrzewanie gazowe lub węglowe).

Na rynku szczególnie ciekawym rozwiązaniem są inwerterowe pompy ciepła, które mogą zmniejszać moc wyjściową w celu dopasowania do zapotrzebowania na energię. Istotnym elementem przy projektowaniu systemów pomp ciepła jest prawidłowe dobranie minimalnego buforu energii (magazynu energii). Czasami do optymalnego zaprojektowania systemu grzewczego może być wymagana większa pojemność bufora.

Moc wyjściowa pompy ciepła (w kWth) jest często mniejsza, gdy temperatura źródła jest niższa. W przypadku powietrznych pomp ciepła spada jej moc wraz ze spadkiem temperatury powietrza zewnętrznego i wzrostem obciążenia cieplnego budynku (temperatura w gruncie rzadko spada poniżej wartości 0 °C, w szczególności na głębokości większej niż odpowiadającej punktowi przemarzania ). Dlatego gruntowe pompy ciepła mogą osiągać zdecydowanie wyższe sprawności i tym samym szczególnie dobrze sprawdzają się w przypadku dużego zapotrzebowania na energię.