Jak działa powietrzna pompa ciepła? Zasada działania i praktyczne porady

Powietrzne pompy ciepła stają się coraz popularniejszym sposobem na ogrzewanie domu. Ich zaletą jest przede wszystkim niski koszt eksploatacji w porównaniu do tradycyjnych systemów grzewczych. Jak działają te urządzenia i jakie są ich wady oraz zalety? W niniejszym artykule postaram się przybliżyć zasadę działania powietrznej pompy ciepła oraz odpowiedzieć na najczęściej zadawane pytania na temat tych urządzeń.

Jak działa powietrzna pompa ciepła?

Powietrzna pompa ciepła pobiera ciepło z zewnętrznego powietrza i przekazuje je do instalacji centralnego ogrzewania oraz ciepłej wody użytkowej w budynku. Sercem pompy ciepła jest parownik znajdujący się na zewnątrz, który za pomocą czynnika roboczego (najczęściej jest to czynnik R410A) pobiera ciepło z otaczającego powietrza i przekazuje je do sprężarki.

Sprężarka spręża gazowy czynnik roboczy do wysokiego ciśnienia, powodując wzrost jego temperatury. Gorący gaz trafia następnie do skraplacza wewnątrz budynku, gdzie oddaje ciepło do systemu centralnego ogrzewania i ciepłej wody. Ochłodzony czynnik roboczy zamienia się ponownie w ciecz i wraca do parownika, by ponownie pobrać ciepło z zewnętrznego powietrza.

Cały proces jest zamknięty i cykliczny. Dzięki niemu pompa ciepła może dostarczać ciepło do ogrzewania budynku nawet przy niskich temperaturach zewnętrznych. Im niższa temperatura powietrza na zewnątrz, tym mniej efektywnie działa pompa ciepła.

Zasada działania powietrznej pompy ciepła

Zasada działania powietrznej pompy ciepła opiera się więc na obiegu termodynamicznym czynnika roboczego, który pozwala na przeniesienie ciepła z jednego źródła (zewnętrzne powietrze) do innego (woda grzewcza w instalacji). Cały proces nie wymaga dostarczania dodatkowej energii, poza tą zużywaną przez sprężarkę do sprężania czynnika.

Podstawowe elementy powietrznej pompy ciepła to:

• Parownik - pobiera ciepło z powietrza
• Sprężarka - spręża czynnik roboczy
• Skraplacz - oddaje ciepło do instalacji grzewczej
• Zawór rozprężny - obniża ciśnienie czynnika
• Czynnik roboczy - odbiera i przenosi ciepło (np. R410A)

Te podstawowe podzespoły tworzą zamknięty obieg termodynamiczny, który umożliwia ogrzewanie budynku. Sterowanie pracą sprężarki pozwala na regulację mocy grzewczej pompy ciepła.

Jakie są główne elementy powietrznej pompy ciepła?

Główne elementy powietrznej pompy ciepła to:

• Parownik - wymiennik ciepła umieszczony na zewnątrz, który pobiera ciepło z otaczającego powietrza i przekazuje je do czynnika roboczego. Ma postać radiatora lub baterii skrzydełkowych.
• Sprężarka - urządzenie sprężające parujący czynnik roboczy, dzięki czemu rośnie jego temperatura. Jest napędzana silnikiem elektrycznym.
• Skraplacz - wymiennik ciepła umieszczony wewnątrz budynku, który oddaje ciepło z gorącego czynnika roboczego do wody w systemie grzewczym.
• Zawór rozprężny - redukuje ciśnienie schłodzonego czynnika roboczego, aby mógł on ponownie parować w parowniku.
• Czynnik roboczy - odbiera ciepło w parowniku, a następnie oddaje je w skraplaczu. Najczęściej stosowany jest czynnik R410A.
• Sterowanie - kontroluje pracę sprężarki w zależności od zapotrzebowania na ciepło.

Jak pompa ciepła powietrzna pobiera ciepło z powietrza?

Pompa ciepła powietrzna pobiera ciepło z otaczającego ją powietrza za pomocą parownika. Jest to wymiennik ciepła, w którym zachodzi proces parowania czynnika roboczego. Parownik może mieć konstrukcję radiatora lub baterii skrzydełkowych. Im większa jest jego powierzchnia, tym więcej ciepła może pobrać z powietrza.

