Opis budowy i działania pompy ciepła

Pompa ciepła jest urządzeniem grzewczym niskotemperaturowym, którego zasadę działania oparto na odkrytych zjawiskach i przemianach fizycznych, oraz właściwościach pewnych gazów. W dużym uproszczeniu to odwrócona lodówka, która zamiast chłodzić odzyskuje energię z otoczenia i oddaje ją do instalacji grzewczej budynku.

Urządzenie to składa się z czterech podstawowych elementów tworzących obieg termodynamiczny. Są to; parownik, kompresor, skraplacz i zawór rozprężny. W całym układzie krąży gaz R 290, który posiada zdolność wrzenia w niskich temperaturach. W takim zestawieniu, po uruchomieniu urządzenia zachodzą w sposób ciągły cztery procesy. Pierwszy to odbiór ciepła z otoczenia (na parowniku - radiatory), następny to sprężanie w kompresorze, potem oddanie ciepła w skraplaczu (wymienniku), a dalej rozprężanie realizowane na zaworze rozprężnym.

Zasada działania pompy ciepła

Czynnik chłodniczy (gaz) w formie cieczy przepływa przez sieć miedzianych rurek otoczonych potężnymi aluminiowymi powierzchniami (radiatorami) ułatwiającymi przyjmowanie energii z zewnątrz. Powierzchnia radiatorów zastępuje około 800 m bieżących rury ułożonej poziomo pod powierzchnią ziemi do pobierania ciepła, w przypadku takiego typu pompy cieplnej.
Gaz przepływając przez magistralę otoczoną radiatorami ulega podgrzaniu pobierając ciepło z zewnątrz. Tu należy przypomnieć, iż ujemna temperatura nie oznacza braku tej energii. To nadal jest energia cieplna. Znaczącym czynnikiem energetycznym jest zawartość pary wodnej w powietrzu (wilgotność powietrza) i wiatr.

Dlaczego? Wytłumaczenie jest proste. Wilgoć w powietrzu (w postaci gazu, lub opadów atmosferycznych), osiadając (skraplając się) na powierzchni radiatorów oddaje tam swoje ciepło. Dzieje się to tak szybko, iż następnym stanem skupienia jest po prostu szadź lub lód. Następuje szybki transfer energii do przepływającego w rurach czynnika. Wynikiem takiej przemiany jest jego nagrzanie i przejście z cieczy do stanu lotnego. Jako gaz trafia on do kompresora (sprężarki), gdzie podnoszone jest jego ciśnienie. W momencie otwarcia zaworu ekspansyjnego sprężony gwałtownie ogrzewa się i gorący trafia do wymiennika cieplnego o dużej wydajności. Tam oddaje swoją energię (ciepło). Ogrzewając wodę, znów przechodzi w stan ciekły. Woda krążąc w systemie centralnego ogrzewania oddaje energię cieplną do budynku. W chwili gdy ubędzie jej ponad zadane wartości, powyżej opisany proces rozpoczyna się od nowa.

Istnieją cztery podstawowe prawa, które umożliwiają pobieranie ciepła z powietrza:
1. Aby jakąś ciecz doprowadzić do wrzenia i zamienić w parę, potrzebna jest energia cieplna.
2. Kiedy para przechodzi ponownie w ciecz, oddaje ona tyle samo energii cieplnej ile pobrała podczas parowania.
3. Gdy sprężamy gaz, temperatura rośnie wraz z ciśnieniem.
4. Gdy zwiększamy ciśnienie nad ciecz, rośnie jej temperatura wrzenia.

Źródło: pompy ciepła octopus