Jak działa pompa ciepła typu powietrze-woda?

Jak przebiega obieg czynnika chłodniczego?

Sercem urządzenia jest szczelny obieg, w którym czynnik chłodniczy zmienia ciśnienie, temperaturę i stan skupienia. Dzięki tym zmianom może odebrać energię po stronie zewnętrznej, a następnie oddać ją po stronie instalacji wodnej. Kolejne elementy nie działają osobno: tworzą ciągły cykl, a sterownik reguluje jego intensywność zgodnie z bieżącym zapotrzebowaniem budynku.

Jak ciepło trafia z powietrza do instalacji wodnej?

Wentylator jednostki zewnętrznej przepuszcza powietrze przez parownik. Czynnik chłodniczy krążący wewnątrz wymiennika odbiera z niego energię. Po sprężeniu czynnik płynie do skraplacza, gdzie przekazuje energię wodzie instalacyjnej. Następnie pompa obiegowa kieruje ogrzaną wodę do ogrzewania podłogowego, grzejników, klimakonwektorów albo wymiennika w zasobniku c.w.u.

O tym, czy energia trafi do pomieszczeń, czy do zasobnika ciepłej wody użytkowej, decyduje układ hydrauliczny i automatyka. W wielu instalacjach zawór przełączający nadaje priorytet przygotowaniu c.w.u., a po osiągnięciu zadanej temperatury sterownik wraca do ogrzewania budynku. Pompa ciepła jest więc źródłem dla obiegu wodnego, a nie samodzielnym grzejnikiem stojącym w pomieszczeniu.

Dobór urządzenia wymaga znajomości strat ciepła budynku, temperatury zasilania potrzebnej odbiornikom oraz sposobu przygotowania c.w.u. Sama powierzchnia domu nie opisuje tych warunków. Dwa budynki o podobnej wielkości mogą potrzebować innej mocy i pracować przy innej temperaturze wody, jeżeli różnią się izolacją, wentylacją albo rodzajem grzejników.

Dlaczego pompa powietrze-woda działa zimą?

Powietrze zewnętrzne zawiera energię cieplną także podczas mrozu. Parownik i czynnik chłodniczy są zaprojektowane tak, aby pobierać ją w zakresie warunków określonym przez producenta. Wraz ze spadkiem temperatury powietrza rośnie jednak różnica między dolnym źródłem a wymaganą temperaturą wody. Sprężarka musi wtedy wykonać więcej pracy, a dostępna moc i efektywność zależą od charakterystyki konkretnego urządzenia.

Przy chłodnej i wilgotnej pogodzie na parowniku może powstać szron. Warstwa lodu utrudnia przepływ powietrza oraz wymianę ciepła, dlatego sterownik okresowo uruchamia odszranianie. Urządzenie na krótko zmienia sposób prowadzenia obiegu, kieruje ciepło do wymiennika zewnętrznego i usuwa osad. Jest to normalna część pracy, ale zużywa energię i chwilowo ogranicza ogrzewanie budynku.^[2]

Od czego zależy efektywność pompy powietrze-woda?

Najważniejsza jest różnica temperatur, którą układ musi pokonać. Im chłodniejsze powietrze i im cieplejszej wody wymaga instalacja, tym trudniejsze zadanie ma sprężarka. Dlatego pompa zwykle pracuje korzystniej z ogrzewaniem podłogowym albo odpowiednio dobranymi grzejnikami, które potrafią ogrzać pomieszczenia przy umiarkowanej temperaturze zasilania. Komisja Europejska również wskazuje, że wodne pompy ciepła działają najefektywniej, gdy nie muszą przygotowywać bardzo gorącej wody.^[3]

Na wynik wpływają również wymiarowanie urządzenia, przepływ w instalacji, ustawienie krzywej grzewczej, stan filtrów i wymienników, miejsce montażu jednostki zewnętrznej oraz częstotliwość pracy grzałki pomocniczej. Efektywność nie jest więc stałą cechą samego modelu. Powstaje z połączenia urządzenia, budynku, instalacji i sposobu sterowania.

Jak pompa współpracuje z instalacją CO i c.w.u.?

W trybie ogrzewania automatyka najczęściej dobiera temperaturę wody do temperatury zewnętrznej za pomocą krzywej grzewczej. Gdy na dworze robi się chłodniej, temperatura zasilania może wzrosnąć. Prawidłowe ustawienie krzywej ogranicza przegrzewanie pomieszczeń i pozwala sprężarce pracować dłużej, ale spokojniej. Częste wyłączanie i ponowne uruchamianie może oznaczać niedopasowanie mocy, zbyt mały przepływ albo nieprawidłowe ustawienia.

Przy przygotowaniu c.w.u. pompa musi zwykle podnieść temperaturę bardziej niż podczas zasilania ogrzewania podłogowego. Ten etap może więc przebiegać z inną efektywnością. Zasobnik powinien mieć wymiennik dostosowany do pompy ciepła, aby skutecznie odbierać energię przy parametrach przewidzianych przez projektanta. Grzałka elektryczna może pełnić funkcję pomocniczą, lecz jej udział powinien wynikać z konfiguracji systemu, a nie zastępować źle dobraną pompę.

Czy monoblok i split działają na tej samej zasadzie?

Tak. W obu rozwiązaniach występuje obieg sprężarkowy oraz przekazanie energii z powietrza do wody. Różnica dotyczy rozmieszczenia elementów i tego, co biegnie między jednostką zewnętrzną a wnętrzem budynku. W monobloku zasadniczy obieg chłodniczy jest zamknięty w jednej jednostce, a przez przegrodę budynku prowadzi się przewody wodne. W układzie split część obiegu chłodniczego łączy jednostkę zewnętrzną i wewnętrzną.

Ten podział wpływa na projekt montażu, zabezpieczenie przewodów oraz zakres prac wykonawcy, ale nie zmienia podstawowej odpowiedzi na pytanie o działanie pompy powietrze-woda. W każdym wariancie parownik pobiera energię z powietrza, sprężarka podnosi poziom temperatury, a skraplacz oddaje ciepło instalacji wodnej.

Pompa ciepła jako część całego systemu domu

Samo urządzenie nie przesądza o komforcie ani zużyciu energii. Znaczenie mają straty ciepła przez przegrody, wentylacja, wielkość odbiorników, hydraulika, sterowanie i sposób przygotowania c.w.u. Jeżeli modernizacja obejmuje również izolację albo wymianę grzejników, kolejność prac wpływa na późniejszy dobór źródła. Najpierw warto ograniczyć i policzyć zapotrzebowanie, a dopiero do nowych warunków dobrać pompę oraz ustawienia instalacji.

Jak rozumieć zasadę działania w praktyce?

Pompa ciepła typu powietrze-woda pobiera energię z powietrza w parowniku, podnosi temperaturę czynnika za pomocą sprężarki i przekazuje ciepło wodzie w skraplaczu. Zawór rozprężny przygotowuje czynnik do kolejnego obiegu. To wyjaśnia zarówno możliwość pracy zimą, jak i zależność efektywności od temperatury zewnętrznej oraz wymaganej temperatury zasilania.

Przy ocenie konkretnego rozwiązania trzeba patrzeć szerzej niż na samą nazwę technologii. Liczą się parametry urządzenia dla warunków budynku, zdolność instalacji do pracy z możliwie niską temperaturą wody, poprawne odszranianie, właściwy przepływ i dobrze ustawiona automatyka. Dopiero cały układ pokazuje, jak pompa powietrze-woda będzie działała w danym domu.