Pompy ciepła do produkcji ciepłej wody użytkowej

Coraz częściej decydujemy się na zastosowanie w domu odnawialnych źródeł energii i energooszczędnych systemów grzewczych. Decydują o tym w dużej mierze stale rosnące ceny tradycyjnych paliw oraz brak możliwości zastosowania tańszych nośników energii cieplnej. Jednym z ekologicznych rozwiązań są pompy ciepła pozwalające na produkcję ciepłej wody użytkowej (CWU) współpracujące z kolektorami słonecznymi. Dzięki połączeniu tych urządzeń można stworzyć system niemal samowystarczalny.

Przeznaczeniem pomp ciepła do wody użytkowej, czyli pompy PCWU jest podgrzewanie wody użytkowej w okresie od wczesnej wiosny do późnej jesieni oraz – gdy temperatury zewnętrzne są dodatnie – również zimą.

– Pompa ciepła PCWU przy niewielkim udziale energii elektrycznej, wykorzystuje niskotemperaturową energię cieplną zmagazynowaną w powietrzu i zamienia ją na cieplną energię użytkową, pozwalając zarówno na ogrzewanie, jak i klimatyzowanie pomieszczeń w domach oraz w budynkach przemysłowych – wyjaśnia Paweł Sokół z białostockiej spółki Soleo.

Proces ten pozwala na znaczną redukcję kosztów ponoszonych na ogrzewanie. W tym przypadku bowiem tylko ok. 25–35 proc. potrzebnej energii pochodzi z sieci elektrycznej. Pozostałe 65–75 proc. to darmowe ciepło pozyskane ze środowiska naturalnego.

– Z uwagi na fakt, że konstrukcja pompy umożliwia bezpośredni przepływ przez nią wody, może być ona stosowana w niemal każdej istniejącej instalacji wyposażonej w pojemnościowy podgrzewacz wody. By jednak obniżyć koszty ogrzewania, stosowanie pomp ciepła zaleca się zwłaszcza w układach z podgrzewaczem wyposażonym w grzałkę elektryczną – dodaje ekspert.

Na cykl działania pompy ciepła składają się cztery podstawowe etapy pracy. W pierwszym kroku ciepło ze źródła o niskiej temperaturze absorbowane jest do parownika. Dochodzi do tego przez czynnik chłodniczy, który następnie zasysany jest do sprężarki zwiększającej jego temperaturę i ciśnienie.

W kolejnej fazie sprężony czynnik dociera do skraplacza i w wyniku chłodzenia ulega skropleniu, oddając w ten sposób energię (czyli ciepło) do obiegu grzewczego. Następnie czynnik chłodniczy przepływa przez zawór rozprężny. Dzięki temu spada jego ciśnienie i temperatura.

W końcowej fazie cyklu czynnik dociera do parownika, w którym pozyskując ciepło z dolnego źródła ulega odparowaniu i w postaci gazu w kolejnej fazie sprężania podnoszona jest jego temperatura i ciśnienie.

Przeczytaj: Jakie korzyści płyną z montażu pompy ciepła

Podstawowymi czynnikami wpływającymi na efektywność pracy pompy są: temperatura źródła ciepła oraz aktualna temperatura czynnika ogrzewanego. Warto zatem pamiętać, że wzrost różnicy temperatur pomiędzy nośnikiem niskotemperaturowym a nośnikiem o wysokiej temperaturze powoduje obniżenie wydolności systemu i mocy grzewczej.

W sytuacji coraz droższych paliw i braku możliwości użycia tańszych nośników energii cieplnej, najefektywniejszą alternatywą dla ogrzewania elektrycznego, olejem opałowym lub gazem staje się połączenie pompy ciepła i kolektorów słonecznych.

– Aby inwestycji w takie rozwiązanie zakończyła się sukcesem, należy wybrać system, który jest w pełni zintegrowany. Powinien to być zestaw solarny wyposażony w podgrzewacz z wbudowaną pompą ciepła. Warto pamiętać, że łączenie systemów wymaga zarówno odpowiednio przystosowanej instalacji, jak i ekonomicznego uzasadnienia całej inwestycji – podpowiada ekspert.

Pompy ciepła zaliczają się bowiem do niskotemperaturowych źródeł ciepła i mogą ogrzać wodę do temperatury 55–60 stopni Celsjusza (czyli 45–50°C po zmieszaniu wody w kranie). To temperatura wystarczająca w przypadku wody użytkowej. Powyżej tych wartości, z powodu dużych strat, ogrzewanie wody przestaje być jednak opłacalne.

Z kolei kolektory słoneczne, w zależności od nasłonecznienia, mogą wystarczyć, by w pełni pokryć zapotrzebowanie na energię, która potrzebna jest do podgrzewania wody użytkowej lub podwyższania jej temperatury, by ograniczyć czas pracy pompy ciepła.

– Widać więc, że integracja systemu kolektorów z pompami łączy zalety obydwu urządzeń, tworząc system niemal samowystarczalny – dodaje na koniec Paweł Sokół. 

Schemat działania pompy ciepła zimą i latem