Jak działają pompy ciepła

Jak działają pompy ciepła

Kiedy myślisz o chłodzeniu gorącego budynku, prawdopodobnie nie myślisz o pompach ciepła. W rzeczywistości prawdopodobnie myślisz o użyciu klimatyzatora. Ale jak się okazuje, pompa ciepła może zarówno ogrzewać, jak i chłodzić, a w niektórych zastosowaniach preferuje się oddzielenie systemów ogrzewania i chłodzenia.

Mówiąc najprościej, pompa ciepła to urządzenie, które wykorzystuje niewielką ilość energii do przenoszenia ciepła z jednego miejsca do drugiego. Nie za trudne, prawda? Pompy ciepła są zwykle używane do wyciągania ciepła z powietrza lub ziemi w celu ogrzania domu lub budynku biurowego, ale można je odwrócić, aby schłodzić budynek. W pewnym sensie, jeśli wiesz, jak działa klimatyzator, to wiesz już dużo o tym, jak działa pompa ciepła. Dzieje się tak, ponieważ pompy ciepła i klimatyzatory działają w bardzo podobny sposób.

Jak działają pompy ciepła – wstęp

Jedną z największych zalet pompy ciepła w porównaniu ze standardowym urządzeniem grzewczym, wentylacyjnym i klimatyzacyjnym (HVAC) jest to, że nie ma potrzeby instalowania oddzielnych systemów do ogrzewania i chłodzenia domu. Pompy ciepła działają również niezwykle wydajnie, ponieważ po prostu przenoszą ciepło, a nie spalają paliwo, aby je wytworzyć. To sprawia, że ​​są trochę bardziej ekologiczne niż piec opalany gazem .

I nie tylko ogrzewają i chłodzą budynki. Działają najlepiej w umiarkowanym klimacie, więc jeśli nie doświadczasz ekstremalnych upałów i zimna w lesie, użycie pompy ciepła może pomóc Ci zaoszczędzić trochę pieniędzy każdego miesiąca.

Pompy ciepła są dobrą alternatywą dla klimatyzacji.

Czytaj dalej, aby dowiedzieć się więcej o działaniu jednego z najpopularniejszych typów pomp ciepła.

Pompa ciepła – podstawy

Jeden bardzo ważny punkt, który należy zrozumieć, odpowiadając na pytanie „jak działają pompy ciepła?” polega na tym, że pompy ciepła nie wytwarzają ciepła – przenoszą je z miejsca na miejsce. Piec wytwarza ciepło, które jest rozprowadzane po całym domu, ale pompa ciepła pobiera energię cieplną z powietrza zewnętrznego (nawet w niskich temperaturach) i przekazuje ją do powietrza w pomieszczeniu. W trybie chłodzenia pompa ciepła i klimatyzator są funkcjonalnie identyczne, pochłaniając ciepło z powietrza wewnętrznego i uwalniając je przez jednostkę zewnętrzną.

Jak działa pompa ciepła w domu – jak chłodzi pompa ciepła

Jedną z najważniejszych rzeczy, które należy zrozumieć na temat działania pompy ciepła i procesu przekazywania ciepła, jest to, że energia cieplna w naturalny sposób chce przemieszczać się do obszarów o niższych temperaturach i mniejszym ciśnieniu. Pompy ciepła polegają na tej właściwości fizycznej, kontaktując ciepło z chłodniejszymi środowiskami o niższym ciśnieniu, dzięki czemu ciepło może się naturalnie przenosić. Tak działa pompa ciepła.

Pompy ciepła są wygodne i praktyczne

Pompa ciepła działanie

Ciekły czynnik chłodniczy jest pompowany przez urządzenie rozprężne w wężownicy wewnętrznej, które pełni funkcję parownika. Powietrze z wnętrza domu jest wdmuchiwane przez wężownice, gdzie energia cieplna jest pochłaniana przez czynnik chłodniczy. Powstałe w ten sposób chłodne powietrze jest wdmuchiwane przez przewody w domu. Proces pochłaniania energii cieplnej spowodował podgrzanie ciekłego czynnika chłodniczego i odparowanie go do postaci gazowej.

