Pompa ciepła schłodzi dom w upały

Działanie pompy ciepła dla niewtajemniczonych

Dla zrozumienia zasady wykorzystania pompy ciepła także do chłodzenia warto poznać pierwotne działanie tych urządzeń i ich podstawowe elementy składowe, którymi są parownik, sprężarka, skraplacz, zawór dławiący (rozprężny). Ciepło przekazywane jest za pośrednictwem czynnika chłodniczego, który zmienia stan skupienia z ciekłego na gazowy lub odwrotnie, czemu towarzyszy oddawanie lub pobieranie energii cieplnej. W niskiej temperaturze płyn odparowuje pobierając ciepło z otoczenia (z tzw. dolnego źródła ciepła). Następnie jako gaz kierowany jest do sprężarki. W miarę jego przybywania następuje sprężenie gazu, wzrost ciśnienia i temperatury czynnika roboczego. Ciepło zaczyna być stopniowo przekazywane do powietrza lub wody w instalacji centralnego ogrzewania lub wodzie w instalacji wody użytkowej. Po oddaniu ciepła czynnik zaczyna się skraplać, czyli znów staje się cieczą i wraca przez zawór rozprężny do parownika. Tutaj schłodzony czynnik obniża swoje ciśnienie, a pod wpływem temperatury dolnego źródła ciepła znów zaczyna parować. Cykl startuje od nowa. Dzięki odwróceniu kierunku obiegu czynnika roboczego w opisanym układzie, pompy ciepła mogą też chłodzić pomieszczenia i działać, jak klimatyzator.

Pompa ciepła jako chłodziarka

Wyróżnia się dwa podstawowe tryby chłodzenia: pasywny i aktywny.

Do chłodzenia pasywnego mogą być wykorzystane pompy ciepła pobierające ciepło z gruntu lub wody gruntowej. Niezbędne są do tego dodatkowe elementy w instalacji. Są nimi: wymiennik płytowy (przy pompach gruntowych najlepiej pionowy), pompa obiegowa i zawór trójdrogowy, które pozwolą wykorzystać niską temperaturę gruntu lub wody gruntowej do chłodzenia domu w gorące dni. Moc chłodnicza ma związek z wielkością dolnego źródła ciepła, jego temperaturą i czasem wykorzystywania go. Moc ta zmienia się wraz z upływem ciepłych dni, a więc na koniec lata grunt będzie już na tyle nagrzany, że moc chłodnicza dolnego źródła będzie niższa niż na początku. Dobrze sprawdzają się w tym zadaniu wody gruntowe, ponieważ ich temperatura nie zmienia się aż tak znacząco. Chłodzenie pasywne jest tanie w eksploatacji, ponieważ pompa ciepła w tym trybie ma wyłączoną sprężarkę, a prądu potrzebują tylko pompy obiegowe i układ sterowania. Regulator pompy ciepła kontroluje temperaturę, by nie obniżyła się poniżej punktu rosy na powierzchni chłodzącej, aby zapobiec skropleniu się na niej pary wodnej z powietrza.

Bardzo dobrze dla chłodzenia pasywnego wypada stosunek mocy chłodniczej urządzenia do ilości energii elektrycznej, niezbędnej do jej osiągnięcia (tzw. współczynnik efektywności ERR). Jest on od 3 do 5 razy większy niż ma tradycyjna klimatyzacja i wynosi od 12 do 20. To oznacza, że na dostarczoną do układu jednostkę energii elektrycznej przypada 12-20 jednostek „energii chłodniczej”. Jest jednak małe „ale”. Takie chłodzenie pompą ciepła może obniżyć temperaturę w pomieszczeniach tylko o kilka stopni.

W chłodzeniu aktywnym zostaje odwrócony obieg czynnika chłodniczego. Parownik i skraplacz zamieniają się funkcjami, co oznacza, że zmienia się kierunek przepływu ciepła. W układzie chłodniczym pompy ciepła potrzebny jest dodatkowy zawór czterodrogowy. W porównaniu z chłodzeniem pasywnym, w tym trybie sprężarka jest włączona. W chłodzeniu aktywnym sprawdzają się rewersyjne pompy ciepła, w których dolnym źródłem jest grunt, woda gruntowa albo powietrze.

Podsumowanie

Warto wiedzieć o jeszcze jednym pozytywnym aspekcie wykorzystania pomp ciepła do chłodzenia. Odprowadzanie do gruntu ciepła z rozgrzanych latem pomieszczeń sprawia, że zimą jest w tym gruncie „zmagazynowane” więcej energii cieplnej. To korzystnie wpłynie na efektywność pompy ciepła zimą. W naszej strefie klimatycznej, w której wysokie temperatury występują sezonowo, kupowanie oddzielnych urządzeń do chłodzenia (np. klimatyzatory) i ogrzewania (np. pompy ciepła) może być nieekonomiczne. Wniosek? Wykorzystanie pomp ciepła do chłodzenia jest dobrą alternatywą.