Budowa pompy ciepła – jej elementy i ich znaczenie
Klucz do efektywnej pracy pompy ciepła tkwi w jej budowie oraz właściwym działaniu poszczególnych elementów, takich jak sprężarka, parownik, skraplacz czy zawór rozprężny. Wyjaśniamy, z czego zbudowana jest pompa ciepła oraz jaka jest rola każdego z jej komponentów.

Obieg chłodniczy – fundament działania pompy ciepła
Podstawą funkcjonowania każdej pompy ciepła jest obieg chłodniczy, który pozwala na efektywne pozyskiwanie i przekazywanie energii cieplnej. Proces ten opiera się na czterech elementach: sprężarce, parowniku, skraplaczu oraz zaworze rozprężnym, które wspólnie tworzą zamknięty układ odpowiedzialny za wymianę ciepła.
Sprężarka pełni kluczową rolę w obiegu, ponieważ to właśnie tutaj czynnik roboczy – substancja krążąca w systemie – ulega sprężeniu. W wyniku tego procesu znacznie wzrasta ciśnienie i temperatura czynnika, co umożliwia przeniesienie pozyskanej energii do dalszej części układu. Sprężarka w pompie ciepła działa podobnie jak pompa w układzie hydraulicznym – wymusza przepływ czynnika, ale zamiast cieczy, mamy do czynienia z gazem. Współczesne sprężarki inwerterowe, stosowane w pompach ciepła, cechują się płynną regulacją wydajności, co pozwala dostosować ich pracę do aktualnych potrzeb cieplnych budynku. To znacząco wpływa na efektywność energetyczną całego systemu.
Parownik to element, który odpowiada za pobór ciepła ze środowiska zewnętrznego – powietrza, gruntu lub wody. W parowniku czynnik roboczy zmienia swój stan skupienia z cieczy na gaz, wykorzystując energię cieplną pobraną z otoczenia. Proces ten możliwy jest nawet przy bardzo niskich temperaturach zewnętrznych, co sprawia, że pompy ciepła są wyjątkowo wydajnymi urządzeniami, nawet w trudnych warunkach klimatycznych.
Po opuszczeniu sprężarki, czynnik roboczy kierowany jest do skraplacza, gdzie następuje proces oddania ciepła do instalacji grzewczej budynku. Skraplacz działa w sposób odwrotny do parownika – gazowy czynnik roboczy skrapla się, oddając przy tym energię cieplną do wody grzewczej lub powietrza w systemie ogrzewania. Dzięki temu możliwe jest ogrzanie
pomieszczeń oraz podgrzewanie wody użytkowej.
Ostatnim ważnym elementem układu chłodniczego jest zawór rozprężny, który odpowiada za redukcję ciśnienia czynnika roboczego po opuszczeniu skraplacza. W wyniku rozprężenia, temperatura czynnika gwałtownie spada, co przygotowuje go do ponownego odbioru ciepła w parowniku. Zawór rozprężny zapewnia właściwe parametry pracy czynnika, umożliwiając efektywne wykorzystanie energii cieplnej w kolejnych cyklach.
Dodatkowe elementy budowy – przepływomierz i grzałka
Oprócz podstawowych, omówionych powyżej komponentów, w konstrukcji pompy ciepła ważną rolę odgrywają dodatkowe elementy, które mają zoptymalizować pracę urządzenia oraz zapewnić jego długoterminową wydajność i niezawodność. Do takich komponentów należą przepływomierz wirowy oraz grzałka elektryczna, które pełnią istotne funkcje wspierające działanie systemu.
Przepływomierz wirowy to urządzenie mierzące przepływ cieczy w instalacji, np. w obiegu wody grzewczej lub solanki. Dokładność i stabilność pomiaru przepływu są istotne dla efektywnego funkcjonowania pompy ciepła, ponieważ zbyt mały przepływ może prowadzić do nieprawidłowej pracy urządzenia, a nawet jego uszkodzenia. Przepływomierz wirowy charakteryzuje się wysoką dokładnością, niezależnie od zmian ciśnienia w układzie, co zapewnia niezmiennie optymalne warunki pracy systemu. Co więcej, przepływomierze wirowe są wysoce niezawodne, ponieważ nie posiadają ruchomych części, które mogłyby ulec zużyciu w trakcie eksploatacji. Dzięki temu nie wymagają one częstej konserwacji ani kalibracji, co przekłada się na ich długą żywotność oraz zmniejsza ryzyko awarii.
Grzałka pełni także funkcję zabezpieczenia przed zamarzaniem. W bardzo niskich temperaturach istnieje ryzyko zamarznięcia wody w instalacji grzewczej, co mogłoby prowadzić do uszkodzenia ważnych elementów pompy ciepła, takich jak wymiennik ciepła. Grzałka uruchamia się automatycznie w momencie, gdy temperatura w systemie spada do poziomu, który mógłby zagrażać bezpiecznej pracy urządzenia. Dzięki temu pompa ciepła pozostaje chroniona, a jej wydajność nie jest zagrożona nawet w najbardziej surowych warunkach pogodowych.
Oprócz funkcji ochronnej, grzałka może również działać jako wsparcie szczytowe w momentach największego zapotrzebowania na ciepło, np. w czasie wyjątkowo mroźnych dni, kiedy sama pompa ciepła nie jest w stanie dostarczyć wystarczającej ilości energii cieplnej. W takich sytuacjach grzałka włącza się, aby zapewnić dodatkowe ciepło do systemu grzewczego, wspomagając pracę sprężarki i całego układu. Ważne jest jednak, aby udział grzałki w dostarczaniu energii cieplnej był minimalny – zgodnie z wytycznymi, grzałka może odpowiadać jedynie za 5% całkowitej ilości ciepła dostarczanego w trakcie sezonu grzewczego. Oznacza to, że pompa ciepła powinna być odpowiednio dobrana, aby w większości przypadków sama była w stanie zaspokoić zapotrzebowanie na energię, a grzałka jedynie wspierała jej pracę w ekstremalnych warunkach.
Grzałka może także pełnić funkcję wspomagania procesu odszraniania wymiennika ciepła. W niskich temperaturach parownik pompy ciepła typu powietrze-woda może być narażony na osadzanie się szronu, co może obniżać jego efektywność. Grzałka umożliwia szybkie podgrzanie czynnika w instalacji, co pomaga usunąć szron i przywrócić normalną pracę
urządzenia. Istota wydajnej pracy pomp ciepła leży w konstrukcji oraz współdziałaniu poszczególnych elementów, takich jak sprężarka, parownik, skraplacz i zawór rozprężny, które wspólnie tworzą zamknięty obieg chłodniczy. Dodatkowo, elementy takie jak przepływomierz i grzałka pełnią istotne funkcje wspierające, zapewniając stabilność i bezpieczeństwo działania pompy ciepła, nawet w ekstremalnych warunkach pogodowych.
Artykuł znalazł się w magazynie Projekty Domów.