Gazowy czynnik chłodniczy przechodzi teraz przez sprężarkę, która zwiększa ciśnienie gazu. Proces sprężania gazu powoduje jego podgrzanie (fizyczna właściwość sprężonych gazów). Gorący czynnik chłodniczy pod ciśnieniem przepływa przez system do wężownicy w jednostce zewnętrznej.

Wentylator w jednostce zewnętrznej przemieszcza powietrze z zewnątrz przez wężownice, które w trybie chłodzenia służą jako wężownice skraplacza. Ponieważ powietrze na zewnątrz domu jest chłodniejsze niż czynnik chłodniczy w postaci gorącego sprężonego gazu w wężownicy, ciepło jest przenoszone z czynnika chłodniczego do powietrza zewnętrznego. Podczas tego procesu czynnik chłodniczy skrapla się z powrotem do stanu ciekłego podczas schładzania. Ciepły ciekły czynnik chłodniczy jest pompowany przez system do zaworu rozprężnego w jednostkach wewnętrznych.

Zawór rozprężny obniża ciśnienie ciepłego ciekłego czynnika chłodniczego, co znacznie go chłodzi. W tym momencie czynnik chłodniczy jest chłodny, płynny i gotowy do przepompowania z powrotem do wężownicy parownika w jednostce wewnętrznej w celu ponownego rozpoczęcia cyklu.

Pompa ciepła sprawi, że w Twoim domu będzie ciepło i przyjemnie.

Jak działa pompa ciepła w domu – ogrzewanie

Pompa ciepła w trybie ogrzewania działa tak samo jak w trybie chłodzenia, z tą różnicą, że przepływ czynnika chłodniczego jest odwracany przez zawór zmiany kierunku. Odwrócenie przepływu oznacza, że ​​źródłem ogrzewania staje się powietrze zewnętrzne (nawet przy niskich temperaturach zewnętrznych), a energia cieplna jest uwalniana do wnętrza domu. Wężownica zewnętrzna pełni teraz funkcję parownika, a wężownica wewnętrzna pełni rolę skraplacza.

Fizyka procesu jest taka sama. Energia cieplna jest pochłaniana w jednostce zewnętrznej przez chłodny ciekły czynnik chłodniczy, zamieniając go w zimny gaz. Następnie do zimnego gazu przykłada się ciśnienie, zamieniając go w gorący gaz. Gorący gaz jest chłodzony w jednostce wewnętrznej poprzez przepuszczanie powietrza, ogrzewanie powietrza i kondensację gazu do ciepłej cieczy. Ciepła ciecz jest uwalniana od ciśnienia, gdy wchodzi do jednostki zewnętrznej, zamieniając ją w chłodną ciecz i odnawiając cykl.

Powietrzna pompa ciepła

Istnieje wiele rodzajów pomp ciepła, ale wszystkie działają na tej samej podstawowej zasadzie: przenoszenie ciepła . Oznacza to, że zamiast spalać paliwo w celu wytworzenia ciepła, urządzenie przenosi ciepło z jednego miejsca na drugie. Jest klucz do tego, żeby to wszystko się wydarzyło. Zgodnie z termodynamiką ciepło naturalnie przepływa z obszarów o wysokiej temperaturze do obszarów o niższych temperaturach.

To, co robi pompa ciepła, to zużywa niewielką ilość energii, aby przełączyć ten proces na odwrotny, tym samym wyciągając ciepło z obszaru o stosunkowo niskiej temperaturze i pompując je do obszaru o wyższej temperaturze. Tak więc ciepło jest przenoszone ze „źródła ciepła”, takiego jak ziemia lub powietrze, do „radiatora”, takiego jak twój dom.

