Zasady działania pomp ciepła
Zadaniem pompy ciepła jest „wyciągnięcie” ciepła z jednego miejsca a następnie oddanie go z powrotem przy wyższej temperaturze w innym miejscu.
Pompę ciepła można smiało przyrównac do lodówki czy klimatyzatora, bo w zasadzie zasada działania jest identyczna.
Lodówka „wyciąga” ciepło z produktów w niej umieszczonych a następnie oddaje to ciepło na wymienniku ciepła umieszczonym z tyłu urządzenia. Pompy ciepła działają tak samo.
Zasada pracy pompy ciepła opiera się o pracę czynnika chłodniczego, którym jest specjalna ciecz wrząca w temperaturach poniżej -10°C, znajdująca się w wewnętrznym obwodzie pompy ciepła . W wymienniku do którego dostarczana jest energia cieplna niskotemperaturowa na przykład woda, lub solanka o temperaturze +10°C (znacznik 1) odbywa się parowanie czynnika chłodniczego. Podczas zjawiska parowania, pobierane jest ciepło z otoczenia. W tym przypadku ciecz parująca ma przykładowo -10°C i w związku z tym pobiera ciepło od wody, lub solanki i tak zagrzana para cieczy (znacznik 2) mająca już temperaturę +3°C jest zasysana przez elektrycznie napędzana sprężarkę.
Rolą sprężarki jest podniesienie cisńienia pary, które wynosi wten czas około 20 bar co jest równoznaczne z podniesieniem jej temperatury do około +70°C . Para o tej temperaturze oddaje ciepło w drugim wymienniku do wody obiegu grzewczego(znacznik 3). Oddanie ciepła oznacza jednocześnie zamianę pary w ciecz, czyli jej skroplenie (znacznik 4). Dlatego pierwszy z omawianych wymienników jest parownikiem, a drugi skraplaczem. Po skropleniu ciecz przechodzi przez zawór rozprężny gdzie następuje gwałtowny spadek ciśnienia i rozpylenie czynnika, który znów zaczyna parować i cykl w ten sposób się zamyka. Pompa ciepła transportuje energię z otoczenia. Jednocześnie zużywana jest energia elektryczna służąca do napędu sprężarki i pomp obiegowych. Ta energia elektryczna jest też zamieniona na ciepło.
Najczęściej stosowane instalacje dolnego źródła
Studnie pozwalają na pozyskiwanie energii z wód. Stała temperatura wód wynosząca od +8°C do +12°C predysponuje to źródło do wykorzystywania ze względu na wysoką roczną zdolność grzewczą. Przy wykorzystaniu jednej studni, czynnik chłodniczy krąży w obiegu zamkniętym. Przy wykorzystaniu dwóch studni, schłodzona woda zatłaczana jest do studni chłonnej.
Efektywność energetyczna
Stosując pompę ciepła 75% energii otrzymujemy za darmo ze środowiska, płacimy jedynie za energie zużywaną do napędu sprężarki. Innymi słowy z 1kWh energii elektrycznej otrzymujemy 4kWh enerii cieplnej. W pompach ciepła jedynym zużywanym rodzjem energii jest energia napędzająca sam mechanizm - pompę cyrkulacyjną i sprężarkę. Reszta energii pochodzi z naturalnych, odnawialnych źródeł energii. Ponadto urządzenia tego typu, są całkowicie przyjazne dla środowiska - nie emitują szkodliwych substancji, ani nie wykorzystują procesu spalania w miejscu instalacji.
Kwestie różnicy temperatur w pompie ciepła - obieg Lindego
Często zadawanym pytaniem dotyczącym, zasady funkcjonowania pompy ciepła jest, kwestia temperatury, jaką odbiera sonda gruntowa i przekazuje do obiegu ogrzewania budynku.
Odpowiedź, budzi najczęściej zdziwienie, „jak to jest możliwe, że..?” przykładowe 3 stopnie Celcjusza, odebrane z ziemi potrafi, doprowadzić do uzyskania przykładowych 24 stopni w obiegu CO, oraz 45 stopni w obiegu CWU.
