Pompy ciepła
Pompa ciepła jest urządzeniem, które pobiera energię z tzw. dolnego źródła ciepła (może to być grunt, powietrze lub woda), gdzie temperatura jest niższa, a podnosi temperaturę pobranego ciepła z otoczenia do poziomu temperatury wymaganej dla celów grzewczych.
Mechanizm ten jest możliwy dzięki odpowiedniej budowie urządzenia. Niezamarzający czynnik roboczy (np. glikol) płynie w wężownicy i pobiera energię cieplną z gruntu, wody lub powietrza. Pobrane ciepło przekazuje z kolei czynnikowi niskowrzącemu, który podgrzany odparowuje, by zostać następnie sprężonym. Na wymienniku ciepła, zwanym skraplaczem gaz przekazuje energię do systemu instalacji centralnego ogrzewania budynku lub ciepłej wody użytkowej. W ten sposób do-chodzi do skroplenia czynnika, który musi jeszcze zredukować swe ciśnienie (na zaworze rozprężnym), by cykl się powtórzył. Pompa ciepła przypomina w pracy lodówkę, która też pobiera ciepło (od znajdujących się w niej produktów) i oddaje to ciepło na zewnątrz (tj. z tyłu lodówki).
Dolnymi źródłami dla pomp ciepła mogą być: grunt, wody powierzchniowe i trze atmosferyczne i wewnętrzne oraz ciepło odpadowe.
Pompa ciepła – obieg
Rodzaje systemów w układzie pompa ciepła – dolne źródło ciepła
Gruntowa instalacja pozioma
Energia cieplna jest akumulowana w około 10-metrowej warstwie gruntu. Przyjmuje się, że na tej głębokości temperatura jest równa średniorocznej temperaturze powietrza i wynosi dla na-szych warunków klimatycznych ok. 7–8°C. Z uwagi na koszty inwestycyjne poziome wymienniki gruntowe układa się na głębokości 1–2 m. Wartości odchyleń temperatury od wartości średnio-rocznej zależą od właściwości fizycznych gleby. Ciepło gruntowe pobierane w okresach zimowych regeneruje się przede wszystkim w okresach cieplejszych, tj. wiosną i latem. Regeneracja gruntu następuje przede wszystkim dzięki promieniowaniu słonecznemu oraz opadom atmosferycznym, co zapewnia, że grunt zakumuluje znowu ciepło na następny sezon grzewczy.
Ciepło gruntu można odebrać stosując instalację rurową z krążącym w obiegu zamkniętym glikolem lub solanką. Aby uniknąć dużych dobowych wahań temperatury i wychładzania gleby zimą, kolektor układa się na głębokości ok. 2 m, gdzie w naszym klimacie temperatura nie spada poniżej 5°C. Wadą jest konieczność dysponowania dużą powierzchnią. Aby uzyskać 1 kW energii należy odebrać ciepło z powierzchni 25–50 m2 gruntu.
Gruntowa instalacja pionowa
W przypadku tego systemu instalację glikolową lub solankową o śr. 40 mm montuje się pionowo w gruncie na głębokości nieprzekraczającej 100 m. Sposób działania jest zbliżony do kolekto-rów poziomych. Zgromadzone w dolnych partiach gruntu oraz w wodach podziemnych ciepło charakteryzuje się małymi zmianami temperatur w ciągu roku i dla warunków klimatycznych Polski wynosi przeważnie 5–12°C. Tego typu dolne źródła ciepła nie wymagają działek o dużej powierzchni, a po wykonaniu odwiertów obszar wymagający rekultywacji jest stosunkowo mały w porównaniu do instalacji opartych na kolektorach poziomych. Podstawową ich wadą jest wysoki koszt wykonania odwiertów.
Wody powierzchniowe
Wykorzystać energię takiego źródła można dwoma sposobami. Po pierwsze układając kolektor glikolowy lub solankowy na dnie niezamarzającego zbiornika i tak jak przy poprzednich instalacjach poprzez wymiennik przekazać ją do pompy ciepła. W zbiornikach zamarzających kolektor układa się poniżej granicy zamarzania, lub bezpośrednio pompuje wodę przez wymiennik z po-minięciem instalacji pośredniej.
Wadą wód powierzchniowych jako dolnego źródła są problemy z poborem energii w okresach niskich temperatur oraz przy minimalnych przepływach, a także występowanie oblodzenia. Z uwagi na zanieczyszczenie wód powierzchniowych z reguły wymagane jest stosowanie wymienników pośrednich i odpowiednich układów filtrujących, a to zmniejsza efektywność energetyczną pomp ciepła i podnosi koszty inwestycyjne.
Powietrze
Powietrzne pompy ciepła są coraz bardziej popularne w naszym kraju. Pompa ciepła pracuje efektywnie przy temperaturze powietrza do -5°C. Jest to zdecydowanie jedno z najtańszych źródeł dolnych. Wśród powietrznych pomp ciepła wyróżniamy urządzenia typu monoblok (jednolity układ grzewczy) i urządzenia typu split (rozdzielony układ grzewczy).
Pompa ciepła typu monoblok to urządzenie, którego wszystkie elementy składowe (skraplacz, parownik, sprężarka, zawór rozprężny oraz pompa obiegowa czynnika grzewczego) są umieszczone we wspólnej obudowie. Pompa może zostać zamontowana na zewnątrz budynku (tak dzieje się najczęściej) lub w środku. W przypadku pierwszego rozwiązania dwie rury, w których cyrkuluje woda grzewcza, łączą instalację ogrzewania pomieszczeń z pompą, gdzie następuje podgrzanie wody. Przy umieszczaniu pompy na zewnątrz budynku należy pamiętać, aby wy-brać ścianę oddaloną od sypialni, bowiem hałas generowany przez urządzenie może utrudniać zasypianie. Pompę wewnętrzną również należy zamontować w piwnicy lub dobrze wyciszonej wnęce, niemniej jednak konstrukcja tej odmiany pracuje nieco ciszej.
Pompa typu split podzielona jest na dwie jednostki: jedną instaluje się na zewnątrz budynku (pobiera ciepło z powietrza), a drugą we wnętrzu (przekazuje ciepło do instalacji grzewczej). W tym przypadku oba urządzenia również połączone są systemem rur.