Pompa ciepła a klimatyzacja domu

W pompie ciepła zachodzi proces podnoszenia potencjału cieplnego czyli proces pobierania ciepła ze źródła o temperaturze niższej To i przekazywania go do źródła o temperaturze wyższej Tg, czyli pompa to urządzenie, które przekształca wykonaną na jego korzyść prace w ciepło, przy czym stosunek skutku działania urządzenia do napędu, który trzeba ponieść doprowadzając energię napędową jest, zgodnie z prawem zachowania energii, zawsze większy lub w granicy równej jedności.

Podstawowa zadanie pompy ciepła to transport ciepła ze źródła dolnego o niższej temperaturze do górnego źródła o temperaturze wyższej. Są to energooszczędne urządzenia grzewczo-chłodzące do zastosowania w budownictwie mieszkaniowym. Wydobywają energię cieplną z powietrza (wówczas nazywane są pompami powietrze/powietrze lub powietrze/woda), lub z gruntu (pompy ciepła gruntowe), a następnie „przepompowują” ją do pomieszczenia. Obieg pompy ciepła jest w pełni odwracalny, dzięki czemu mogą one być stosowane zarówno dla ogrzewania i chłodzenia.

Ze względu na rodzaj nośnika ciepła nisko - wysokotemperaturowego rozróżnia się następujące systemy pomp ciepła:

woda - woda (W/W)
woda powietrze (W/A)
powietrze - woda (A/W)
powietrze- powietrze (A/A).

Jest to klasyfikacja uproszczona, bo określenie „woda” oznacza dowolny ciekły nośnik ciepła np. wodny roztwór glikolu pośredniczący w wymianie ciepła między gruntowym wymiennikiem ciepła, a czynnikiem roboczym wrzącym w parowaczu. To samo występuje w przypadku określenia „powietrze” które może oznaczać gaz, opary, gazy odlotowe, spaliny. Szczegóły dotyczące pomp ciepła zawarte są w normie: PN-EN 14511-1:2004 [2].Transfer energii w pompach ciepła następuje poprzez czynnik chłodniczy, który krąży przez dwa wymienniki ciepła w cyklu parowania i kondensacji. Podczas tego cyklu ciepło jest przekazywane z powierzchni wewnętrznej na zewnątrz w trybie chłodzenia, przez co następuje chłodzenie danego obszaru. Podobnie, ciepło może być pompowane z powietrza zewnętrznego do pomieszczenia i może być następnie wykorzystywane do chłodzenia.

Pompy ciepła a klimatyzacja

Jednym z najnowszych rozwiązań służących zapewnieniu komfortu cieplnego w pomieszczeniach, w których przebywają ludzie jest zastosowanie pomp ciepła. Są to oczywiście póki co rozwiązania drogie, ale należy zaznaczyć, że można skorzystać z dofinansowania czy też korzystać z niższych taryf do zasilania pompy ciepła energią elektryczną. Na wysoką cenę wpływa także całkowita długość gruntowego wymiennika. Pompy ciepła, których zadaniem jest klimatyzowanie pomieszczeń mieszkalnych pracują w tzw. odwróconym schemacie, czyli „wyciągają” ciepło z budynku i przekazują je do gruntu. Taki system może być zbudowany w kilku wariantach. W pierwszym systemie mamy zamknięty obieg rur, w których płynie niezamarzająca mieszkanka glikolu i wody. Temperatura zamarzania tej mieszkanki to – 25°C, natomiast pompa ciepła działa w temperaturze w przedziale od -5÷10°C. Pompa ciepła zawiera układ freonowy, który odbiera ciepło. Urządzenie to jako klimatyzator działa na zasadzie systemu wody lodowej, czyli ochłodzonej do temperatury od 0 do + 5°C, którą następnie transportuje się do grzejników, instalacji ogrzewania podłogowego lub urządzeń działających z wentylatorem, czego skutkiem jest obniżenie temperatury wewnątrz pomieszczeń. Zazwyczaj w praktyce systemy klimatyzacyjne nie potrzebują wody, lecz czynnikiem przenoszącym energię jest techniczny gaz chłodniczy.

