Systherm: Jak działa pompa ciepła?

Przekazanie energii cieplnej ze źródła dolnego o niższej temperaturze do źródła górnego o temperaturze wyższej, jest możliwe gdy do układu doprowadzona zostanie energia z zewnątrz. Pompy ciepła mogą być napędzane energią elektryczną lub energią cieplną. Na skutek doprowadzenia energii, zachodzi proces pobierania ciepła Q0 praktycznie bezużytecznego, ze źródła dolnego o niższej temperaturze T₀ i przekazania go jako ciepła użytkowego Qg do źródła górnego o wyższej temperaturze T_g. Pompa ciepła przekształca wykonaną na jej korzyść pracę L (energię napędową) w ciepło. Proces ten przedstawia poniższy rysunek.

Stosunek skutku działania pompy ciepła (Q_g) do nakładu w postaci doprowadzonej energii napędowej (L) nazywany jest współczynnikiem efektywności grzewczej COP (Coefficient of Performance). Pompa ciepła jest tym bardziej efektywna, im mniejsza jest różnica między temperaturą źródła dolnego i górnego.

RODZAJE DOLNYCH ŹRÓDEŁ CIEPŁA
I. Energia odnawialna:
a. Powietrze atmosferyczne,
b. Woda:

Wody powierzchniowe,
Wody gruntowe i głębinowe,
Wody geotermalne,
Woda wodociągowa,
Woda morska,

c. Grunt
d. Energia promieniowania słonecznego.

II. Energia odpadowa:
a. Gazy:

powietrze wentylacyjne,
gazy odlotowe,
para.

b. Ciecze:

woda odpadowa,
woda chłodnicza,
woda przenosząca ciepło z różnego rodzaju procesów technologicznych,
ścieki.

Powietrze atmosferyczne lub odpadowe z procesów technologicznych stanowi znakomite źródło energii dla pompy ciepła. Systemy grzewcze z pompami typu powietrze/woda nie wymagają pracochłonnych i kosztownych prac związanych z wykonaniem dolnego źródła ciepła.

Zakres pracy tych urządzeń w trybie monowalentnym ograniczony jest do temperatur zewnętrznych -25°C. Chociaż wydajność powietrznych pomp ciepła spada wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej to średnia temperatura w sezonie grzewczym (ponad 200 dni) jest dodatnia (zwłaszcza w zachodnio-północnej Polsce: Zachodniopomorskie, Lubuskie, Wielkopolskie), a liczba dni z temperaturą dodatnią przekracza 70%.

Wpływ temperatury zewnętrznej na temperaturę źródła dolnego