Pompy ciepła powietrze-woda – zasada działania, wydajność, dobór mocy

Pompa ciepła powietrze-woda – najważniejsze kwestie

Zasada działania pomp ciepła powietrze-woda opiera się na podobnych mechanizmach co inne urządzenia tego typu. Polega to na pobraniu ciepła niskotemperaturowego z jednego źródła poprzez sprężanie gazu, przetworzeniu go na ciepło wysokotemperaturowe, a następnie przekazaniu tego ciepła wodzie, która krąży w systemie grzewczym budynku.

Ważne jest, aby zrozumieć, że zgodnie z zasadami fizyki każda temperatura powyżej zera absolutnego (-273°C) może być traktowana jako forma ciepła. Można to ująć w prostszy sposób, zakładając, że mróz -20°C w rzeczywistości stanowi 253 stopnie ciepła z punktu widzenia termodynamiki. Dlatego też pompy ciepła, włączając w to modele powietrze-woda, mogą efektywnie działać nawet w warunkach niskich temperatur, szczególnie jeśli są to urządzenia wysokiej jakości o wysokiej wydajności.

Zasada działania pompy ciepła powietrze-woda

Dokładne działanie pompy ciepła powietrze-woda rozpoczyna się od fazy, w której czynnik chłodniczy w postaci cieczy o niskim ciśnieniu przepływa do parownika w jednostce zewnętrznej. Tutaj dochodzi do jego odparowania, w trakcie którego ciepło jest pobierane z otaczającego powietrza.

Następnie gaz o niskim ciśnieniu opuszcza parownik i trafia do sprężarki, gdzie jest poddawany sprężaniu, co skutkuje wzrostem ciśnienia i temperatury. Ten proces można porównać do działania pompy rowerowej – gdy zatkamy wylot podczas pompowania, ciśnienie powietrza wewnątrz wzrośnie, a wylot nagrzeje się.

Gorący gaz o wysokim ciśnieniu wychodzi ze sprężarki i dostaje się do skraplacza, gdzie oddaje zgromadzone ciepło do wody grzewczej w systemie ogrzewania, a sam czynnik chłodniczy skrapla się ponownie. Następnie pod wysokim ciśnieniem trafia on do zaworu rozprężnego, gdzie ciśnienie gwałtownie spada.

Po przekroczeniu zaworu rozprężnego czynnik chłodniczy ponownie staje się cieczą o niskim ciśnieniu, gotową do powtórnego cyklu.

Wydajność pompy ciepła powietrze-woda – wszystko, co musisz wiedzieć

Wydajność pompy ciepła powietrze-woda różni się istotnie od działania innych urządzeń grzewczych zasilanych energią elektryczną. Tam, gdzie w kotłach elektrycznych czy promiennikach podczerwieni energia elektryczna jest konwertowana na ciepło z niepełną sprawnością, zawsze poniżej 100%, pompa ciepła wykorzystuje energię elektryczną jedynie do napędzania sprężarki, która przepompowuje ciepło z otoczenia do budynku zgodnie z opisaną wcześniej zasadą.

W efekcie wydajność pompy ciepła powietrze-woda może być znacznie wyższa niż 100%. W większości przypadków pompa ta jest zdolna do ogrzania budynku co najmniej dwukrotnie skuteczniej niż inne urządzenia grzewcze zasilane energią elektryczną, a w optymalnych warunkach współczynnik sprawności może osiągnąć nawet wartości 3 lub 4. Oznacza to, że każdy kilowat energii elektrycznej zużytej przez urządzenie pozwala na wytworzenie 3-4 kW ciepła. Dlatego też koszty związane z ogrzewaniem przy użyciu pompy ciepła powietrze-woda mogą być nawet trzy- lub czterokrotnie niższe niż koszty ogrzewania przy użyciu zwykłych źródeł elektrycznych.

Jak dobrać moc pompy ciepła powietrze-woda?

Przy wyborze pompy ciepła typu powietrze-woda należy wziąć pod uwagę głównie dwa kluczowe czynniki:

• zapotrzebowanie budynku na ciepło oraz związane z nim wymagania dotyczące mocy;
• jakość samego urządzenia – wpływa nie tylko na trwałość i efektywność pompy ciepła, ale także na jej wydajność w warunkach o niskich temperaturach.