Wykorzystanie pomp ciepła przy ogrzewaniu podłogowym

Udział pomp ciepła w instalacjach ogrzewania podłogowego będzie wzrastał. Decydują o tym powszechny dostęp do energii zasilającej te urządzenia oraz energii, którą czerpią one z powietrza gruntu i wód, a także ciepła odpadowego, poza tym coraz lepsze perspektywy wynikają z faktu iż z uwagi na spadek cen gazu ziemnego, co przekłada się na wzrost rozwoju rynku gazowych pomp ciepła. Zatem w okresie letnim gdy temperatura na zewnątrz wyniku intensywności promieniowania słonecznego wzrasta, a w domu mamy instalację ogrzewania podłogowego, możemy wykorzystać ten system jako instalację chłodzącą. Wodę lodową niezbędną do chłodzenia możemy otrzymać na wiele sposobów, najczęściej w klasycznych rozwiązaniach otrzymujemy ją za pomocą maszyny chłodzącej w specjalnym zbiorniku, dobrze zaizolowanym, a stamtąd jest ona rozprowadzana przez rury instalacji grzewczo - chłodzącej ułożonej w warstwach podłogi. Natomiast w przypadku zastosowania pomp ciepła, mamy do czynienia z tzw. odwróconym obiegiem. Zaletą takiego rozwiązania jest to iż z samego źródła można uzyskać zarówno czynnik chłodzący jak i czynnik grzewczy.

Można także użyć, o ile jest to możliwe zimnej wody źródlanej oraz kolektorów z rur umieszczonych w ziemi. Instalacje chłodzenia podłogowego wykonuje się tak samo jak instalacje grzewcze, z tą różnicą iż instalacja grzewczo – chłodząca musi być dodatkowo wyposażona w źródło wody lodowej, po to aby podczas chłodzenia i grzania można było używać tego samego systemu regulacji. Temperatura wody krążącej w wężownicach nie może być niższa od pewnej ustalonej temperatury granicznej, przy której na powierzchni podłogi zaczęłaby się wykraplać woda, dlatego też mierzy się temperaturę i wilgotność w pomieszczeniu i sprawdza się regulację do sterowania temperaturą wody chłodzącej. Najbardziej miarodajna temperatura jest jednak minimalna temperatura powierzchni podłogi, która nie powinna być niższa niż 18-20°C. Należy pamiętać iż nie powinno się uruchamiać chłodzenia w łazienkach z uwagi na podwyższoną wilgotność . W kotłowni zaleca się zamontować dwa zbiorniki z wodą, jeden z dla potrzeb c.w.u, a drugi do chłodzenia. Najlepiej rozprowadzić chłód po budynku istniejącymi rurociągami c.o. a w pokojach, salonie, gabinecie najlepiej zamontować klimakonwektory – 2 rurowe, aby zwiększyć efektywność procesu zamiast tradycyjnych grzejników. Urządzenia te wyposażone są w wentylatory, dzięki czemu temperatura obniżana jest znacznie szybciej. W okresie letnim na rozdzielaczach odcinamy grzejniki. Układ chłodzenia powinien mieć swoją pompę. Można też zastosować chłodzenie pasywne na zwykłych grzejnikach. W przypadku ogrzewania podłogowego, chodzenie po zimnej podłodze może nie być zbyt przyjemne, o czym z też należy pamiętać. Optymalnym rozwiązaniem w takim układzie jest zastosowanie chłodzenia sufitowego. Ciepłe powietrze unosi się, przez co proces jego schładzania przebiega znacznie sprawniej niż w przypadku standardowej „podłogówki”. Ciepło pochłaniane w trakcie procesu chłodzenia trafia z powrotem do źródła dolnego co usprawnia jego regenerację po okresie zimowym.

Chłodzenie pasywne można stosować przy pompach woda-woda lub woda-solanka. Nie wykorzystuje się w tym celu pomp typu woda-powietrze, ponieważ temperatura zewnętrzna w sezonie letnim jest zbyt wysoka. Do chłodzenia pasywnego dobrym rozwiązaniem jest zastosowanie tzw. sond geotermalnych, które gwarantujące niezwykle stabilne źródło chłodzenia. Urządzenia te umieszcza się głęboko w ziemi, gdzie temperatura utrzymuje się na stałym poziomie. System jest układem zamkniętym, dlatego wystarcza włączyć go zaledwie kilka razy w roku. Jeszcze inną alternatywą jest chłodzenie aktywne, którego efektywność jest wyższa od chłodzenia pasywnego, gdyż do działania wykorzystuje się prace sprężarki. Wadą tego rozwiązania jest większe zapotrzebowanie na energię eklektyczną, z uwagi na konieczność zastosowania tego urządzenia. Ten system wykorzystuje prostą zasadę, którą znamy w przypadku lodówki, czyli aby pompa zaczęła chłodzić wystarcza odwrócić jej obieg. Tego typu urządzenia do pracy wykorzystują kompresor i specjalny zawór czterodrogowy. Zmieniając jego pozycję, odwraca się obieg pompy, co powoduje, że skraplacz i parownik zamieniają się funkcjami. Pozostała część procesu odbywa się w sposób analogiczny do metody pasywnej, jednak dzięki sprężarce wydajność jest znacznie większa. W trakcie schładzania powstaje dodatkowo tzw. ciepło odpadowe, które można wykorzystać do podgrzewania w lecie np. basenów ogrodowych.

Opracowanie redakcja.

Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą redakcji.

Foto: Daikin