Zastanawiasz się, jaka wysoka technologia zamknięta jest w obudowie pompy ciepła? Zaskoczymy Cię: chociaż współczesne urządzenia wykorzystują szereg innowacyjnych materiałów i precyzyjnie zaprojektowanych komponentów, ich prototypy zostały skonstruowane jeszcze w XIX wieku. Wykorzystywano je w Austrii do suszenia soli na słonych bagnach. Co zmieniło się od tego czasu? Jak zbudowana jest współczesna pompa ciepła? Przekonaj się.
Nie taka pompa ciepła skomplikowana, jak ją opisują?
Około 170 lat temu Lord Kelvin opisał teorię leżącą u podstaw pompy ciepła. Zaledwie cztery lata później, w 1856 r. Peter von Rittinger od teorii przeszedł do czynu i zbudował pierwszą pompę ciepła. Inspiracją były eksperymenty nad wykorzystaniem przemiany fazowej (ciepła utajonego) do odparowywania solanki. I chociaż jego urządzenie miało ogromne rozmiary i wykorzystywało m.in. koło wodne do napędzania sprężarki, to zasada działania była podobna do współczesnych pomp ciepła.
Solanka była podawana do naczynia składającego się z dwóch komór. Górna część — zimniejsza — zawierała solankę zmieszaną z parą wodną o niskiej temperaturze i pod niskim ciśnieniem. Dolna część była oddzielona metalową płytą o wysokiej przewodności cieplnej. Proces rozpoczynał się, gdy wnęki wypełniły się parą podgrzaną na początku do 100°C. Zwiększając ciśnienie w dolnej wnęce, gorąca para skraplała się pod sufitem, uwalniając ciepło dostępne w górnej komorze. Celem było ogrzanie zimniejszej, zastanej „na wejściu” pary. Powodowało to wytrącanie się soli w górnej komorze, skąd była regularnie zbierana.
Chociaż zasadniczą funkcją tego urządzenia nie było ogrzewanie pomieszczeń, jak pokazała historia — główny elementem tego systemu, czyli proces przenoszenia energii cieplnej przy wykorzystaniu cyklu termodynamicznego i przy użyciu parownika, skraplacza czy sprężarki — pozostał ten sam.
Jak zbudowana jest pompa ciepła?
Budowa pompy ciepła ma umożliwiać transfer ciepła z otoczenia (dolnego źródła ciepła, którym jest powietrze, woda lub grunt) do wnętrza budynku (górnego źródła ciepła, czyli grzejników lub podłogówki). Gdyby szukać analogii do tego procesu wśród innych urządzeń, na myśl przychodzi lodówka. W niej również dochodzi do wymiany ciepła tyle, że w drugą stronę — z wnętrza na zewnątrz. Wracając do pompy ciepła, aby mogło dojść do przeniesienia energii cieplnej, potrzebne są następujące komponenty:
Parownik. Tutaj wszystko się zaczyna
W parowniku ciepło z otoczenia jest absorbowane przez czynnik chłodniczy. W przypadku pomp ciepła Immergas jest to R32 — wydajny i ekologiczny difluorometan. Czynnik chłodniczy przed odbiorem ciepła z dolnego źródła ma stan skupienia gazowy. Ma też bardzo niską temperaturę wrzenia. Dla czynnika R32 wynosi ona -51,7°C. Dlatego, nawet jeśli na zewnątrz panuje mróz, czynnik chłodniczy potrafi z tak zimnego powietrza pozyskać ciepło. Wówczas zaczyna parować. Dochodzi więc do przemiany fazowej, analogicznie jak w wynalazku Petera von Rittingera.
Sprężarka. Serce pompy ciepła
Odparowany czynnik chłodniczy trafia do sprężarki. Temperatura i ciśnienie się zwiększają. Proces sprężania powoduje, że czynnik staje się gorącą, wysokociśnieniową parą. Współczesne sprężarki pracują napędzane energią elektryczną, a nie kołem wodnym. Ponadto są wykonane z materiałów najwyższej jakości (np. wysokogatunkowej stali pokrytej powłoką PVD), aby ich żywotność była jak najdłuższa
O sprężarce często mówi się, że to serce pompy ciepła. Miano to zyskała nie bez powodu — bez sprawnie działającej sprężarki, cykl termodynamiczny pompy nie może funkcjonować, a ciepło nie jest efektywnie przenoszone. Jej wydajność w sprężaniu czynnika chłodniczego ma zasadnicze znaczenie dla efektywności energetycznej całego systemu.
Skraplacz. Miejsce wymiany energii
W skraplaczu czynnik chłodniczy pod postacią gorącej pary uwalnia zgromadzoną energię cieplną i przechodzi w stan ciekły. To tutaj dochodzi do wymiany ciepła między gorącym czynnikiem chłodniczym a wodą z instalacji w budynku. Stąd podgrzana woda przekazywana jest do górnego źródła ciepła: kaloryferów, ogrzewania podłogowego albo klimakonwektorów. Powstałe ciepło jest też wykorzystywane do przygotowywania ciepłej wody użytkowej.
Zawór rozprężny pomaga spuścić ciśnienie
Co dzieje się z czynnikiem chłodniczym, który oddał ciepło w skraplaczu i ma postać cieczy pod wysokim ciśnieniem? Trafia na zawór rozprężny, gdzie jego ciśnienie i temperatura maleją. Proces ten przygotowuje czynnik do ponownego odparowania w parowniku. Tym samym cykl zamyka się i zaczyna się kolejny.
Monoblok i split. Czy dwa rodzaje pomp ciepła różnią się budową?
I tak, i nie. Jeśli przyjrzymy się elementom, odpowiadającym za działanie pompy ciepła, są one takie same w obu urządzeniach. Różnica polega na tym, że w monobloku układ hydrauliczny i układ chłodniczy zamknięte są w jednej obudowie, w splicie natomiast są podzielone na dwie jednostki. Tym samym układ chłodniczy zawierający parownik, zawór rozprężny i sprężarkę jest na zewnątrz, a hydrauliczny — z pompą obiegową, wymiennikiem płytowym oraz naczyniem przeponowe — wewnątrz domu.
Taka budowa wymusza też stworzenie połączenia pomiędzy jednostkami, aby mógł między nimi przepływać czynnik chłodniczy. Do jego montażu oraz napełnienia potrzeba wykwalifikowanego specjalisty posiadającego uprawnienia F-gazowe.
Co jeszcze wchodzi w skład instalacji pompy ciepła?
W przypadku powietrznych pomp ciepła Immergas podstawowymi elementami układu są jednostka zewnętrzna i wewnętrzna (lub tylko zewnętrzna, gdy mowa o pompach typu monoblok). Jeśli mówimy o hybrydowej pompie ciepła Immergas, elementem systemu jest też kocioł gazowy kondensacyjny. Ponadto można do niego dodać:
- klimakonwektor, aby pompa ciepła pełniła funkcję klimatyzatora,
- zasobnik ciepłej wody użytkowej,
- zmiękczacz wody,
- termostaty i sterowniki,
- rozdzielacz strefowy.
