Jak działa pompa ciepła: ciepła się nie wytwarza, tylko przenosi
Kocioł spala gaz, żeby wytworzyć ciepło. Pompa ciepła nie wytwarza ciepła: pobiera je z powietrza zewnętrznego, także zimą, i przenosi do środka. Prąd jest potrzebny tylko do tego przenoszenia, dlatego maszyna oddaje więcej energii cieplnej, niż zużywa energii elektrycznej. O ile więcej, mówi współczynnik COP, który w naszych maszynach można odczytać na wyświetlaczu.
Transport zapewnia czynnik chłodniczy, który krąży w zamkniętym obiegu i przechodzi przez cztery etapy. Wyjaśniamy je na przykładzie Kita Air ogrzewającej halę.
01
Cztery etapy czynnika chłodniczego
1. Parowanie. W lamelowym wymienniku jednostki zewnętrznej czynnik wpływa zimniejszy od powietrza. Paruje, jak wrząca woda, i parując pobiera ciepło z powietrza, które wentylator przez niego przepycha. Działa to także poniżej zera: wystarczy, że czynnik jest zimniejszy od powietrza.
2. Sprężanie. Sprężarka zasysa gaz i go spręża: ciśnienie i temperatura rosną, aż gaz staje się znacznie cieplejszy od powietrza w hali.
3. Skraplanie. Gorący gaz trafia do jednostki wewnętrznej i oddaje ciepło powietrzu, które wentylator kieruje w dół, tam gdzie się pracuje. Oddając ciepło, z powrotem staje się cieczą.
4. Rozprężanie. Ciecz wraca do jednostki zewnętrznej i przechodzi przez zawór rozprężny: traci ciśnienie, schładza się i jest gotowa, by znowu odparować. W naszych maszynach zawór jest zawsze elektroniczny. Steruje nim płyta sterująca, która odczytuje czujniki i wpuszcza do wymiennika dokładnie tyle czynnika, ile może odparować, w każdej chwili. Zawór mechaniczny nie nadąża z taką samą dokładnością za zmianami temperatury i obciążenia.
Na schemacie sprężarka jest narysowana u góry dla przejrzystości. W maszynie znajduje się w jednostce zewnętrznej, razem z wymiennikiem i zaworem.
02
Latem obieg się odwraca
Ta sama maszyna chłodzi. Oba wymienniki zamieniają się rolami: wewnętrzny pobiera ciepło z hali, zewnętrzny oddaje je na zewnątrz. Dlaczego klimatyzator, który zimą też grzeje, nie jest pompą ciepła, wyjaśniliśmy w pigułce o klimatyzatorze.
03
Dlaczego przy mrozie wydajność spada
Sprężarka pracuje tym ciężej, im większa jest różnica między temperaturą, w której czynnik paruje na zewnątrz, a tą, w której skrapla się w środku. Przy powietrzu o temperaturze -7 °C ta różnica jest większa niż przy +7 °C i COP spada. To prawo, które Carnot zapisał dwa wieki temu: żadna prawdziwa maszyna nie osiąga jego granicy, ale tendencja jest taka sama.
Dlatego pompy ciepła nie ocenia się po znamionowym COP, tylko po tym, co robi zimą. Liczą się wymiennik i sprężarka:
- duży wymiennik, który pozwala czynnikowi parować blisko temperatury powietrza, jak wyjaśniliśmy w pigułce o lamelach;
- sprężarka zbudowana do dużych różnic temperatur, jak wyjaśniliśmy w pigułce o sprężarkach scroll.
04
Odszranianie: tylko wtedy, gdy trzeba
Zimą wymiennik zewnętrzny pracuje poniżej zera, a wilgoć z powietrza osadza się na nim jako szron. Dopóki szronu jest mało, maszyna grzeje normalnie. Gdy wymiennik się zapełni, powietrze przestaje przez niego przechodzić i maszyna musi stopić lód, pobierając ciepło z hali.
Wiele pomp ciepła odszrania się czasowo, co określoną liczbę minut, albo gdy tylko wymiennik spadnie poniżej określonej temperatury. Odszraniają się więc także wtedy, gdy wymiennik jest prawie czysty, a każde niepotrzebne odszranianie to ciepło zabrane budynkowi i czas, w którym maszyna nie grzeje.
Nasze odszraniają się tylko wtedy, gdy to naprawdę potrzebne: gdy wymiennik jest pełen szronu, a wymiana ciepła z powietrzem spadła poniżej określonego progu. Mierzy to płyta sterująca, a nie zegar. To nasz opatentowany system odszraniania. Więcej miejsca między lamelami oznacza też więcej szronu przed osiągnięciem tego progu, a więc mniej odszraniań, jak wyjaśniliśmy w pigułce o odszranianiu.
05
Najczęstsze pytania
Jak działa pompa ciepła, w prostych słowach?
Nie wytwarza ciepła: bierze je z powietrza zewnętrznego i przenosi do środka za pomocą czynnika, który w zamkniętym obiegu odparowuje, jest sprężany, skrapla się i rozpręża. Prąd służy tylko do napędzania obiegu.
Czy pompa ciepła działa poniżej zera?
Tak: wystarczy, że czynnik w wymienniku zewnętrznym jest zimniejszy od powietrza. Gdy jest zimniej, różnica temperatur rośnie, a COP spada.
Dlaczego pompa ciepła jest mniej wydajna przy mrozie?
Sprężarka pracuje tym ciężej, im większa jest różnica między temperaturą parowania na zewnątrz a temperaturą skraplania w środku: przy -7 °C różnica jest większa niż przy +7 °C.
Czy ta sama pompa ciepła chłodzi latem?
Tak: obieg się odwraca, a dwa wymienniki zamieniają się rolami. Wewnętrzny odbiera ciepło z pomieszczeń, zewnętrzny oddaje je na zewnątrz.
Zobacz też: Pompa ciepła do grzejników: czy to działa? Tak, a z propanem lepiej · Ile prądu zużywa pompa ciepła: dziennie, rocznie i według mocy, z liczbami z kart technicznych · COP pompy ciepła: co to jest, jak się go mierzy i dlaczego we mgle nie jest już taki sam · Najlepsza pompa ciepła: 10 rzeczy do sprawdzenia, zanim wybierzesz pompę powietrze-woda · Chłodzenie pompą ciepła: podłogówka czy klimakonwektory, jaka sprawność i co jest potrzebne · Pompa ciepła gruntowa czy powietrzna: zużycie prądu, koszty i żywotność
Wszystkie pigułki techniczne są na stronie cyklu. Następna za dwa tygodnie.
