Co to jest i jak działa pompa ciepła ?

Pompa ciepła jest ekologicznym urządzeniem grzewczym, niskotemperaturowym, którego zasada działania opiera się na znanych zjawiskach i przemianach fizycznych. Opisując działanie pompy ciepła zauważymy, że w obiegu termodynamicznym pompy ciepła, zachodzą w sposób ciągły cztery procesy.

W parowniku, czynnik roboczy ulega procesowi odparowania (proces odbioru ciepła z otoczenia). Następnie w kompresorze następuje proces sprężania par czynnika roboczego., a za kompresorem czynnik roboczy posiadający wysokie ciśnienie i wysoką temperaturę, ulega procesowi skraplania w skraplaczu 
(proces oddawania ciepła do systemu).

 Ostatnim procesem, jakiemu podlega czynnik roboczy w obiegu termodynamicznym,jest proces rozprężania realizowany na zaworze rozprężnym, dozującym czynnik roboczy do parownika, gdzie następuje ponownie proces odparowania, a cykl przedstawiony powyżej powtarza się.

W uproszczony sposób zasadę działania pompy ciepła przedstawia Rysunek 1.

Proces transportu ciepła z ośrodka o niższej temperaturze do ośrodka o temperaturze wyższej możliwy jest jedynie przy
udziale wysoko wartościowej energii (exergii) dostarczonej z zewnątrz. Energią tą jest energia elektryczna doprowadzona do napędu sprężarki będącej jednym z elementów obiegu termodynamicznego, który to obieg umożliwia nam opisany transport ciepła.

Do określenia współczynnika efektywności COP pompy ciepła („sprawności”) możemy wykorzystać odwrócony obieg Carnota

W rzeczywistości nie jest możliwy obieg idealny, dlatego też efektywność ε pompy ciepła po uwzględnieniu wszystkich strat (takich jak np.: straty mechaniczne, termiczne, elektryczne itd.) jest mniejsza. W dużym uproszczeniu możemy przyjąć, że o połowę mniejsza jak wielkość teoretyczna ε_C   

Współczynnik efektywności jest tym wyższy, im mniejsza jest różnica temperatur ∆T pomiędzy temperaturą w systemie grzewczym a temperaturą źródła ciepła. Dlatego systemy grzewcze z niską temperaturą pracy jak np. ogrzewanie podłogowe lub grzejnikowe niskotemperaturowe współpracujące z pompą ciepła jako źródłem ciepła osiągają bardzo wysokie współczynniki efektywności, przy możliwie najniższych kosztach eksploatacyjnych

Źródło: materiały projektowe STIEBEL ELTRON