Działanie sprężarkowej pompy ciepła, najlepiej przedstawić na przykładzie działania lodówki. Pobiera ona z produktów żywnościowych ich wewnętrzne ciepło i oddaje je na zewnątrz – do pomieszczenia. Pompy ciepła nie różnią się niczym, pod względem zasady działania od lodówki, przemiany termodynamiczne i podstawowe elementy konstrukcyjne w obu urządzeniach są identyczne. Jedyna różnica między nimi to efekty ich pracy, a co za tym idzie – zastosowanie. Lodówka ma dobrze chłodzić produkty spożywcze, a efektem ubocznym jej pracy jest ogrzewanie pomieszczenia poprzez wydzielanie się ciepła. Pompa ciepła działa odwrotnie, ma grzać budynek, a efekt uboczny to chłodzenie dolnego źródła ciepła.
Głównymi elementami pompy ciepła są: parownik, skraplacz, sprężarka i zawór dławiący. Wszystkie te elementy połączone są przewodem wypełnionym czynnikiem roboczym – nośnikiem ciepła. To właśnie za pomocą nośnika ciepła odbywa się transport ciepła.
Działanie pompy ciepła: czynnik roboczy pobiera ciepło z otoczenia ziemi, transportuje je do pompy ciepła i dalej do parownika. Parownik ma konstrukcję wymiennika płytowego, gdzie między sąsiednimi płytami znajdują się: czynnik chłodniczy, posiadający wyjątkowo niską temperaturę wrzenia oraz nośnik ciepła. Pod wpływem temperatury nośnika ciepła czynnik chłodniczy (będący w tym momencie w postaci cieczy) wrze – odparowuje, po czym sprężarka spręża tę parę do wysokiego ciśnienia. W wyniku sprężania para ulega skropleniu, przy czym jest to proces egzotermiczny z wydzielaniem dużych ilości ciepła. Proces skraplania zachodzi w skraplaczu będącym jednocześnie wymiennikiem ciepła dla instalacji grzewczej. Po oddaniu ciepła w skraplaczu, czynnik roboczy w postaci cieczy przepływa do zaworu rozprężnego, gdzie zostaje gwałtownie obniżone jego ciśnienie. Czynnik ponownie z cieczy przechodzi w parę pochłaniając przy tym duże ilości ciepła z otoczenia. Proces ten zachodzi w dolnym źródle ciepła i obieg rozpoczyna się na nowo. Jeśli ilość ciepła w dolnym źródle jest niewystarczająca do odparowania czynnika, wydajność pompy ciepła gwałtownie spada aż do całkowitego ustania pracy.
Budowa pompy ciepła:
Rys. Budowa sprężarkowej pompy ciepła
Jednym ze wskaźników charakteryzujących pompy ciepła jest tzw. współczynnik efektywności. Mówi on, ile zużyto energii elektrycznej, napędzającej sprężarkę elektryczną, w stosunku do całości oddanej energii grzewczej. Typowy współczynnik efektywności nowoczesnych pomp ciepła wynosi 4 i mówi, że dostarczone systemowi grzewczemu ciepło składa się w trzech czwartych z ciepła pobranego bezpośrednio ze środowiska, a w jednej czwartej z energii elektrycznej, koniecznej do pracy sprężarki. Współczynnik efektywności pompy oblicza się, stosując następujący wzór:
Współczesne pompy ciepła mają współczynnik COP na poziomie 3,5-5,5.
Rys. Graficzne przedstawienie efektywności
pompy ciepła o współczynniku COP = 4.
Źródło:
– instsani.pl