Zasada działania pomp ciepła powietrze-woda

Z termodynamicznego punktu widzenia, pompy ciepła powietrze-woda nie różnią się niczym od pomp ciepła innego rodzaju (np. powietrze-powietrze czy glikol-woda). Działają one bowiem wedle tych samych praw fizyki, a co więcej znaczna część ich wnętrza jest bardzo do siebie podobna.

Tak jak wszystkie inne pompy ciepła, tak i pompy powietrze-woda składają się z czterech głównych elementów:

  • parownika, w którym czynnik roboczy pobiera ciepło z dolnego źródła ciepła (w tym przypadku — z powietrza atmosferycznego),
  • sprężarki, która podnosi ciśnienie czynnika roboczego,
  • skraplacza, w którym czynnik roboczy skrapla się, oddając ciepło do wody krążącej w instalacji ogrzewczej (albo do ciepłej wody użytkowej),
  • zaworu dławiącego, który powoduje zmniejszenie ciśnienia czynnika roboczego.

Schemat działania pompy ciepła powietrze woda i poszczególne procesy, które w niej zachodzą, przedstawia poniższy rysunek.

Powietrze atmosferyczne jest przetłaczane przez wymiennik ciepła (parownik, nieco przypominający samochodową chłodnicę) z pomocą dużego wentylatora. Powietrze oddaje swoje ciepło do cieczy umieszczonej wewnątrz wymiennika, która ze względu na to, że ma niskie ciśnienie, szybko odparowuje, odbierając ciepło od powietrza.

Następnie gaz o niskim ciśnieniu z parownika trafia do sprężarki, która go spręża do wyższego ciśnienia. Jednocześnie temperatura czynnika roboczego się podnosi. Następnie sprężony, gorący gaz trafia do skraplacza.

W skraplaczu następuje oddawanie ciepła do wody krążącej później w instalacji ogrzewczej (albo do zimnej wody z wodociągu). Akurat na schemacie widać wodę w obiegu ogrzewania i to nawet nie podłogowego, ale tego typu pompy ciepła bywają używane do produkcji ciepłej wody użytkowej. Po przepłynięciu przez ten wymiennik ciepła, czynnik roboczy znów jest cieczą, ale o wysokim ciśnieniu.

Obieg termodynamiczny jest domykany przez zawór dławiący. Dzięki temu urządzeniu ciśnienie czynnika roboczego spada (wciąż pozostaje on cieczą), co umożliwia jego odparowanie w parowniku.

Opublikował 02.02.2011 mgr inż. Krzysztof Lis i oznaczył hasłami , ,

9 komentarze(y) i opinii do artykułu “Zasada działania pomp ciepła powietrze-woda”

  1. Panie Krzysztofie,

    Z zainteresowaniem przeczytałem Pański wpis na temat pomp ciepła i wpadłem na pewien czysto teoretyczny pomysł dotyczący optymalizacji działania takiej pompy w warunkach zimowych, ale z racji mojej słabej znajomości zagadnień proszę o komentarz.
    Największą wadą takiego systemu jest jego słabsza wydajność zimą kiedy temperatura powietrza spada poniżej zera, a właśnie wtedy najbardziej potrzebne jest ogrzanie budynku. Czy nie można wyeliminować kontaktu jednostki zewnętrznej z zimnym powietrzem np. poprzez zamknięcie jej w pomieszczeniu, do którego powietrze dostarczymy przez system GWC (gruntowego wymiennika ciepła)?
    W ten sposób nawet w duże mrozy wymiennik będzie miał kontakt z powietrzem o temperaturze zbliżonej do zera i jego wydajność nie spadnie.
    Pomysł jest na pierwszy rzut oka banalnie prosty ale pewnie diabeł tkwi w szczegółach.

  2. @Avida: tym sposobem rzeczywiście zbliżymy pompę ciepła powietrze-woda do pompy solanka-woda czyli z cieczowym gruntowym wymiennikiem ciepła (dolnym źródłem). Tym szczegółem będzie np. zużycie energii na przetłoczenie dostatecznie dużych ilości powietrza przez GWC no i sam koszt jego budowy. Ze względu na niewielką pojemność cieplną powietrza, wymiennik będzie musiał być większy, niż cieczowy, i koszt jego eksploatacji będzie wyższy.

  3. A czy jest możliwe aby zespolic PC i rekuperator. chodzi mi o taki układ gdzie ciepłe powietrze z wnetrza domu ogrzewa zimne w rekuperatorze, ktore nastepnie trafia do parownika PC?

  4. @K. Sperka: można, tylko co to miałoby na celu?

  5. Chodzilo mi o ogrzanie powietrza z zewnatrz, ktore ogrzewa zimny gaz PC co w konsekwencji poprawia sprawnosc.

  6. @K. Sperka: są pompy ciepła wykorzystujące powietrze z wentylacji do podgrzewania ciepłej wody użytkowej, ale wtedy raczej nie stosuje się rekuperatora.

    Żeby wstępnie podgrzać w rekuperatorze powietrze do pompy ciepła zamiast do wentylacji? Na pewno się da, na pewno poprawi parametry pracy pompy ciepła. Trzeba byłoby to policzyć. 🙂

  7. Witam , a ja mam takie pytanie czy ta pompa powietrzna może stać w piwnicy?:D bo mam mieszkanie na parterze i fajnie by było mniej płacić za ogrzewanie. Przepraszam za odkopanie tematu.

  8. „Akurat na schemacie widać wodę w obiegu ogrzewania i to nawet nie podłogowego, ale tego typu pompy ciepła bywają używane do produkcji ciepłej wody użytkowej.”
    Jak nie podłogowego to jakiego?, rozumiem, że pompy ciepła powietrze woda nadają się raczej do ogrzewania c.w.u. niż c.o. tak?, tylko przypadkowo na schemacie jest woda o typowych parametrach c.o.?

  9. @Adam: zależy, jak na to patrzeć.

    Pompy ciepła powietrze-woda o dużej mocy stosowane są do ogrzewania domów. Ale są też takie o mniejszych mocach, do używania latem do podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Działają wtedy nieźle, na pewno taniej, niż elektryczne bojlery.

    Tu akurat na schemacie jest woda o temperaturach jak dla przewymiarowanych grzejników, ale nie dla podłogówki. Dziś grzejniki to raczej 70/50°C, a ogrzewanie podłogowe zasila się nawet wodą o temperaturze niższej, niż 35°C.

Pozostaw komentarz

Subscribe without commenting