Współczesne budownictwo, zarówno mieszkaniowe, jak i komercyjne, stawia coraz większy nacisk na efektywność energetyczną. Ponadto, na zrównoważone rozwiązania w zakresie ogrzewania i chłodzenia. W tym kontekście wodne pompy ciepła odgrywają kluczową rolę jako technologia umożliwiająca efektywne wykorzystanie energii z otoczenia do zapewnienia komfortu termicznego w budynkach.
Znaczenie wodnych pomp ciepła nie sprowadza się jedynie do redukcji kosztów eksploatacyjnych budynków, ale także do minimalizacji negatywnego wpływu na środowisko naturalne. Dzięki swojej zdolności do pozyskiwania energii cieplnej z dostępnych zasobów, takich jak gleba, woda gruntowa czy powietrze, pompy ciepła mogą zmniejszyć emisję dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych.
Przeczytaj również: Pompa ciepła finansowana w programie Czyste Powietrze
Spis treści:
Pompy ciepła – zasady działania
Pompy ciepła są urządzeniami, które wykorzystują termodynamiczny cykl odparowania i kondensacji do przenoszenia ciepła z jednego miejsca do drugiego. Ich działanie opiera się na zasadach fizyki, zgodnie z którymi ciepło przenosi się z obszaru o niższej temperaturze do obszaru o wyższej temperaturze. Za pomocą odpowiedniego medium przewodzącego ciepło, jakim jest chłodziwo. Głównym elementem jest kompresor, który jest odpowiedzialny za sprężenie chłodziwa, zwiększając jego ciśnienie i temperaturę. Proces ten wymaga dostarczenia energii mechanicznej do sprężarki.
Ciecz chłodnicza (chłodziwo), znajdująca się w parowniku, pobiera ciepło z otoczenia (np. powietrza, wody, gruntu). Następnie, zmienia się w parę o niskim ciśnieniu. W ten sposób energia cieplna jest pobierana z zewnętrznego źródła i przekazywana do pompy ciepła. Para chłodziwa, która powstała w wyniku odparowania, jest następnie sprężana przez kompresor. W wyniku sprężenia wzrasta jej ciśnienie i temperatura. Proces ten zwiększa potencjalną energię cieplną chłodziwa. Sprężone i ogrzane chłodziwo przepływa do kondensatora, gdzie oddaje zgromadzoną energię cieplną do układu grzewczego lub do ciepłej wody użytkowej. Podczas kondensacji para chłodziwa zmienia się z powrotem w ciecz, a wydzielane ciepło przekazuje się do budynku lub systemu grzewczego. Chłodziwo, które opuściło kondensator, przechodzi przez zawór rozprężny, gdzie jego ciśnienie jest obniżane. Ten proces przygotowuje chłodziwo do ponownego odparowania w parowniku, rozpoczynając kolejny cykl.
Cykl odparowania i kondensacji w pompach ciepła jest kontynuowany, aby utrzymać stabilny przepływ ciepła z jednego miejsca do drugiego. Zapewniając efektywne i ekonomiczne ogrzewanie lub chłodzenie budynków. Tą złożoną, ale efektywną technologię coraz częściej stosuje się jako alternatywny sposób zapewnienia komfortu cieplnego przy minimalnym wpływie na środowisko naturalne.
Wodne pompy ciepła – rodzaje
- Pompy ciepła wodne gruntowe (geotermalne), zwane także geotermalnymi, wykorzystują energię cieplną zgromadzoną w gruncie do ogrzewania i chłodzenia budynków. Głównym elementem systemu jest wymiennik ciepła, który umieszcza się pod ziemią. Może być on poziomy (rozłożony na dużym obszarze na niewielkiej głębokości) lub pionowy (umieszczony głębiej w ziemi za pomocą sond geotermalnych). Woda lub mieszanina wodna i glikolu przepływająca przez wymiennik ciepła pobiera ciepło z gruntu w zimniejszych miesiącach. Następnie, odprowadza je do budynku poprzez system grzewczy, oraz odwrotnie w okresach letnich.
- Pompy ciepła wodno-wodne, wykorzystują wodę jako źródło i nośnik ciepła. Stosuje się je w instalacjach, gdzie dostęp do zasobów wodnych, takich jak jeziora, rzeki czy studnie głębinowe, jest możliwy. Woda ze źródła naturalnego jest pompowana do wymiennika ciepła. Tam ciepło zostaje pobrane z wody i przekazane do układu grzewczego lub do produkcji ciepłej wody użytkowej. Chłodna woda jest następnie odprowadzana z powrotem do źródła lub, w przypadku zastosowania systemów obiegu zamkniętego, może być odprowadzana do odpływu.