Jednym z najczęstszych typów pomp ciepła jest powietrzna pompa ciepła . Pobierają one ciepło z powietrza na zewnątrz domu i pompują je do środka przez wężownice wypełnione czynnikiem chłodniczym, które nie różnią się zbytnio od tego, co znajduje się z tyłu lodówki. Różnorodność źródła powietrza jest dość podstawowa, a wewnątrz znajdują się dwa wentylatory, wężownice lodówki , zawór zmiany kierunku i sprężarkę, aby działała.

Kluczem do tego, aby powietrzna pompa ciepła również chłodziła, jest zawór zmiany kierunku. Ta wszechstronna część zmienia przepływ czynnika chłodniczego, dzięki czemu system może działać w przeciwnym kierunku. Więc zamiast pompować ciepło do domu, pompa ciepła uwalnia je, tak jak robi to klimatyzator. Gdy czynnik chłodniczy jest odwrócony, pochłania ciepło po wewnętrznej stronie jednostki i przepływa na zewnątrz. To tutaj ciepło jest uwalniane, dzięki czemu czynnik chłodniczy ponownie ostygnie i wpłynie z powrotem do środka, aby zebrać więcej ciepła. Ten proces powtarza się, dopóki nie będziesz miły i fajny.

Gruntowa i absorpcyjna pompa ciepła

Do tej pory dowiedziałeś się, że powietrzne pompy ciepła wykorzystują zewnętrzny wentylator do przenoszenia powietrza przez wężownice wypełnione czynnikiem chłodniczym. Dwa zestawy tych cewek przenoszą to ciepło do pomieszczenia, gdzie jest ono następnie wydmuchiwane z cewek przez drugi wentylator i rozprowadzane po całym domu jako dobroć chłodu. Niektóre systemy powietrznych pomp ciepła składają się z jednego zapakowanego urządzenia zawierającego oba zestawy wężownic w jednym pudełku. Skrzynka ta jest następnie instalowana na dachu budynku z przewodem przechodzącym przez ścianę. W ten sposób montowanych jest wiele większych systemów dla budynków komercyjnych.

Domowe pompy ciepła są zwykle systemami dzielonymi z komponentem zewnętrznym i wewnętrznym zainstalowanym przez ścianę. W zależności od rodzaju systemu, do rozprowadzania ciepła może być jeden lub więcej elementów wewnętrznych.

Gruntowe pompy ciepła (znane również jako geotermalne pompy ciepła ) są nieco inne. Pochłaniają ciepło z gruntu lub podziemnego zbiornika wodnego i przenoszą je do pomieszczeń lub odwrotnie. Najpopularniejszy typ gruntowych pomp ciepła przenosi ciepło bezpośrednio z gruntu, pochłaniając je przez zakopane rury wypełnione wodą lub czynnikiem chłodniczym.

Te rury do pompowania cieczy mogą być systemami z zamkniętą pętlą lub z otwartą pętlą i działają prawie dokładnie tak, jak brzmią. W systemie z obiegiem zamkniętym ten sam czynnik chłodniczy lub woda wielokrotnie krąży w rurach. W systemie otwartej pętli woda jest wypompowywana z podziemnego źródła wody, jak studnia lub sztuczne jezioro. Stamtąd ciepło jest pobierane z wody, a woda wraca do studni lub jeziora powierzchniowego. Następnie ze studni pompuje się więcej wody, aby uzyskać więcej ciepła w ciągłej, otwartej pętli.

Jeśli to za mało, rozważ absorpcyjną pompę ciepła — pompy powietrza zasilane gazem ziemnym, energią słoneczną , propanem lub wodą geotermalną, a nie energią elektryczną . Pompy absorpcyjne mogą być używane do zastosowań na dużą skalę, ale są teraz dostępne dla domów. Główna różnica między standardową powietrzną pompą ciepła a pompą absorpcyjną polega na tym, że zamiast sprężania czynnika chłodniczego, pompa absorpcyjna absorbuje amoniak do wody, a następnie pompuje go pod ciśnieniem. Następnie źródło ciepła wyparowuje amoniak z wody i cały proces zaczyna się od nowa.

