Pompa ciepła a klimatyzacja domu

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