Pompy ciepła i perpetuum mobile

Lubię odpisywać na pytania czytelników, zwłaszcza na te, które zmuszają mnie do myślenia i gruntownego zastanowienia.

Takie właśnie jest poniższe pytanie, na które chciałem dziś odpowiedzieć. Odpowiedź dla mnie jest oczywista, ale chęć przedstawienia zagadnienia w możliwie prosty sposób zmusiła mnie do zastanowienia…

Od jakiegoś czasu zaglądam na Pańską stronę i czytam z zaciekawieniem. Nie jestem znawcą, ani instalatorem, po prostu interesuje mnie temat związany ogrzewaniem naszych domów/mieszkań. Ale do rzeczy, może najpierw przytoczę fragment z Pańskiego artykułu:

„Mowa jednak o pompach ciepła, które użytkownicy często montują w pomieszczeniach wewnętrznych, np. w garażu czy kotłowni. I o ile latem działanie takiej pompy ciepła jest korzystne dla budynku (bo obniża w nim temperaturę), o tyle w okresach przejściowych i zimą, taka pompa ciepła podgrzewa ciepłą wodę korzystając z ciepła z wnętrza budynku. A więc tak naprawdę nie pobiera ona darmowego ciepła z powietrza, tylko ciepło wyprodukowane wcześniej w centralnym ogrzewaniu.”

Moje pytanie brzmi: Czy jeżeli wstawili byśmy właśnie pompę ciepła w jednym z pomieszczeń w domu to czy nie można by było zrobić z tego takiego koła zamachowego które samoistnie by się napędzało poprzez uprzednio wyprodukowaną energię? Oczywiście występuje zużycie prądu, ale powietrze które dociera do urządzenia jest już wstępnie mocno ogrzane, a nie minusowe występujące na zewnątrz budynku. Co Pan o tym sądzi?

Pompa ciepła dostarcza do pomieszczeń (albo ciepłej wody użytkowej) ciepło, które pochodzi z dwóch źródeł. Po pierwsze, jest to ciepło czerpane z dolnego źródła. Po drugie, jest to ciepło, w które zamienia się energia elektryczna dostarczana do pompy ciepła, zużywana przez sprężarkę, pompy obiegowe, itd.

Zamontowanie pompy ciepła z dolnym źródłem wewnątrz domu (czyli np. czerpiącej powietrze z jednego z ogrzewanych pomieszczeń) tak naprawdę sprawi, że będziemy mieć bardzo, ale to bardzo drogie ogrzewanie elektryczne. Drogie w instalacji (pompa ciepła jest znacznie droższa od np. elektrycznych grzejników), ale też drogie w eksploatacji.

Wyobraźmy sobie sytuację, że nasz dom ma postać idealnie szczelnego  i doskonale zaizolowanego termosu. Że przez ściany, dach i okna nie przepływa nawet odrobina ciepła. W środku w takim domu zamontujemy pompę ciepła powietrze-woda. Będzie ona czerpać ciepło z powietrza znajdującego się w budynku, a dostarczać ciepło do instalacji ogrzewania podłogowego.

Pomieszczenie, w którym znajduje się pompa ciepła, zacznie się szybko wychładzać. Bardzo szybko! Pompa ciepła zużywa duże ilości powietrza, więc szybko obniża temperaturę w zamkniętej przestrzeni. Jednocześnie, ciepło będzie dostarczane do innych pomieszczeń. Tego ciepła będzie oczywiście więcej, niż zostało zaczerpnięte z powietrza – a różnica ta jest równa ilości energii elektrycznej zużytej przez pompę ciepła.

Skoro budynek jest idealnie zaizolowany, to do wnętrza nie dostaje się ciepło. A jedyna postać energii, która przepływa w tej sytuacji przez przegrody budynku, to energia elektryczna, zużywana przez pompę ciepła. W domu rzeczywiście będzie cieplej, ale odbędzie się to w całości kosztem energii elektrycznej. Jak to wygląda, widać na poniższym schemacie. Przedstawiłem na nim dla uproszczenia pompę ciepła powietrze-powietrze, która czerpie ciepłe powietrze z wnętrza budynku i tam też oddaje ogrzane powietrze. Proszę zwrócić uwagę na szerokość strzałek, która zakłada, że współczynnik wydajności pompy ciepła (COP) ma wartość 4.

Nieco inaczej wygląda sytuacja, gdy stosuje się pompę ciepła powietrze-woda do przygotowania ciepłej wody użytkowej, korzystającą z zużytego powietrza wentylacyjnego. Taka pompa jest w stanie schłodzić zużyte powietrze na tyle, że będzie zimniejsze, niż atmosferyczne. Odzyskuje ona więcej niż 100% energii uciekającej z powietrzem wentylacyjnym. Wynika to z faktu, że do otoczenia trafia powietrze o temperaturze np. 0°C, podczas gdy temperatura powietrza wprowadzanego do wnętrza domu wynosi +5°C.

Tak czy siak, do pomp ciepła podchodziłbym ostrożnie. Te urządzenia to nie perpetuum mobile pierwszego rodzaju. One nie oddają więcej energii, niż zużywają, choć mogłoby się tak wydawać. One po prostu zamieniają jeden rodzaj energii na inny. I wszystko przy zużyciu energii elektrycznej…

Zobacz także