Czynnik roboczy znajdujący się w parowniku (najczęściej R410A) zmienia swój stan z cieczy w gaz, pobierając przy tym ciepło z otaczającego powietrza. Ogrzany w parowniku gazowy czynnik roboczy trafia następnie do sprężarki.

Sprawność parownika zależy więc od jego wielkości, konstrukcji oraz temperatury otoczenia. Im niższa temperatura powietrza, tym mniejsza wydajność parowania i mniejsze możliwości poboru ciepła. Dlatego powietrzne pompy ciepła tracą na efektywności w bardzo mroźne dni.

Jakie są zalety i wady powietrznych pomp ciepła?

Powietrzne pompy ciepła mają swoje zalety i wady. Do głównych zalet należą:

• Niskie koszty eksploatacji w porównaniu do tradycyjnych systemów grzewczych
• Prosta budowa i montaż
• Brak potrzeby wykonywania odwiertów lub czerpania ciepła z gruntu
• Możliwość chłodzenia latem (funkcja pompy ciepła odwrócona)
• Przyjazny środowisku system ogrzewania

Do głównych wad powietrznych pomp ciepła zaliczamy:

• Duże gabaryty jednostki zewnętrznej
• Hałaśliwa praca (szczególnie starszych modeli)
• Wysokie koszty inwestycyjne
• Spadek sprawności przy niskich temperaturach zewnętrznych

Ile kosztuje montaż i eksploatacja pompy ciepła powietrze-woda?

Koszt montażu pompy ciepła powietrze-woda waha się zazwyczaj od 25 000 do 45 000 zł w zależności od mocy urządzenia. Do tego należy doliczyć koszt dodatkowych materiałów, takich jak zbiornik cwu czy przyłącza hydrauliczne.

Roczne koszty eksploatacji powietrznej pompy ciepła to średnio ok. 2-3 tys. zł. Większość kosztów stanowi prąd zużywany przez sprężarkę. Jest to znaczna oszczędność w porównaniu do kotła gazowego czy olejowego.

Dokładne oszacowanie kosztów montażu i użytkowania pompy ciepła powinno być poprzedzone analizą zapotrzebowania na ciepło budynku.

Jakie temperatury osiąga powietrzna pompa ciepła?

Powietrzna pompa ciepła może ogrzać wodę w instalacji c.o. do temperatury ok. 55°C. Jest to wystarczające do zapewnienia komfortu cieplnego w domu przy standardowych grzejnikach.

Temperatura wody na zasilaniu układu może być regulowana w zależności od warunków zewnętrznych i zapotrzebowania na ciepło. Im niższa temperatura zewnętrzna, tym mniejsza wydajność pompy ciepła i niższe uzyskiwane temperatury.

Nowoczesne pompy ciepła powietrze-woda potrafią ogrzać wodę nawet do 65°C, choć wiąże się to ze spadkiem efektywności urządzenia.

Gdzie najlepiej zamontować powietrzną pompę ciepła?

Idealnym miejscem na montaż powietrznej pompy ciepła jest niezacieniony fragment ściany budynku, możliwie z dala od okien i drzwi, aby ograniczyć hałas. Należy zapewnić swobodny przepływ powietrza do jednostki zewnętrznej.

Parownik pompy ciepła powinien być zamontowany w miejscu osłoniętym od deszczu i śniegu, aby zapewnić optymalną pracę urządzenia przez cały rok. Nie należy montować go od strony północnej, gdzie jest najmniej nasłonecznione.

Jednostka zewnętrzna pompy ciepła wraz z parownikiem powinna znajdować się w odległości kilku metrów od budynku, aby zredukować przenoszenie hałasu i drgań. Im dalej od sypialni, tym lepiej dla komfortu domowników.

Podsumowanie

Powietrzne pompy ciepła to nowoczesny i ekologiczny sposób na ogrzewanie domu. Choć koszt ich montażu jest wysoki, to eksploatacja i użytkowanie pozwalają znacząco obniżyć rachunki za ogrzewanie w porównaniu do tradycyjnych kotłów. Pompy ciepła powietrze-woda optymalnie sprawdzają się w budynkach o niewielkim zapotrzebowaniu na ciepło. Ich niezaprzeczalną zaletą jest możliwość chłodzenia latem przy pomocy opcji odwróconego działania. Mimo kilku wad, coraz więcej osób decyduje się na montaż tego ekologicznego systemu grzewczego.