Co to jest pompa ciepła?

Ciepło przepływa samoistnie z materiałów o wyższej temperaturze do materiałów o niższej temperaturze, ogrzewając je. Pompą ciepła nazywamy urządzenie, które wymusza przepływ ciepła w kierunku odwrotnym czyli z materiału o niskiej temperaturze do materiału o temperaturze wyższej.

Generalnie wszyscy korzystamy z pomp cieplnych na co dzień. Takim przykładem jest lodówka. Pobiera ona ciepło od włożonych produktów i przekazuje je do pomieszczenia, jednocześnie je ogrzewając. Gdyby wstawić lodówkę do otwartego okna i otworzyć drzwi na zewnątrz to lodówka pobierałaby ciepło z zewnątrz ogrzewając pomieszczenie. Pozostaje tylko kwestia zapewnienia odpowiedniej mocy i sprawności. Pompy ciepła dzielimy podobnie jak lodówki na sprężarkowe i absorpcyjne. Zwykle pompy ciepła oddają ciepło do wody za pomocą wymiennika ciepła.

Sprawność pomp ciepła zależy przede wszystkim od różnicy temperatur na źródle ciepła i temperatury odbioru ciepła. Im mniejsza różnica temperatur tym większa sprawność pompy. Sprawność pomp określa współczynnik efektywności tzw. COP, który określany jest jako stosunek energii cieplnej jaką uzyskujemy na wyjściu pompy do energii włożonej (w przypadku pompy sprężarkowej). Przeciętnie współczynnik ten wynosi ok. 3,5, przy temp, źródła dolnego 0°C i temp odbioru (źródła górnego) 50°C. Oznacza to, że uzyskujemy 3,5 kW energii cieplnej, wydatkując na pracę pompy 1 kW energii elektrycznej. Teoretycznie wskaźnik efektywności może wynosić nawet kilkanaście, ale praktycznie pompy ciepła osiągają od 2 do 5 w zależności od różnicy temperatur.

Praktyczny wniosek z tego, że stosowanie pomp ciepła wymaga niskotemperaturowych systemów grzewczych, gdyż wtedy ich sprawność jest wyższa.

Drugi sposób podniesienia współczynnika efektywności to zwiększenie temperatury źródła dolnego, zasilającego pompę. Praktycznie można to zrobić jedynie za pomocą wyboru typu pompy ciepła. Ze stosowanych do ogrzewania źródeł ciepła najwyższą temperaturę ma woda, stąd pompa typu woda-woda ma najwyższy wskaźnik efektywności przez cały rok. Najgorzej wypada, w naszym klimacie, jako źródło powietrze, z uwagi na niestabilność jego temperatury i znaczny spadek temperatury zimą. Niektóre pompy ciepła typu powietrze-woda mogą pracować nawet w temperaturze -25°C ale większość poniżej -20°C wspomagana jest pracą grzałki albo też grzałka całkowicie zastępuje pracę pompy ciepła. Z kolei takie pompy są wręcz niezastąpione tam, gdzie występuje duża ilość ciepła odpadowego, np. w piekarni, które może być łatwo i efektywnie wykorzystane  do podgrzewania ciepłej wody użytkowej.