Pierwsza pompa ciepła służąca do ogrzewania domu mieszkalnego powstała w Wielkiej Brytanii w 1928 roku.
W przemysłowych rozwiązaniach stosowano je już na początku XX wieku.
Pompy ciepła musiały odbyć długą drogę, nim zostały rozpowszechnione na całym świecie. Do Polski dotarły na przełomie lat 80. i 90. XX wieku. W rzeczywistości prawdziwą popularność zyskały dopiero po roku 2000, gdy problem wysokich cen opału i zanieczyszczenia powietrza stał się bardziej rozpowszechniony.
W wyniku coraz to bardziej restrykcyjnych wymagań środowiskowych, nowych warunków technicznych dotyczących maksymalnych poziomów zapotrzebowania budynków na energię cieplną, pompy ciepła za niedługi okres czasu staną się standardem w nowych oraz modernizowanych budynkach.
Jak działa pompa ciepła?
Pompa ciepła nie wytwarza energii cieplnej tak jak np. kocioł gazowy a jedynie „pompuję” ciepło z obszaru o niższej temperaturze do obszaru o wyższej temperaturze. Przepływ ciepła jest odwrotny niż samorzutne naturalne procesy wymiany ciepła. II zasada termodynamiki nie wyklucza takiego zjawiska o ile dostarczymy dodatkową energię z zewnątrz (energia elektryczna do napędu sprężarki).
Wielu z Was cały czas zadaję sobie pytanie – jak to możliwe, że z ośrodka, gdzie panuję temperatura np. -4 stopnie można pozyskać energię i wykorzystać ją na cele grzewcze?
Zgodnie z termodynamiczną skalą Kelvina, każde ciało, którego temperatura jest wyższa niż zero bezwzględne (-273,15 stopni Celsjusza) posiada niezerową energię wewnętrzną. Aby pobrać energię ze środowiska i oddać ją w użytecznej formie dla instalacji grzewczej, wykorzystuję się poszczególne procesy termodynamiczne pokazane na rysunku, tzw. przemiany fazowe czynnika chłodniczego. Czynnikiem roboczym jest czynnik chłodniczy, który zmienia swoją formę podczas kolejnych procesów.
1.
Na samym początku cyklu pracy, czynnik chłodniczy w fazie ciekłej wpływa do wymiennika ciepła zwanego parownikiem. Opływające parownik medium dolnego źródła (powietrze, glikol, woda) powoduję pobranie ciepła z dolnego źródła i w konsekwencji odparowanie czynnika chłodniczego w parowniku. W takiej jeszcze formie, nie można przekazać ciepła do układu grzewczego, ponieważ temperatura czynnika jest za niska w stosunku do temperatur w układzie grzewczym (brak wymiany ciepła).
2.
Czynnik chłodniczy w fazie gazowej zasysany jest przez sprężarkę. Dostarczając do sprężarki energię elektryczną, następuję sprężenie par czynnika do wyższego ciśnienia. Zgodnie z zasadami termodynamiki, sprężenie gazu powoduję oprócz wzrostu jego ciśnienia również wzrost jego temperatury. W konsekwencji uzyskuję się zdecydowanie wyższe, użyteczne temperatury czynnika.
3.
Po opuszczeniu sprężarki, gorące pary czynnika kierowane są do drugiego wymiennika ciepła, zwanego skraplaczem. To właśnie przez skraplacz przepływa woda z systemu grzewczego. Czynnik chłodniczy ulega skropleniu, oddając ciepło do systemu grzewczego. Skroplony i schłodzony czynnik opuszcza skraplacz i kieruję się do zaworu rozprężnego. Tam następuję obniżenie ciśnienia oraz temperatury czynnika (Efekt Joule’a-Thomsona) i z powrotem jest kierowany do parownika i cykl się powtarza.
Zasada działania jest taka sama w przypadku pomp typu powietrze-woda oraz glikol-woda.