Pompy ciepła
Pompy ciepła, to urządzenia grzewcze lub grzewczo-chodzące, przekazujące energię ze źródła o niższej temperaturze do źródła o wyższej temperaturze. W zależności od ośrodka, z którego czerpana jest energia (dolnego źródła ) wyróżnić można powietrzne, gruntowe oraz wodne pompy ciepła. W zależności od przeznaczenia urządzenia, czy pompa ma za zadanie tylko grzać czy również chłodzić, dostępne są pompy ciepła grzewcze (do pokrycia zapotrzebowanie na c.w.u. i ogrzewanie), grzewczo- chłodzące (do pokrycia zapotrzebowania na c.w.u. ogrzewanie i chłodzenie) oraz tylko do przygotowywania ciepłej wody użytkowej.
Podstawowym kryterium podziału pomp ciepła jest rodzaj dolnego źródła.
GRUNT JAKO DOLNE ŹRÓDŁO
Gruntowe pompy ciepła to urządzenia czerpiące energię z gruntu o niskiej temperaturze – ciepło pochodzi z płytkich warstw skorupy ziemskiej. Urządzenie posiada dwa obiegi grzewcze: dolny, za pomocą którego ciepło pobierane jest z ziemi oraz górny, rozprowadzający ciepło w obiekcie. Ciepło odzyskane za pomocą dolnego źródła trafia na parownik, w którym czynnik robocze wrze, jego para przechodzi przez sprężarkę podnosząc tym samym ciśnienie i temperaturę, po czym trafia do skraplacza. W skraplaczu para czynnika skrapla się, oddając energię do czynnika grzewczego rozprowadzającego energię w obiekcie. Poprzez zawór rozprężny czynnik roboczy wraca do parownika. Ciepło uzyskane dzięki pompie ciepła może być spożytkowane do pokrycia zapotrzebowania energetycznego obiektu lub przekazane na podgrzanie ciepłej wody użytkowej.
Grunt jest bardzo dobrym akumulatorem ciepła i na głębokości poniżej 1,5 m utrzymuje korzystne warunki temperaturowe. Energia cieplna może być odbierana z gruntu w dwojaki sposób: za pośrednictwem wymiennika poziomego lub sond pionowych.
Poziomy wymiennik ciepła to system rur z tworzywa sztucznego rozłożonych poniżej granicy przemarzania gruntu (średnio od 1,5 do 1,7 m), w których płynie solanka – mieszanina wody i cieczy niezamarzającej, najczęściej glikolu. W przypadku kolektora poziomego wykorzystujemy ciepło atmosferyczne pozyskane przez grunt dzięki promieniowaniu słonecznemu oraz opadom deszczu, dlatego teren nad kolektorem nie powinien być porośnięty bujną roślinnością ani w jakikolwiek sposób zabudowany.
Pionowy wymiennik ciepła (sondy pionowe) – system odwiertów z wprowadzonymi wewnątrz prefabrykowanymi sondami z tworzywa sztucznego w postaci podwójnej lub pojedynczej U-rurki. W porównaniu do wymiennika poziomego – system odwiertów wymaga zdecydowanie mniejszej powierzchni, jest również bardziej wydajny lecz droższy na etapie realizacji inwestycji. Ilość i głębokość odwiertu zależy od budowy geologicznej w miejscu instalacji oraz od zastosowanej sondy.
W przypadku wykorzystania ciepła z gruntu zarówno przy kolektorach poziomych, jak i przy sondach pionowych stosujemy takie same pompy ciepła, nazywane glikolowymi lub po prostu glikol/woda. Często zwyczajowo nazywa się je solankowymi pompami ciepła lub pompami solanka/woda.
POWIETRZE JAKO DOLNE ŹRÓDŁO
Powietrzne pompy ciepła, inaczej pompy ciepła powietrze-woda działają na tej samej zasadzie co pompy ciepła gruntowe, z tą różnicą, że pobierają ciepło z powietrza, czyli z otoczenia (w domu lub na zewnątrz domu). Powietrze ogrzewane przez słońce będzie zawierało energię cieplną, także w temperaturach ujemnych. W dziedzinie powietrznych pomp ciepła wyróżniamy urządzenia pracujące na powietrzu zewnętrznym, lub na powietrzu wewnętrznym.
Pompy ciepła powietrze-woda typu split składają się z dwóch zasadniczych modułów: wewnętrznego – umieszczonego w budynku oraz zewnętrznego, który jest umieszczony w dowolnym miejscu na zewnątrz. Moduły te są połączone dwoma przewodami rurowymi. Jednostka zewnętrzna jest połączona z jednostką wewnętrzną przewodami z czynnikiem chłodniczym (R410A). Ciepło odbierane w parowniku podnosi temperaturę czynnika chłodniczego, który poprzez zawór kierowany jest do sprężarki. Czynnik chłodniczy o podwyższonej temperaturze i ciśnieniu oddaje ciepło w skraplaczu i poprzez elektroniczny zawór rozprężny powraca do parownika. Woda grzewcza odbiera ciepło ze skraplacza i w razie potrzeby jest dogrzewana w przepływowym podgrzewaniu elektrycznym. Pompa obiegowa kieruje wodę grzewczą poprzez zawór rozdzielający do instalacji grzewczej budynku (CO) lub na wężownicę podgrzewacza wody użytkowej (CWU).
Pompy ciepła powietrze-woda typu monoblok to urządzenia, których jednostka zewnętrzna zawiera wszystkie elementy pompy ciepła (MONOBLOK). Pomiędzy pompą ciepła, a systemem grzewczym budynku stosowany jest czynnik niezamarzający i dodatkowy wymiennik ciepła (przed wodą grzewczą w systemie grzewczym), albo należy zapewnić pełną ochronę przed możliwością zamarzania wody grzewczej na odcinku budynek-pompa ciepła (w razie awarii, braku zasilania elektrycznego). Ciepło odbierane w parowniku podnosi temperaturę czynnika chłodniczego, który poprzez zawór kierowany jest do sprężarki. Czynnik chłodniczy o podwyższonej temperaturze i ciśnieniu oddaje ciepło w skraplaczu i poprzez elektroniczny zawór rozprężny powraca do parownika. Woda grzewcza odbiera z czynnika chłodniczego ciepło w skraplaczu. Pompa obiegowa kieruje wodę grzewczą do instalacji grzewczej budynku (CO) lub na wężownicę podgrzewacza wody użytkowej (CWU), w zależności od zastosowanego schematu układu CO/CWU w budynku.
Każda z omówionych powyżej pomp jest kompletnym urządzeniem grzewczym, które może zapewnić zarówno centralne ogrzewanie, jak i podgrzew ciepłej wody użytkowej. Bez względu na dolne źródło pompy większości producentów mogą też pracować w obiegu odwróconym, zapewniając chłodzenie latem.
POMPY CIEPŁA DO C.W.U.
Odrębną grupą są pompy powietrzne przeznaczone tylko do podgrzewu c.w.u. Są to urządzenia, gdzie w jednej obudowie znajduje się cały układ pompy ciepła, pod którym zabudowany jest zasobnik na ciepłą wodę. Mamy tu więc parownik, sprężarkę oraz zawór rozprężny. Pod nimi znajduję się zbiornik c.w.u. z nawiniętym skraplaczem pompy ciepła. Urządzenia te przeznaczone są do ustawienia w pomieszczeniach, z których mogą czerpać ciepło, np. piwnice, suszarnia, garaże.