Cały proces przekazywania i podniesienia energii cieplnej, możliwy jest dzięki przemianom termodynamicznych, zachodzącym w obiegu zamkniętym pompy ciepła.
Dzieję się tak, za przyczyną tzw. obiegu Lindego, który przy pomocy energii elektrycznej, użytej głównie do obsługi sprężarki i pomp obiegowych, przenosi ciepło z dolnego źródła o niskiej temperaturze, do źródła górnego o wyższej temperaturze.
Proces ten zachodzi, przy wykorzystaniu trzech niezależnych układów zamkniętych:
• obieg dolnego źródła
• obieg wewnętrzny pompy ciepła
• obieg grzewczy budynku
Poprzez zastosowanie, parownika i skraplacza ww. obiegi połączone są ze sobą w jeden układ.
Cały proces rozpoczyna się w sprężarce (nr 1, obieg wewnętrzny pompy ciepła), która poprzez rurociąg ssawny, zasysa przegrzane pary czynnika chłodniczego i zaczyna je sprężać. Czynnikiem, który krąży w obiegu wewnętrznym pompy ciepła, są chlorofluorowęglowodory (CFC).
W tym procesie zarówno ciśnienie, temperatura czynnika chłodniczego, gwałtownie wzrasta i osiąga najwyższą wartość w całym obiegu.
Następnie sprężony czynnik przenosi się do skraplacza (nr 2), gdzie styka się pośrednio z czynnikiem roboczym instalacji ogrzewania (wodą w obiegu grzewczy budynku).
Ponieważ obieg instalacji ogrzewania ma temperaturę niższą, niż temperatura czynnika roboczego za sprężarką, następuje skroplenie jego skroplenie w skraplaczu i oddanie ciepła, do instalacji centralnego ogrzewania.
Pompa obiegowa obiegu ogrzewania (nr 8), wymusza przepływ wody w instalacji ogrzewania i rozprowadza ciepło ze skraplacza, do obiegu ogrzewania budynku.
W momencie, kiedy instalacja budynku odbierze ciepło ze skraplacza, zawór rozprężny otwiera się i powoli rozpręża skroplony czynnik roboczy. Podczas rozprężenia, następuje spadek temperatury czynnika roboczego pompy ciepła.
Proces rozprężania, jest konieczny, aby przywrócić ciśnienie czynnika termodynamicznego do stanu, który umożliwi jego ponowne sprężenie w kolejnym cyklu obiegowym.
Następnie rozprężony czynnik trafia do parownika (nr 4), w którym wykorzystuje ciepło czynnika krążącego w obiegu dolnego źródła (tzw. energię geotermalną). Czynnik roboczy chłodniczy w obiegu pompy ciepła wykorzystuje ciepło dolnego źródła, aby odparować.
To właśnie w tym miejscu odbieramy energię geotermalną.
Czynnik roboczy pompy ciepła, przy odparowaniu, zwiększa swoją temperaturę.
Czynnik roboczy dolnego źródła (glikol), w parowniku oddał swoje ciepło i aby móc ponownie to zrobić, w kolejnym cyklu, musi zostać przetłoczony do wnętrza ziemi, aby jego temperatura została podniesiona. Obieg cieczy wymusza pompa obiegowa dolnego źródła (nr 6).
Kluczowym parametrem w tym miejscu jest temperatura geotermalna, która odbierana jest z gruntu. Czym ów temperatura, jest wyższa, tym energia potrzebna, do podniesienia czynnika roboczego pompy ciepła, jest niższa.
W tym miejscu, ponownie należy zwrócić uwagę, jak kluczowym elementem jest, właściwa lokalizacja odwiertów, w oparciu o wykonaną wcześniej tomografię ERT.
Pary czynnika roboczego pompy ciepła, ponownie zasysane są przez sprężarkę i cykl procesu się zamyka.