Teoria pompy ciepła
	Pompy ciepła przemieniają ciepło o niskiej temperaturze (nawet w zimie przy temperaturach poniżej 0°C) w ciepło o wysokiej temperaturze.

Odbywa się to w zamkniętym procesie obiegowym, poprzez stałą zmianę stanu fizycznego czynnika roboczego (parowanie, sprężanie, skraplanie, rozprężanie). W ten sam sposób np. lodówka pozbywa sie ciepła ze swego wnętrza i oddaje je póżniej na zewnątrz.

Pompy ciepła pobierają z otoczenia - gruntu, wody, powietrza - zmagazynowane ciepło słoneczne i oddają je wraz z energią napędową w formie ciepła do obwodów wody ciepłej lub grzewczej.

Rys.: Obieg termodynamiczny pompy ciepła o typowym przebiegu temperatury i ciśnienia. Czynnik roboczy R134a, punkt pracy: L7/W50.

Współczynnik efektywności

e = moc grzewcza / moc napędowa = (moc pierwotna (otoczenia) + moc napędowa) / moc napędowag

Współczynnik efektywności [e] określa oddaną moc grzewczą w stosunku do zastosowanej mocy napędowej.

Współczynnik efektywności o wielkości 4 określa więc, że jedna część użytej mocy elektrycznej zostanie przemieniona w cztery części wykorzystywalnej mocy grzewczej. Współczynnik efektywności jest wartością chwilową.

Energia użytkowa dostarczona w ciągu całego sezonu grzewczego w stosunku do dostarczonej elektrycznej energii napędowej daje nam roczny współczynnik efektywności. Ponadto należy rozróżnić pomiędzy współczynnikiem efektywności pompy ciepła i całkowitym współczynnikiem efektywności instalacji.

Obieg Carnota

Obieg termodynamiczny pomp ciepła odbywa się w zasadzie w odwrotnym cyklu Carnota.

W ten sposób możemy obliczyć współczynnik efektywności także poprzez różnicę temperatur pomiędzy żródłem ciepła (parownik) a górnym żródłem ciepła (skraplacz).

e_c = T / (T - T_u) = T / DT

e_c = współczynnik sprawności wg Carnota
T_u = Temperatura otoczenia, z którego pobierane jest ciepło (źródła dolnego)
T = Temperatura otoczenia, do którego oddawane jest ciepło (źródła górnego)
DT = Różnica temperatur pomiędzy cieplejszą i zimniejszą stroną (źródłami górnym i dolnym)

Graficzne przedstawienie wartości zmiennych T i S (entropia) w obiegu Carnota wygląda następująco:

Rys.: Wykres zależności T-S. Wykres składa się z dwóch adiabat (S = const) oraz dwóch izoterm (T = const)

Energia pobrana z otoczenia: powierzchnia "a". Energia napędowa sprężarki: powierzchnia "b". Całkowita oddana energia: powierzchnia "a" + "b". S = entropia = energia wewnętrzna.

Przykład:
T_u = 0°C = 273 K, T = 50°C = 323 K
ec = T / (T - T_u) = 323 / 323-273 = 6,46

Obieg idealny nie jest możliwy. Dlatego też współczynniki efektywności dla rzeczywistego cyklu pomp ciepła (wraz z wszelkimi stratami) będą mniejsze. Z powodu strat termicznych, mechanicznych i elektrycznych jak również z powodu zapotrzebowania energii pomocniczych odbiorników prądu efektywnie osiągnięty współczynnik efektywności [e] jest mniejszy niż [ec].

Dla obliczeń przybliżonych można założyć, że e jest równe 0,5 × ec.
 

Wzrost temperatury określa współczynnik efektywności

W każdym przypadku współczynnik efektywności jest uzależniony od różnicy temperatur pomiędzy źródłem ciepła a systemem rozdzielającym ciepło: im mniejsza jest różnica temperatury, tym efektywniej pracuje każda pompa ciepła. Z tego powodu optymalne zaprojektowanie całej instalacji jest takie ważne.

Czynniki robocze

Jako czynniki robocze stosowane są substancje, które parują w niskich temperaturach, a jednocześnie posiadają wysoki wewnętrzny współczynnik ciepła. W przyszłym tysiącleciu dopuszczone będą wyłącznie bezchlorowe czynniki robocze. Nie oddziaływują one ujemnie na strefę ozonową (ODP = 0). R 134a, R 407C oraz propan spełniają te wymagania.

Firma OCHSNER stosuje seryjnie R 134 a oraz R 407 C. Oba te bezpieczne czynniki robocze są niepalne i nietrujące. Stosowany z nimi olej estrowy jest biologicznie rozkładalny; istnieje więc możliwość bezpiecznego ustawienia urządzenia w dowolnych pomieszczeniach. W przypadku pomp ciepła z palnymi czynnikami roboczymi należy mieć na uwadze obowiązujące ograniczenia co do ich zastosowania i umiejscowienia.

© OCHSNER Wärmepumpen GmbH