Pompa ciepła - to transformator, przetwarzający zasoby energii naturalnej o niewielkiej mocy w energię o wielkiej mocy. Z jego pomocą ogrzewa się pomieszczenia i wodę.

Analogią pompy jest lodówka - ochładza ciepło produktów spożywczych i wyrzuca je do otoczenia za pomocą radiatora znajdującego się w tylnej ścianie urządzenia. Pompa zaś zabiera ciepło z otoczenia i przekazuje je do systemu grzewczego.

Zasady działania pompy ciepła

Pompa ciepła składa się z części roboczej, która z kolei - z czterech głównych elementów: parownika, sprężarki, kondensatora i zaworu redukcji ciśnienia (patrz schemat). Do części roboczej przyłączony jest pierwszy (zewnętrzny) pojemnik, w którym cyrkuluje ciecz pobierająca z otoczenia ciepło (woda, środek przeciw zamarzaniu albo powietrze), i pojemnik drugi - wlot do systemów ogrzewania budynku i gorącej wody.

Parownik - to plastikowy zbiornik, po jednej jego stronie cyrkuluje ciecz chłodząca (najczęściej freon), po drugiej zaś - ciecz zewnętrznego pierwszego pojemnika.

Pojemnik pierwszy - to część o niewielkiej mocy energii cieplnej (jej temperatury nie wystarcza do ogrzania bezpośredniej części grzewczej). Źródłem energii tej części pompy może być ciepło gruntu (gruntowe dreny ze środkiem przeciw zamarzaniu), ciepło wód gruntowych (dwa odwierty: podający i skupiający), powietrze, itp.

W parowniku ciecz chłodząca zabiera ciepło z pojemnika pierwszego, doprowadza do wrzenia i wyparowuje. W taki sposób zmniejsza się temperatura wyjściowa pojemnika pierwszego.

Sprężarka wsysa ciecz chłodzącą w postaci gazu, spręża ją, w ten sposób nagle zwiększając jej temperaturę. Gorąca ciecz chłodząca w postaci gazu jest wpychana do kondensatora.

Kondensator według swej struktury jest takim samym wymiennikiem jak parownik, gdzie w części roboczej cyrkuluje gorąca ciecz chłodząca, w drugiej zaś - woda albo środek przeciw zamarzaniu.

Gorąca ciecz chłodząca, po spotkaniu z nośnikiem ciepła systemu ogrzewania albo dostarczania gorącej wody, kondensuje się, przekazuje ciepło systemowi ogrzewania albo dostarczania gorącej wody. Ciekły freon osiada na dno kondensatora, skąd na skutek różnicy ciśnień jest wypychany do parownika przez zawór wylotowy. Jego temperatura szybko spada, po czym cykl rozpoczyna się od nowa.

Główną różnicą między pompą ciepła a innymi generatorami energii cieplnej (piecami elektrycznymi, gazowymi, itd.) jest to, że podczas wytwarzania ciepła 75 proc. energii pobiera się z otoczenia, 25 proc. zaś - to energia elektryczna, niezbędna dla pracy sprężarki pompy ciepła. Pompa ciepła „pompuje" energię słoneczną skupioną w otoczeniu podczas ciepłego okresu. Chcąc uzyskać 4 kW energii cieplnej należy zużyć 1 kW energii elektrycznej.

Stosunek uzyskanej cieplnej i zużytej energii elektrycznej jest nazywany współczynnikiem transformacji (albo współczynnikiem użyteczności pompy ciepła). Pokazuje on efektywność działania.

Źródła ciepła

Źródło ciepła: grunt

Rodzaj pompy ciepła: mieszanka/woda

Grunt dobrze skupia energię słoneczną, którą pobiera bezpośrednio jako radiację słońca, albo pośrednio jako ciepło deszczu i powietrza. Grunt długo ją przechowuje, dlatego źródło ciepła przez cały rok posiada mniej więcej jednakową temperaturę. Na większej niż 20 m głębokości grunt zaczyna się grzać w wyniku wzrastającego ciepła ziemi. Każdych 100 m jego temperatura zwiększa się o 3 stopnie. Zapewnia to wysoką wydajność pompy. Skupione w gruncie ciepło przekazuje się razem z wodą i środkiem przeciw zamarzaniu poziomo zamontowanymi zbiornikami albo pionowo rozłożonymi wymiennikami (drenami). (rys. 1-2)

(rys. 1)

(rys. 2)

Źródło ciepła: wody gruntowe

Rodzaj pompy ciepła: woda/woda

Wody gruntowe - dobrze skupiają ciepło słoneczne, nawet w zimne dni zimowe zachowują stałą temperaturę wyżej 0.  Do wykorzystania ciepła potrzebne są podający i skupiający odwierty. Podczas ich instalowania ocenia się kierunek i jakość wód podziemnych. W odpowiednich warunkach pompy ciepła mogą wykorzystywać wodę rzek i jezior, ponieważ ona również skupia ciepło. Jest to szczególnie aktualne, ponieważ nie wszędzie wody gruntowe są o odpowiedniej jakości. (rys. 3)

(rys. 3)

Źródło ciepła: powietrze

Rodzaj pompy ciepła: powietrze/woda

Powietrze - najłatwiej dające się wykorzystywać źródło ciepła. Jego ilość jest nieograniczona, nie są potrzebne prace przygotowawcze. Nowoczesne pompy ciepła tego rodzaju mogą być używane praktycznie przez cały rok (do -15ºС). W przypadku niskiej temperatury otoczenia, instalacja nie ma wystarczającej mocy żeby ogrzać budynek i zachodzi konieczność wykorzystania innego źródła ciepła albo w grzejniku wody zamontować grzejnik elektryczny. O wielkości źródła ciepła przesądza konstrukcja albo wielkość instalacji. Potrzebną ilość powietrza przez zawór do odparowalnika przekazuje zamontowany w systemie wentylator. (rys. 4-5)

(rys. 4)

(rys. 5)