Pompują pieniądze w innowacje

Dzięki wprowadzaniu kolejnych innowacji pompy ciepła z ekonomicznego punktu widzenia są coraz bardziej konkurencyjne w stosunku do innych systemów grzewczych. Szczególnie do większości pieców opalanych węglem, olejem, a nawet gazem ziemnym.

Pompy ciepła zaczęto stosować w Niemczech, głównie w domach jedno- i wielorodzinnych, pod koniec lat 60. ubiegłego stulecia. Zainteresowanie nimi zwiększało się równolegle ze wzrostem cen nośników energii. W Niemczech szczyt osiągnęło w 2008 roku. W kolejnych dwóch latach odnotowano niewielki spadek, ale już rok później ich sprzedaż znów wzrosła.

Rosnąca popularność pomp ciepła wynika z dość niskiej ich ceny, w porównaniu np. z kotłowniami domowymi, stosunkowo prostej eksploatacji, uniezależnienia od paliw i sprzyjania ochronie środowiska.

Wzmożone zainteresowanie pompami szczególnie widoczne jest podczas kryzysów związanych z trudnościami w pozyskiwaniu ropy.

W Niemczech prognozuje się, że w latach 2030-35 sprzedaż tych urządzeń będzie kształtowała się na poziomie 300 tys. sztuk rocznie.

Badania nad dwutlenkiem węgla

Najczęściej kupowanymi pompami są te, które pobierają ciepło z powietrza oraz z ziemi, łącznie z jej wodnymi zasobami, a nawet z miejsko-gminnych kanalizacji.

W pierwszej generacji pomp ciepła jako czynnik chłodzący stosowano fluorochlorowęglowodory. Jednak z uwagi na ich silnie toksyczne właściwości zostały one szybko zastąpione mieszankami o symbolach R404A oraz R407C. Obecnie prowadzi się działania badawczo-wdrożeniowe nad zastosowaniem CO₂ w wyżej wymienionym obiegu chłodniczym. Dzięki jego termodynamicznym właściwościom pompy ciepła będą mogły być eksploatowane w wyższych niż obecnie temperaturach. W dodatku dzięki temu, że ditlenek węgla jest chemicznie obojętny dla otoczenia, nie ma problemów z jego usuwaniem oraz magazynowaniem.

Sprężarka nowej generacji

Układ chłodniczy pompy ciepła pracuje w określonym zakresie pod podwyższonym ciśnieniem. Przez wiele lat stosowania tego typu agregatów ciepłowniczych instalowano w nich sprężarki tłokowe. Ze względu na ich skomplikowaną konstrukcję są one jednak kosztowne. W dodatku mają dość niski stopień niezawodności ruchu.

W ramach wieloletnich procesów udoskonalania pomp ciepła udało się opracować sprężarkę nowej generacji o nazwie Scrol. Jej istotę stanowią dwie spiralne powłoki, które zainstalowano jedna w drugiej w hermetycznej obudowie. Między nimi znajdują się przestrzenie sprężania w kształcie sierpa. Jedna z tych powłokowych spiral jest stacjonarna, druga obrotowa – napędzana silnikiem elektrycznym. Pojemności tych sierpowych przestrzeni między obiema spiralami powłokowymi zmniejszają się w miarę zbliżania się ich ku środkowi spiral – i w tym tkwi istota sprężania. W czasie ruchu tej sprężarki operacje ssania, sprężania oraz przetłaczania czynnika chłodniczego zachodzą równocześnie i to bez zaworów ssących oraz tłoczących. Dla pełnego jego sprężania potrzebne są dwa, trzy obroty ruchomej powłoki spiralnej.

Pracują coraz dłużej

Inną nowością zastosowaną w ostatnich latach w technice funkcjonowania pomp ciepła było wprowadzenie regulatorów obrotów wirujących elementów. Przykładowo, poprzez zainstalowanie inwertora na silniku sprężarki czynnika chłodniczego, można regulować jej wydajnością, wynikającą z aktualnego zapotrzebowania na ciepło w ogrzewanych pomieszczeniach. Ta innowacja zapewnia nie tylko dłuższą pracę pomp ciepła w kolejnych sezonach grzewczych, ale jednocześnie zwiększa ich żywotność.

W ramach udoskonalania ziemnych pomp ciepła w ostatnich latach zastosowano zwarte, płytowe wymienniki ciepła, instalowane zarówno w części „zimnej”, jak i „ciepłej”. Także w powietrzno-wodnych pompach ciepła montuje się już wysokosprawne odparowalniki o specjalnej konstrukcji. Zaowocowało to poprawą ich sprawności oraz mniejszym zużyciem energii.

Konkurencja dla pieców

Trwają prace badawczo-wdrożeniowe nad optymalizacją operacji rozprężania czynnika chłodniczego, przeprowadzaną przez zawór dławiący. Celem tych badań jest wykorzystanie występującego tam potencjału ciśnieniowego poprzez odpowiednią rekonstrukcję powyższego elementu armatury.

W przeciwieństwie do pierwszej generacji, dzisiejsze pompy ciepła są wyposażone w różnorakie regulatory, blokady oraz elementy procesowo-techniczne, które zapewniają im optymalny ruch, jak w każdej innej, współczesnej instalacji ciepłowniczej. Dzięki tym innowacjom współczesne pompy ciepła bywają z ekonomicznego punktu widzenia konkurencyjnymi w stosunku do wielu innych systemów grzewczych. Szczególnie do większości pieców opalanych węglem, olejem, a nawet gazem ziemnym. Wynika to z faktu, że pompy ciepła są zwarte w swej budowie i nie wymagają buforowych zbiorników z ciepłą wodą. Te natomiast są niezbędne, między innymi, w systemach grzewczych, bazujących na kolektorach słonecznych.

Proste i tanie

Z upływem lat powietrzno-wodne pompy ciepła cieszą się rosnącym zainteresowaniem społeczeństwa, gdyż pobieranie ciepła z otaczającej nas atmosfery jest proste i tanie.

Ponieważ pojemność cieplna gazów jest relatywnie niewielka, do wymienników ciepła wentylatory muszą doprowadzać ogromne ilości powietrza. Odmiennie bywa z ziemnymi pompami ciepła i to szczególnie tam, gdzie ciepło można pobierać z wód gruntowych. Powszechnie wiadomo, że wodę charakteryzuje bardzo wysoka pojemność cieplna.

Uwzględniając, że ziemne pompy ciepła można sprzęgać z miejsko-gminnymi sieciami grzewczymi, ich wytwórcy żywią przekonanie o rosnących z roku na rok możliwościach sprzedaży tych urządzeń. Dodatkowo utwierdza ich w tych oczekiwaniach nieustanny wzrost cen wszystkich nośników energii.