- Pompy ciepła wodne powietrze-woda, wykorzystują powietrze jako źródło energii cieplnej. W skład takiego systemu wchodzi zewnętrzna jednostka zawierająca wentylator i wymiennik ciepła. On pobiera ciepło z powietrza zewnętrznego, nawet w temperaturach poniżej zera stopni Celsjusza. Zdobyte ciepło przenosi się do układu grzewczego lub do produkcji ciepłej wody użytkowej. Pompy ciepła powietrze-woda są popularne ze względu na łatwość instalacji i mniejsze wymagania inwestycyjne w porównaniu do innych typów pomp ciepła wodnych.
Wodne pompy ciepła – przetwarzanie energii cieplnej na użytkową
Po pobraniu energii cieplnej z otoczenia, pompy ciepła przetwarzają ją na energię użyteczną, którą można następnie wykorzystać do ogrzewania budynków lub do produkcji ciepłej wody użytkowej.
Po pobraniu energii cieplnej, czynnik chłodniczy przechodzi przez sprężarkę, która zwiększa jego ciśnienie i temperaturę. Energia mechaniczna zużywana przez sprężarkę jest dostarczana jako ciepło do czynnika chłodniczego. Sprężony czynnik chłodniczy jest następnie przesyłany do wymiennika ciepła. Gdzie oddaje ciepło do medium, które ma zostać ogrzane (na przykład do wody w obiegu grzewczym). Ciepło jest przekazywane z czynnika chłodniczego do medium grzewczego, podgrzewając je do pożądanej temperatury. Medium grzewcze może być cyrkulowane przez system grzewczy budynku lub wykorzystywane do produkcji ciepłej wody użytkowej.
W ten sposób, wodne pompy ciepła przetwarzają energię cieplną ze źródła niskotemperaturowego na energię użyteczną. To przyczynia się do efektywnego i ekologicznego ogrzewania budynków oraz produkowania ciepłej wody użytkowej.
Zastosowania wodnych pomp ciepła
Wodne pompy ciepła wykorzystuje się do efektywnego ogrzewania domów jednorodzinnych oraz budynków wielorodzinnych. Ponadto, pełnią istotną rolę w systemach HVAC, zapewniając nie tylko efektywne ogrzewanie, ale także chłodzenie budynków w okresach letnich. W trybie chłodzenia pompy ciepła odwracają proces, w którym zamiast przekazywać ciepło do wnętrza budynku, usuwają je na zewnątrz. Zapewniając komfort termiczny mieszkańców.
Wodne pompy ciepła znajdują również zastosowanie w przemyśle oraz rolnictwie. W przemyśle wykorzystuje się je do chłodzenia maszyn, utrzymywania odpowiednich warunków w halach produkcyjnych czy magazynach. W rolnictwie natomiast mogą pomagać w regulacji temperatury w obiektach hodowlanych, suszeniu plonów czy chłodzeniu produktów spożywczych.
Wodne pompy ciepła – korzyści
Wodne pompy ciepła są znane z wysokiej efektywności energetycznej, co przekłada się na znaczne oszczędności w kosztach eksploatacji budynków. Wykorzystują energię ze źródła odnawialnego (powietrze, woda, grunt). To natomiast jest znacznie tańsze niż tradycyjne źródła energii, takie jak gaz czy olej opałowy. Dzięki wysokiemu współczynnikowi wydajności (COP), pompy ciepła mogą generować więcej energii cieplnej niż zużywają energii elektrycznej. To z kolei przekłada się na niższe rachunki za ogrzewanie i chłodzenie.
Ze względu na to, że wodne pompy ciepła korzystają z odnawialnych źródeł energii, generują znacznie mniej emisji dwutlenku węgla (CO2) w porównaniu do tradycyjnych systemów grzewczych opartych na paliwach kopalnych.
Korzystanie z wodnych pomp ciepła nie tylko redukuje koszty energii, ale także ma pozytywny wpływ na środowisko. Co czyni je atrakcyjnym rozwiązaniem zarówno dla użytkowników indywidualnych, jak i dla społeczności jako całości.
