Chłodzenie pompą ciepła

Pompa ciepła to urządzenie które nie tylko ogrzewa dom – możliwe jest również chłodzenie pompą ciepła.

W upalne dni doceniamy klimatyzację, w biurach i sklepach jest już niemal standardem. Również w domach jedno- i wielorodzinnych coraz częściej stosowane jest chłodzenie pomieszczeń. Chłodzić budynek można na wiele sposób. Tradycyjne klimatyzatory skutecznie chłodzą jedno lub kilka pomieszczeń, zapewniając w nich przyjemną temperaturę. Ale inwestorzy, którzy zdecydowali się na pompę (oprócz taniego ogrzewania domu) w lecie mogą również wykorzystać ją do chłodzenia budynku. Oczywiście, każde rozwiązanie wymaga mniejszych lub większych nakładów na inwestycję, różna będzie też skuteczność chłodzenia. Jednak właściwie zaprojektowana instalacja ogrzewania i chłodzenia domu zgodnie z oczekiwaniami inwestora, sprawi, że z pewnością będzie z niej zadowolony.

Chłodzenie pompą ciepła realizowane jest najczęściej przy wykorzystaniu niskiej temperatury dolnego źródła ciepła: gruntu, wody gruntowej (chłodzenie naturalne) lub przez odwróconą pracę pompy ciepła, która działa wówczas jak chłodziarka (chłodzenie aktywne).

Chłodzenie aktywne

Może być realizowane przy pompach ciepła pobierających ciepło z gruntu, wody gruntowej i powietrza atmosferycznego. Przy aktywnym chłodzeniu pomieszczeń (active cooling), pompa ciepła działa w odwrócony sposób – parownik pełni wówczas funkcję skraplacza, a skraplacz parownika – czyli obieg czynnika chłodniczego w pompie ciepła zostaje odwrócony, tym samym zmienia się kierunek przepływu ciepła.

Pompa ciepła w trybie ogrzewania – sprężarka tłoczy pary czynnika chłodniczego do wymiennika ciepła systemu grzewczego (skraplacza). Czynnik skrapla się w nim, oddając ciepło zasilające instalację ogrzewania budynku (rys. 1).

Rys. 1. Uproszczony schemat działania odwracalnej pompy ciepła w funkcji grzania

Tryb chłodzenia – przy pomocy zaworu czterodrożnego kierunek przypływu czynnika w obiegu pompy ciepła zostaje odwrócony. Skraplacz pełni teraz funkcję parownika, gdzie ciepło z pomieszczeń przekazywane jest do czynnika chłodniczego. Pary czynnika chłodniczego zasysane są sprężarką przez zawór czterodrożny, a następnie w skraplaczu oddają ciepło do otoczenia (rys. 2).

Rys. 2. Uproszczony schemat działania odwracalnej pompy ciepła w funkcji chłodzenia

Moc grzewcza sprężarkowych pomp ciepła jest trochę większa od mocy chłodniczej przy ich odwróconej pracy. Wynika to z tego, że w trybie ogrzewania energia pobierana do napędu sprężarki jest w niej zamieniana w ciepło i wykorzystywana do ogrzewania. Również w trybie chłodzenia, podczas pracy sprężarki, ciepło to jest także wytwarzane i pogarsza moc chłodniczą. Ciepło pracy sprężarki w odwracalnych pompach ciepła pogarsza ich wskaźnik efektywności COP, który jest niższy dla pracy w trybie chłodzenia niż przy ogrzewaniu.

Naturalne chłodzenie pompą ciepła

Chłodzenie naturalne (natural cooling) realizowane jest przez pompy ciepła, pobierające ciepło z gruntu lub wody gruntowej. Wystarczy zastosować kilka dodatkowych elementów w instalacji (np. wymiennik płytowy, pompę, zawór trójdrożny), aby wykorzystać niską temperaturę gruntu lub wody gruntowej do chłodzenia pomieszczeń w gorące dni.

Wydajność chłodzenia naturalnego (moc chłodnicza) zależy w dużej mierze od wielkości dolnego źródła ciepła, jego temperatury i czasu wykorzystywania. Pod koniec lata, kiedy grunt zgromadził już dużo ciepła jego moc chłodnicza może się obniżyć. Pod tym względem lepszy efekt można uzyskać wykorzystując wodę gruntową, której temperatura nie zmienia się znacznie w całym okresie eksploatacji. Dodatkową zaletą naturalnego chłodzenia jest szybka regeneracja dolnego źródła ciepła i akumulacja dodatkowego ciepła w gruncie, które zostanie później wykorzystane do ogrzewania budynku w sezonie grzewczym.

Podczas pracy chłodzenia naturalnego sprężarka pompy ciepła pozostaje wyłączona. Energię elektryczną pobierają jedynie pompy obiegowe i pozostałe urządzenia nią zasilane. Regulator pompy ciepła steruje pracą całej instalacji: pompami, zaworami przełączającymi i mieszającymi, kontroluje temperatury w charakterystycznych punktach instalacji oraz kontroluje temperaturę punktu rosy.

Skuteczności chłodzenia naturalnego nie można porównywać z tradycyjną klimatyzacją, jednak jest to szczególnie tani w eksploatacji sposób chłodzenia pomieszczeń. Współczynnik efektywności COP jest 3 do 4 razy większy niż przy tradycyjnej klimatyzacji i przy chłodzeniu naturalnym wynosi ok. 15 do 20.

Przykładowy schemat instalacji pokazany jest na rys. 3, gdzie pomieszczenia są chłodzone naturalnie poprzez instalację ogrzewania podłogowego budynku. Z wymiennika gruntowego solanka o temperaturze ok. 5 do 12^oC transportowana jest do wymiennika ciepła. Z drugiej strony, uruchomiona zostaje pompa obiegu chłodzenia ogrzewania podłogowego. Woda z instalacji przepływając przez wymiennik ciepła zostaje ochłodzona. Następnie przez instalację ogrzewania podłogowego odbiera ciepło z chłodzonych pomieszczeń. Ogrzana solanka przepływając przez wymiennik gruntowy oddaje mu ciepło.

Rys. 3. Uproszczony schemat instalacji do chłodzenia przez ogrzewanie podłogowe.

Dwa w jednym

Doskonały efekt można uzyskać wybierając pompę ciepła, która może pracować w trybie chłodzenia naturalnego i aktywnego. Jeśli wydajność chłodzenia naturalnego będzie niewystarczająca, wówczas pompa ciepła przełączy się na chłodzenie aktywne, dostarczając do budynku potrzebną ilość chłodu.