Dobór odpowiedniej mocy pompy ciepła powietrze-woda powinien być oparty zawsze na dokładnym określeniu zapotrzebowania budynku na ciepło. Ten parametr zależy od wielu czynników, takich jak rodzaj i skuteczność izolacji domu, liczba mieszkańców, efektywność wybranego modelu pompy ciepła oraz wymagana temperatura wody grzewczej. Z tego powodu przy wyborze odpowiedniej mocy pompy ciepła powietrze-woda zaleca się skorzystanie z pomocy specjalistów.

Dobór pompy ciepła powietrze-woda do trybu pracy urządzenia

Dobór odpowiedniego trybu pracy pompy ciepła powietrze-woda wymaga ustalenia punktu biwalentnego. Ten punkt można określić, nakładając na siebie wykres pracy pompy ciepła oraz zapotrzebowanie cieplne budynku. Jest to moment, w którym pompa ciepła przestaje być wystarczająca do zapewnienia odpowiedniego ogrzewania budynku. Poznanie tego punktu umożliwia podjęcie racjonalnej decyzji dotyczącej trybu pracy pompy ciepła powietrze-woda:

• Tryb monowalentny – polega na tym, że pompa ciepła powietrze-woda funkcjonuje jako jedyny system ogrzewania budynku, bez konieczności korzystania z dodatkowego źródła energii. Chociaż początkowy koszt zakupu pomp powietrznych może być wyższy, ich eksploatacja jest tańsza. Aby zapewnić skuteczne działanie w trybie monowalentnym nawet w ekstremalnie niskich temperaturach, moc pompy ciepła powinna być odpowiednio dobrana. Aby zapewnić ogrzewanie nawet przy -20°C, ważne jest unikanie nadmiernej mocy, dlatego przy wyborze pompy ciepła powietrze-woda należy zwrócić uwagę na modele, które zachowują swoją wydajność nawet w warunkach niskich temperatur;
• Tryb monoenergetyczny – oznacza, że pompa ciepła stanowi jedyny system ogrzewania budynku, jednakże w przypadku niższych temperatur zewnętrznych może wymagać dodatkowego wsparcia ze strony grzałek elektrycznych. Pompy pracujące w tym trybie mogą być tańsze w zakupie, lecz ich eksploatacja może być kosztowniejsza. Niskobudżetowe pompy ciepła powietrze-woda mogą wymagać aktywowania grzałek nawet przy temperaturach zewnętrznych sięgających -5°C, co przekłada się na wyższe koszty ogrzewania. Decyzja o wyborze tego trybu może być podjęta nieświadomie, gdy nominalna moc pompy ciepła podawana przez producentów (dla temperatury zewnętrznej +7°C) nie jest odpowiednio dopasowana do rzeczywistego zapotrzebowania cieplnego, określanego dla warunków zewnętrznych sięgających nawet -20°C;
• Tryb biwalentny – polega na współpracy pompy ciepła z innym źródłem ciepła, takim jak piec gazowy lub olejowy. Istnieją dwa główne rodzaje tego trybu: alternatywny, gdzie pompa ciepła pracuje do określonej temperatury zewnętrznej (na przykład do -10°C), po czym sygnalizuje uruchomienie drugiego źródła ciepła i wyłącza się oraz równoległy, gdzie oba źródła działają jednocześnie. Rozwiązania biwalentne są zazwyczaj tańsze na etapie inwestycji, ponieważ pozwala to na zakup pompy ciepła o mniejszej mocy (która wystarczałaby na przykład przy 0°C) i uzupełnienie brakującej energii z innego źródła ciepła. Jednakże trudniej jest przewidzieć koszty eksploatacji, ponieważ są one uzależnione od zmienności kilku nośników energii. Dodatkowo taki sposób ogrzewania budynku może być bardziej skomplikowany pod względem instalacji, a różne urządzenia mogą nie komunikować się poprawnie, co utrudnia regulację systemu w porównaniu z pojedynczym źródłem ciepła.

Wybór odpowiedniej pompy ciepła powietrze-woda jest kluczowy dla zapewnienia wysokiej wydajności, niezawodności oraz trwałości urządzenia, a także ułatwienia serwisowania i konserwacji. Dlatego warto zdecydować się na modele wysokiej jakości, które zostały starannie zaprojektowane i wyprodukowane przez renomowanych producentów.