Pompa ciepła – co to jest i jak działa?

Chiller to urządzenie chłodnicze do schładzania cieczy, które znajduje szerokie zastosowanie we wszystkich gałęziach przemysłu, gdzie istnieje potrzeba usunięcia nadmiaru ciepła. Mimo to różnorodność opcji agregatów chłodniczych jest dość duża. Mogą być wyposażone w moduł hydrauliczny, opcję freecoolingu i mogą charakteryzować się zwiększoną wydajnością lub zmniejszonym poziomem hałasu. Ale dzisiaj przyjrzymy się jednej z najpopularniejszych opcji agregatów chłodniczych – pompie ciepła. Czym więc jest ten sprzęt i jak działa?

Pompa ciepła to urządzenie umożliwiające pozyskiwanie energii cieplnej z otoczenia i wykorzystanie jej do ogrzewania i podgrzewania wody . Pompy takie z powodzeniem ogrzewają i dostarczają ciepłą wodę do całych miast. Popularność sprzętu i wzrost zapotrzebowania na niego wiążą się z opłacalnością urządzenia: zużywając 1 kW energii elektrycznej , pompa ciepła wytwarza 3-5 kW energii cieplnej .

Zasada działania pompy ciepła, podobnie jak agregatu chłodniczego , opiera się na wymianie ciepła. Jeśli agregat chłodniczy przekazuje ciepło z ulicy na ulicę, pompa ciepła, przeciwnie, przekazuje ciepło z ulicy na odbiorcę , zmieniając w ten sposób miejsca skraplacza i parownika.

Do zmiany trybu „ogrzewanie” na „chłodzenie” stosuje się zawór 4-drogowy, przełączający kierunek przepływu freonu.

Wydajność pompy ciepła dezorientuje wiele osób, ponieważ jeśli ją obliczysz, wynosi ona zasadniczo ponad 100 %. Jednak takie wyliczenia są po prostu błędne i nie uwzględniają innego źródła energii niż zużyty prąd. Źródłem tym jest zwykle powietrze. Energia elektryczna w urządzeniu nie jest zużywana bezpośrednio na ogrzewanie, a jedynie na „koncentrowanie” energii źródła ciepła niskiej jakości, z reguły dostarczającego energię do pracy sprężarki. Oznacza to, że pompa ciepła ma dwa źródła energii – energię elektryczną i źródło ciepła niskiej jakości, a obliczenia nie uwzględniają drugiego źródła, a wartości większe niż jedno są błędnie uzyskiwane.

Za bardziej poprawny współczynnik charakteryzujący wydajność pompy ciepła przyjęto współczynnik COP – współczynnik transformacji (lub współczynnik produktywności) . Im wyższa liczba, tym bardziej wydajna jest pompa ciepła. Jeśli więc dokumentacja techniczna mówi, że wydajność wynosi 400%, należy to interpretować w następujący sposób: COP tego sprzętu wynosi 4. COP oblicza się za pomocą wzoru:

COP=T2/(T2-T1)

gdzie:
T1—- temperatura źródła naturalnego (powietrza)
T2—- temperatura chłodziwa

Pomysł pompy ciepła został opracowany już w 1852 roku przez wybitnego brytyjskiego fizyka Lorda Kelvina. Jednak pompa ciepła weszła do praktycznego zastosowania w latach czterdziestych XX wieku, kiedy wynalazca Robert Weber eksperymentował ze sprzętem chłodniczym. Weber przypadkowo dotknął gorącej rurki skraplacza i zdał sobie sprawę, że ciepło zostało po prostu wyrzucone. Wynalazca pomyślał, jak wykorzystać to ciepło i zdecydował się umieścić rurę w bojlerze, aby podgrzewać wodę. Dzięki temu Weber zapewnił swojej rodzinie ogromne ilości ciepłej wody . Jednocześnie część ciepła z podgrzanej wody dostała się do powietrza. To skłoniło naukowca do myślenia, że możliwe jest jednoczesne podgrzewanie wody i powietrza z jednego źródła ciepła , więc Weber ulepszył swój wynalazek i zaczął przepuszczać gorącą wodę przez spiralny wymiennik ciepła i za pomocą małego wentylatora rozprowadzać ciepło po całym domu, aby go podgrzać.

Obecnie coraz większą popularnością cieszy się agregat-pompa ciepła tzw. układu czterorurowego ze skraplaczem chłodzonym powietrzem. Taki agregat chłodniczy jest urządzeniem przeznaczonym do jednoczesnego chłodzenia i podgrzewania chłodziwa. Jednostka ta jest w stanie zapewnić systemowi wodę lodową i ciepłą przez cały rok, a także dostarczyć ciepłą wodę na potrzeby sanitarne. Dzięki temu obiekt może obejść się bez dodatkowych kosztów, co gwarantuje znaczne oszczędności energii.