Kiedy idziesz sprawdzić absorpcyjne pompy ciepła, warto wiedzieć, jak są oceniane. Producenci oceniają je za pomocą pomiaru zwanego współczynnikiem wydajności (COP), co brzmi dość skomplikowanie. Ale wszystko, co musisz wiedzieć, to szukać COP powyżej 1,2 dla ogrzewania i powyżej 0,7 dla chłodzenia. I nie martw się, omówimy oceny standardowych pomp ciepła nieco później.

Powietrzne, gruntowe i absorpcyjne pompy ciepła są najczęstszymi rodzajami pomp ciepła, ale nie będą działać w każdej sytuacji. 

Plusy i minusy pomp ciepła

Pompy ciepła mogą pomóc konsumentom zaoszczędzić na mediach, ale mają ograniczenia. Po pierwsze, są one nieco nieskuteczne w zimnym klimacie , gdzie temperatura powietrza na zewnątrz regularnie spada poniżej lub poniżej zera, chociaż innowatorzy pracują nad tym, aby to poprawić. Dzieje się tak, ponieważ przenoszenie ciepła z bardzo zimnego obszaru do gorętszego wymaga więcej energii niż przenoszenie ciepła między dwoma obszarami o bardziej umiarkowanej różnicy temperatur.

W klimacie umiarkowanym jest też więcej ciepła na zewnątrz niż w klimacie zimnym. Ważne jest, aby pamiętać, że nawet w zimnym klimacie w powietrzu zewnętrznym nadal jest ciepło, które należy przepompować do pomieszczeń, ale urządzenie musi pracować ciężej, aby wydobyć dostępne ciepło. Może być wymagana dodatkowa energia, aby pompa ciepła wytworzyła wystarczającą ilość ciepła, aby wygodnie ogrzać dom, gdy temperatura spadnie poniżej zera, a to nie jest dobre.

Ciepło wytwarzane przez pompy ciepła nie jest tak intensywne, jak ciepło wytwarzane przez piec opalany gazem lub olejem . Osoby przyzwyczajone do tradycyjnych pieców mogą czuć się niekomfortowo z powodu łagodniejszego ciepła wytwarzanego przez te systemy. Inni wolą ciepło wytwarzane przez pompy ciepła, ponieważ pompy ciepła rozprowadzają ciepło równomiernie w całym domu, co oznacza, że ​​nie ma zimnych miejsc. Pompa ciepła będzie się również włączać i wyłączać rzadziej niż piec gazowy, a większość systemów wyeliminowała wdmuchiwanie zimnego powietrza przez otwory wentylacyjne, które występowało, gdy system tymczasowo przełączał się na wsteczny w celu odszraniania wężownic.

Przed zainstalowaniem pompy ciepła należy zastanowić się, jakiego rodzaju ogrzewania dodatkowego lub zapasowego można użyć, gdy pompa ciepła nie może pracować wydajnie. Wiele pomp ciepła wykorzystuje dodatkowe ogrzewanie elektryczne, ale możesz również użyć palnika olejowego lub przystosowanego pieca gazowego. Niezależnie od tego, jaki rodzaj systemu grzewczego jest powszechny w Twojej okolicy, jest to prawdopodobnie najbardziej wydajna i opłacalna metoda rezerwowa. Zawsze możesz zadzwonić do lokalnego zakładu energetycznego w celu uzyskania informacji.

Gruntowe pompy ciepła są lepszymi osuszaczami niż normalne klimatyzatory, ponieważ systemy te mają zazwyczaj większe, płaskie wężownice powrotne, które kondycjonują i osuszają więcej powietrza niż odpowiednia wężownica w systemie klimatyzacyjnym. Powietrzne pompy ciepła mają mniej więcej takie same możliwości osuszania jak systemy klimatyzacyjne. Jeśli masz jakiekolwiek potrzeby związane z nawilżaniem lub osuszaniem, weź to pod uwagę.