Pompa ciepła TICA TSCA/I typu SPLIT powietrze-woda

Powietrzna pompa ciepła

Powietrzna pompa ciepła to jedno z najbardziej energooszczędnych urządzeń, które przekazują energię cieplną ze źródła do odbiorcy zgodnie z cyklem sprężania, absorpcji, elektrochemii lub termoelektryki pary. W nowoczesnych urządzeniach HVAC z reguły stosuje się cykl sprężania pary.

Urządzenie przeznaczone jest do zaopatrywania w ciepłą wodę grzejników, ciepłych podłóg, central wentylacyjnych, klimakonwektorów, a także do zaspokojenia domowych potrzeb lokalnych odbiorców. Powietrzna pompa ciepła może zarówno bezpośrednio podgrzewać uzupełnianą wodę wodociągową, jak i utrzymywać temperaturę płynu roboczego (nośnika ciepła) krążącego w systemie grzewczym lub pochodzącego ze zbiornika.

Dodatkowo powietrzna pompa ciepła, podobnie jak tradycyjny klimatyzator, pomaga w efektywnym chłodzeniu różnych obiektów. Urządzenie elektryczne zaopatruje w zimną wodę o temperaturze 5-15 stopni Celsjusza (zazwyczaj 7 °C) końcowe elementy centralnego systemu klimatyzacji – centrale wentylacyjne z kanałami powietrznymi i klimakonwektorami do nich podłączonymi.

Konstrukcja powietrznej pompy ciepła

Pompa ciepła (powietrze-woda) składa się z następujących głównych elementów:

• sprężarka;
• urządzenie dławiące (elektroniczny zawór rozprężny lub zawór termostatyczny);
• parownik;
• kondensator;
• wentylator.

Dodatkowo powietrzna pompa ciepła wyposażona jest w zbiornik wyrównawczy oraz pompę wodną (w niektórych modelach mogą być niedostępne).

Zasada działania powietrznej pompy ciepła

Jak wspomniano powyżej, powietrzna pompa ciepła może ogrzewać lub chłodzić obiekt. W trybie ogrzewania urządzenie elektryczne za pomocą wentylatora pobiera powietrze z zewnątrz i kieruje je do miedzianej wężownicy wymiennika ciepła (parownika), wewnątrz którego krąży czynnik chłodniczy (mogą być używane freony R134a, R407c, R410a, dwutlenek węgla (CO2), amoniak (NH3) itp.). Wrze w dość niskich temperaturach otoczenia i przechodzi ze stanu ciekłego w gazowy, po czym jest zasysany przez sprężarkę. W agregacie tym następuje sprężanie czynnika chłodniczego, co powoduje wzrost jego ciśnienia i temperatury. Następnie ogrzany czynnik pompowany jest do kondensatora (wymiennika płaszczowo-rurowego lub płytowego), gdzie oddaje swoje ciepło do płynu roboczego (wody). Podczas wymiany ciepła czynnik chłodniczy jest schładzany i skraplany, to znaczy przechodzi ze stanu gazowego do ciekłego. Powstała mieszanina parowo-cieczowa jest przepuszczana przez urządzenie dławiące (elektroniczny zawór rozprężny lub zawór termostatyczny), i jej ciśnienie się obniża. Następnie już ciekły czynnik chłodniczy, który ma stosunkowo niskie ciśnienie, ponownie wchodzi do parownika i cały cykl się powtarza.

W trybie chłodzenia ma miejsce odwrotny proces. Ciekły czynnik chłodniczy o niskim ciśnieniu po przejściu przez urządzenie dławiące jest pompowany do wymiennika-parownika (w obiegu odwróconym jego rolę pełni kondensator) i poprzez jego rury odbiera ciepło z wody. W rezultacie ochładza się, a freon wrze i zamienia się w gazowy stan skupienia. Następnie do pomieszczeń chłodniczych klimatyzatorów (klimakonwektorów, jednostek wentylacyjnych) dostaje się woda o temperaturze do 15 stopni Celsjusza (zwykle 7 st. °C), a podgrzany gaz jest zasysany przez sprężarkę i pompowany do wymiennika ciepła-kondensatora. Przepuszcza się przez niego za pomocą potężnego wentylatora znaczny przepływ powietrza, który może osiągnąć kilkadziesiąt tysięcy metrów sześciennych na godzinę. Wchodząc w interakcję z powietrzem przez powierzchnię miedzianych rurek kondensatora, czynnik chłodniczy jest chłodzony i ponownie przechodzi ze stanu skupienia w stanie gazowym do ciekłego. Powstała mieszanina parowo-cieczowa jest przepuszczana przez dławik, a następnie, już w stanie ciekłym, jest pompowana do wymiennika ciepła-parownika. Cykl się powtarza.

Czynniki chłodnicze stosowane w pompach ciepła (powietrze-woda)

Obecnie najpopularniejszymi czynnikami chłodniczymi do pomp ciepła są syntetyczne freony i dwutlenek węgla. Zastosowanie pierwszych jest spowodowane względną taniością; dobrze rozwiniętymi technologiami; wysoką wydajnością chłodniczą i grzewczą, co umożliwia stosowanie do ich sprężania sprężarek o mniejszej wydajności objętościowej; doskonałą kompatybilnością z olejami mineralnymi wymaganymi do smarowania i chłodzenia jednostek napędowych. Z drugiej strony, takie freony są toksycznymi, silnymi gazami cieplarnianymi i mają wysoki współczynnik globalnego ocieplenia (GWP). Do niedawna aktywnie wykorzystywano również freony zawierające chlor, które niszczą cząsteczki ozonu, dlatego ich produkcja i stosowanie w nowoczesnych systemach grzewczych, wentylacyjnych i klimatyzacyjnych było zabronione przez Protokół Montrealski w sprawie substancji zubożującej warstwę ozonową.

Dwutlenek węgla to tak zwany naturalny czynnik chłodniczy. Jest przyjazny dla środowiska (współczynnik globalnego ocieplenia GWP = 1, potencjał niszczenia warstwy ozonowej ODP = 0), chemicznie obojętny, ma bardzo wysoką właściwą moc cieplną i zimną, nietoksyczny, niepalny i niewybuchowy. Koszt produkcji CO2 jest niski: jest 100-120 razy tańszy niż freon R134a, ponadto jest produkowany wszędzie, w tym w Rosji. Główne trudności związane ze stosowaniem dwutlenku węgla jako czynnika chłodniczego wynikają z jego niskiej temperatury wrzenia (nie więcej niż 31,1 °C) i bardzo wysokiego ciśnienia roboczego (do 8-10 MPa). W rezultacie wzrasta zużycie metalu przez sprzęt wykorzystujący CO2. Jest to szczególnie zauważalne w porównaniu z pompami ciepła wykorzystującymi obecnie najbardziej popularne chemosyntetyczne freony R410a i R134a.