Pompa ciepła: jak działa i jakie są jej rodzaje?

Czego dowiesz się z tego artykułu?

• Jak pompa ciepła efektywnie wykorzystuje energię z otoczenia.
• Różnice między pompami ciepła powietrze-woda i gruntowymi solanka-woda.
• Jak działa pompa ciepła i jakie są jej podstawowe etapy.
• Dlaczego warto znać współczynniki efektywności COP i SCOP.
• Czym są pompy ciepła przeznaczone do ciepłej wody użytkowej.
• Jak technologia inwerterowa usprawnia pracę pomp ciepła.

DEFINICJA

Pompa ciepła (pot. „pompy cieplne”) to źródło ciepła wykorzystujące energię z otoczenia. W naszej klasyfikacji rozróżniamy m.in.:

• pompy ciepła powietrze–woda (pobierają energię z powietrza zewnętrznego i przekazują ją do instalacji wodnej),
• pompy ciepła solanka–woda (gruntowe), nazywane też brine-to-water (pobierają energię geotermalną z gruntu przez sondy pionowe lub kolektory poziome),
• pompy ciepła do ciepłej wody użytkowej (CWU) - urządzenia przeznaczone wyłącznie do przygotowania CWU, które mogą pracować niezależnie od głównego systemu grzewczego.

ZASADA DZIAŁANIA

Opisujemy zasadę działania pompy ciepła w ujęciu funkcjonalnym - jako przekazywanie energii z dolnego źródła do instalacji w budynku - oraz przez parametry efektywności, które stosujemy do jej oceny.

Krok po kroku (użytkowo/technicznie)

1. Pozyskanie energii z dolnego źródła

W zależności od typu pompy ciepła dolnym źródłem jest:

• powietrze zewnętrzne (pompa powietrze–woda),
• grunt poprzez sondy pionowe lub kolektory poziome (pompa gruntowa solanka–woda).

2. Przekazanie ciepła do instalacji w domu

Urządzenie przekazuje pozyskaną energię do systemu grzewczego budynku (instalacji wodnej).

3. Regulacja mocy do zapotrzebowania (w rozwiązaniach inwerterowych).

W naszej ofercie stosujemy technologię inwerterową, czyli płynną regulację prędkości sprężarki. W praktyce oznacza to dopasowanie mocy do aktualnego zapotrzebowania i ograniczenie pracy w cyklach „włącz/wyłącz”.

4. Ocena efektywności (COP i SCOP)

• COP (Coefficient of Performance) to stosunek dostarczonego ciepła do zużytej energii elektrycznej w konkretnym punkcie pracy (np. A7/W35).
• SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) to uśredniony COP dla całego sezonu grzewczego, uwzględniający zmienne warunki pogodowe w danej strefie klimatycznej; jest to wskaźnik bardziej miarodajny dla oceny sezonowej pracy niż COP punktowy.

ZASTOSOWANIE

W domu jednorodzinnym dobór rodzaju pompy ciepła wiążemy głównie z dostępnością dolnego źródła i wymaganiami instalacji:

• Pompa ciepła powietrze–woda. 

To rozwiązanie, w którym energia pobierana jest z powietrza zewnętrznego. W naszej ofercie wiele modeli występuje jako monoblok, czyli z hermetycznie zamkniętym układem chłodniczym w jednostce zewnętrznej, połączonej z budynkiem rurami wodnymi (nie chłodniczymi). Taka konstrukcja upraszcza montaż jednostki hermetycznej.

• Pompa ciepła gruntowa solanka–woda

Stosujemy ją tam, gdzie możliwe jest wykonanie dolnego źródła w gruncie (sondy pionowe lub kolektory poziome). Wskazywaną cechą jest stabilna wydajność niezależnie od temperatury zewnętrznej. Dodatkowo w gruntowych pompach ciepła możliwe jest     , wykorzystujące niską temperaturę gruntu do chłodzenia bez pracy sprężarki (pracują jedynie pompy obiegowe).

•  Pompa ciepła do CWU (sanitarna)

To wariant przeznaczony do przygotowania samej ciepłej wody użytkowej. Opisywany sposób pracy obejmuje m.in. wykorzystanie ciepła odpadowego z pomieszczeń technicznych (np. pralni, kotłowni) lub powietrza zewnętrznego, często z efektem osuszania pomieszczenia.

Wplecione słowa kluczowe (zgodnie z tematem): pompa ciepła, rodzaje pompy ciepła, jakie są pompy ciepła, współczynnik efektywności pompy ciepła, sterownik do pompy ciepła.    

Słownik pojęć

Brine-to-water (solanka–woda)

Rodzaj pompy ciepła, w którym energia pobierana jest z gruntu, a do jej transportu w dolnym źródle stosuje się obieg solanki (mieszaniny wody i środka przeciw zamarzaniu). Ciepło z solanki przekazywane jest w pompie ciepła do instalacji wodnej w budynku.