Czterorurowa agregatowa pompa ciepła doskonale sprawdza się na potrzeby przedsiębiorstw produkcyjnych, instytucji medycznych, firm logistycznych, muzeów, sklepów warzywnych i innych obiektów, w których konieczne jest utrzymanie ściśle określonych warunków temperaturowych w różnych pomieszczeniach.

Czterorurowa agregat chłodniczy-pompa ciepła może pracować w jednym z trzech trybów:
1. Tylko chłodzenie;
2. Tylko ogrzewanie;
3. Chłodzenie i ogrzewanie. Potrafi także automatycznie regulować moc chłodzenia i grzania wody w zależności od warunków otoczenia i ustawień użytkownika oraz szybko przełączać się z jednego trybu pracy na drugi.

Zakres temperatur pracy nowoczesnych pomp ciepła mieści się w następujących granicach:

• W trybie chłodzenia – przy temperaturach zewnętrznych od 0°C do 45°C mogą zapewnić temperaturę płynu chłodzącego od 3 °C do 20°C. Jednakże wielu producentów produkuje modele, które umożliwiają pracę urządzeń wytwarzających chłodziwo w temperaturach ujemnych do -10 °C , a także pracę w temperaturach otoczenia do -15°C lub nawet niższych. W takim przypadku konieczne jest użycie niezamarzających mieszanin jako chłodziwa, takich jak glikol propylenowy, glikol etylenowy itp.
• W trybie grzania – przy temperaturach zewnętrznych do -15°C dostarczają ciepłą wodę o temperaturze do 60 °C , jednak dostępne są również modele, które mogą pracować przy temperaturach powietrza do -25°C.

Podsumowując, pompa ciepła agregatu chłodniczego może pracować przy temperaturach zewnętrznych zimą do -25°C, latem do 48 °C . Temperatura wody może dochodzić do 60 °C w trybie grzania i do 10 °C w trybie chłodzenia. Trzeba jednak powiedzieć, że już przy temperaturze otoczenia -15 ° C zaczyna się wzrost zużycia energii i spadek wydajności pompy ciepła.

Nowoczesne chillery-pompy ciepła produkowane są zarówno z wymiennikami płytowymi, jak i płaszczowo-rurowymi. Do urządzeń dużej mocy stosuje się sprężarki śrubowe, gdyż wydajność tej ostatniej można płynnie regulować w zakresie od 100% do 25%, co zapewnia dokładniejsze i płynniejsze utrzymanie wymaganej temperatury. Jednocześnie do urządzeń średniej i małej mocy stosuje się sprężarki typu scroll, a do regulacji ich wydajności stosuje się tzw. falowniki lub przetwornice częstotliwości. Również w przypadku obu typów sprężarek, w celu zapewnienia stabilnej pracy układu, w ujemnych temperaturach otoczenia, stosowana jest technologia wtrysku (wtryskiwania) freonu do sprężarki w postaci pary i cieczy.

Jeśli na zewnątrz nie jest jeszcze bardzo zimno , parownik wytwarza wystarczającą ilość pary. Dostaje się do sprężarki głównie przez przewód niskiego ciśnienia, a przewód wtryskowy prawie nie jest zaangażowany. W tym trybie pompa ciepła pracuje z maksymalną wydajnością, pobierając ciepło z powietrza zewnętrznego. Wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej ilość pary w tym przewodzie maleje, a układ sterowania zwiększa przepływ czynnika chłodniczego w obwodzie wtryskowym, utrzymując wymagany przepływ gazu przez sprężarkę.

Evroprom posiada w swojej ofercie szeroką gamę agregatów chłodniczych z pompą ciepła, takich jak SYSTEMAIR SYSAQUA 90 o mocy 91,4/88 kW, PANASONIC ECOI-W AQUA-Z 2C 170CH z mocą 170/187 kW i modułem hydraulicznym lub AERMEC NRB 3600 XHA z mocą 969/1002 kW, modułem hydraulicznym i funkcją zwiększonej wydajności. Ponadto, jeśli potrzebujesz używanego agregatu wody lodowej, możesz zapoznać się z naszą ogólną ofertą lub skontaktować się z nami!

❗️ Evroprom – Twój zaufany przyjaciel w sprawach urządzeń chłodniczych. Wybierzemy najlepsze rozwiązanie chłodnicze dla Twoich potrzeb.

📞 +48228738598
📩 info@evroprom.com
✈️Telegram
📸Instagram
👔LinkedIn