Chłodzenie pasywne (Passive Cooling)

Funkcja dostępna w gruntowych pompach ciepła, polegająca na wykorzystaniu niskiej temperatury gruntu do chłodzenia budynku. Odbywa się to przez wymiennik ciepła bez pracy sprężarki; pracują jedynie pompy obiegowe, które wymuszają przepływ w obiegu dolnego i górnego źródła.

COP (Coefficient of Performance)

Współczynnik wydajności określający stosunek ilości dostarczonego ciepła do zużytej energii elektrycznej w danym punkcie pracy. Parametr odnosi się do konkretnych warunków, np. A7/W35 (temperatura powietrza 7°C i temperatura wody 35°C), dlatego nie opisuje wprost pracy w całym sezonie.

CWU (ciepła woda użytkowa)

Woda podgrzewana na potrzeby bytowe, np. do kąpieli, mycia i prac kuchennych. W systemach z pompą ciepła przygotowanie CWU może odbywać się niezależnie od ogrzewania pomieszczeń, często z wykorzystaniem zasobnika i automatyki sterującej temperaturą oraz czasami pracy.

Dolne źródło ciepła

Źródło energii, z którego pompa ciepła pobiera ciepło do dalszego podniesienia jego parametrów i przekazania do instalacji w budynku. W praktyce dolnym źródłem może być m.in. powietrze zewnętrzne albo grunt (zrealizowany poprzez sondy pionowe lub kolektory poziome).

ISG (Internet Service Gateway)

Bramka internetowa łącząca pompę ciepła z siecią domową, wykorzystywana do zdalnego sterowania i podglądu parametrów pracy. Umożliwia także zdalną diagnostykę serwisową oraz integrację z instalacją fotowoltaiczną w celu zarządzania wykorzystaniem nadwyżek energii.

Monoblok

Typ konstrukcji pompy ciepła powietrze–woda, w którym cały układ chłodniczy znajduje się w jednostce zewnętrznej. Połączenie z budynkiem realizuje się rurami wodnymi (instalacją hydrauliczną), a nie przewodami chłodniczymi, co upraszcza montaż jednostki hermetycznej.

Pompa ciepła powietrze–woda

Pompa ciepła pobierająca energię z powietrza zewnętrznego i przekazująca ją do instalacji wodnej w budynku (np. ogrzewania). W zależności od wykonania może być montowana na zewnątrz lub wewnątrz, a jej parametry pracy zmieniają się wraz z temperaturą powietrza.

Pompa ciepła solanka–woda (gruntowa)

Pompa ciepła wykorzystująca energię geotermalną z gruntu, pobieraną za pomocą dolnego źródła w postaci sond pionowych lub kolektorów poziomych. Charakteryzuje się stabilną wydajnością niezależnie od temperatury zewnętrznej i może współpracować z funkcją chłodzenia pasywnego.

Pompa ciepła do CWU (sanitarna)

Specjalistyczna pompa ciepła przeznaczona wyłącznie do przygotowania ciepłej wody użytkowej. Może pracować niezależnie od głównego źródła ogrzewania, często wykorzystując powietrze zewnętrzne lub ciepło odpadowe z pomieszczeń technicznych, jednocześnie powodując osuszanie powietrza.

SCOP (Seasonal Coefficient of Performance)

Sezonowy współczynnik efektywności, czyli uśredniona wartość COP dla całego sezonu grzewczego. Uwzględnia zmienne warunki pogodowe w danej strefie klimatycznej, dlatego jest wskaźnikiem bardziej miarodajnym dla oceny pracy sezonowej niż COP wyznaczany w jednym punkcie.

SG Ready

Określenie gotowości urządzenia do współpracy z systemami inteligentnej sieci energetycznej (Smart Grid). W praktyce oznacza możliwość sterowania pracą pompy ciepła sygnałami zewnętrznymi, np. w celu dopasowania działania do dostępności energii lub strategii zarządzania energią w budynku.

Technologia inwerterowa

Rozwiązanie polegające na płynnej regulacji prędkości obrotowej sprężarki, co pozwala dopasować moc grzewczą do aktualnego zapotrzebowania. W porównaniu z urządzeniami typu ON/OFF ogranicza pracę w cyklach „włącz/wyłącz” i stabilizuje parametry pracy instalacji.

WPM (Wärmepumpenmanager)

Zaawansowany sterownik zarządzający pracą pompy ciepła oraz elementów instalacji, takich jak obiegi grzewcze (bezpośrednie i mieszaczowe) czy układy kaskadowe. Oferuje m.in. sterowanie pogodowe oraz możliwość współpracy z systemami Smart Home, w tym w standardzie SG Ready.