Sprężarka – serce pompy ciepła

Sprężarka to urządzenie, które zwiększa ciśnienie, a przez to temperaturę czynnika chłodniczego w obiegu pompy ciepła. Jest to serce urządzenia, które odpowiada za przepływ ciepła z dolnego źródła (np. powietrza, gruntu lub wody) do górnego źródła (np. instalacji grzewczej lub chłodniczej). Sprężarka jest niezbędna do działania pompy ciepła, konwertując ciepło zgromadzone w naturalnych źródłach na ciepło dla instalacji grzewczej c.o. i c.w.u. Ilość pracy, jaką wykonuje sprężarka, powoduje, iż odpowiada ona za ponad 70% całkowitego zużycia energii elektrycznej przez pompę ciepła.

Jak działa sprężarka w pompie ciepła?

1. Podczas pracy sprężarki czynnik chłodniczy w postaci pary niskiego ciśnienia jest zasysany z parownika do komory sprężającej. W komorze czynnik chłodniczy jest sprężany, w wyniku czego ogrzewa się on, tworząc gaz wysokiego ciśnienia.
   
2. Czynnik chłodniczy w stanie gazowym o wysokiej temperaturze i ciśnieniu jest kierowany do skraplacza. W skraplaczu czynnik chłodniczy oddaje ciepło do instalacji grzewczej, w wyniku czego następuje ochłodzenie i jego skroplenie. Przy okazji przechodzi ze stanu gazowego w stan ciekły, choć nadal o dość wysokiej temperaturze.
   
3. Czynnik chłodniczy jest następnie kierowany do zaworu rozprężnego, gdzie następuje jego dodatkowe ochłodzenie i przejście ze stanu ciekłego w stan gazowy o bardzo niskiej temperaturze. Czynnik ten jest kierowany do parownika, w którym rozpoczyna się kolejny cykl pracy pompy ciepła. Cały ten proces pokazuje jak działa pompa ciepła.

W ten sposób sprężarka w pompie ciepła odpowiada za przemianę termodynamiczną czynnika chłodniczego, która umożliwia wykorzystanie energii cieplnej z otoczenia do ogrzewania budynku lub podgrzewania wody.

Rodzaje sprężarek w pompie ciepła

Wybór sprężarki jest kluczowym elementem projektowania systemu pompy ciepła, który ma wpływ na wydajność, koszty eksploatacyjne i ogólną niezawodność systemu.

W pompach ciepła stosowane są różne rodzaje sprężarek, które różnią się konstrukcją i zasadą działania. Poniżej przedstawiamy i opisujemy, najczęściej spotykane sprężarki w pompach ciepła.

Sprężarka inwerterowa

Główną cechą sprężarki inwerterowej jest to, że może zmieniać swoją prędkość obrotową w zależności od zapotrzebowania na ciepło. Dzięki temu sprężarka inwerterowa może dostosować swoją moc do aktualnych potrzeb, co pozwala na uzyskanie wyższej efektywności energetycznej i niższego kosztu eksploatacji pompy ciepła. Sprężarki inwerterowe, są coraz popularniejszym rozwiązaniem w pompach ciepła. Dzięki wyższej efektywności energetycznej i niższym kosztom eksploatacji, mogą zapewnić znaczne oszczędności na ogrzewaniu budynku.

Zasada działania sprężarki inwerterowej

W sprężarkach tego typu, występuje przekształtnik zamieniający prąd zmienny z sieci 230 V AC na prąd stały 300 V DC, a inwerter zmienia go na prąd trójfazowy. Dzięki temu mamy możliwość regulacji wydajności sprężarki, czyli regulację prędkości obrotowej, zmieniając częstotliwość prądu przemiennego.

W przypadku gdy zapotrzebowanie na ciepło jest niskie, sprężarka inwerterowa pracuje z mniejszą prędkością obrotową. Dzięki temu sprężarka ta zużywa mniej energii elektrycznej. W przypadku gdy zapotrzebowanie na ciepło jest wysokie, sprężarka inwerterowa pracuje z większą prędkością obrotową.

Zaletą sprężarki jest to, że zaczynając swoją pracę, zaczyna od mniejszych obrotów, stopnowo dochodząc do wymaganego poziomu. Taka praca zabezpiecza sprężarkę przed taktowaniem, czyli wyłączaniem i ponownym załączaniem.

Sprężarka spiralna (typu scroll)

Sprężarka spiralna charakteryzuje się wysoką efektywnością energetyczną, niskim poziomem hałasu oraz długą żywotnością. Sprężarki spiralne, znane również jako sprężarki scroll, odgrywają kluczową rolę w poprawie efektywności energetycznej pomp ciepła, która pozwala na zwiększenie wydajności i redukcję kosztów.

Zasada działania sprężarki spiralnej

Sprężarka spiralna, składa się z dwóch spiralnych elementów, z których jeden jest nieruchomy, a drugi obraca się w ruchu orbitalnym. Spirale są idealnie dopasowane do siebie, tworząc komory sprężające. Te dwa elementy są wplecione w siebie w taki sposób, że tworzą serię progowo zamykających się kieszeni. Gdy ruchoma spirala obraca się względem nieruchomej spirali, czynnik chłodniczy jest wciągany do wewnętrznych komór sprężarki, a następnie jest transportowany w kierunku centrum spirali.

W miarę przemieszczania się czynnika chłodniczego, przestrzeń w której się on znajduje, stopniowo się zmniejsza, co powoduje jego kompresję. Kiedy czynnik osiąga środek spirali, jest on maksymalnie sprężony i gotowy do wydostania się ze sprężarki oraz przekazania ciepła do skraplacza w cyklu pracy pompy ciepła.

Sprężarka dwurotacyjna (twin rotary)

Sprężarka twin rotary, to rodzaj sprężarki rotacyjnej, która wykorzystuje dwa tłoki do sprężania czynnika chłodniczego. Występuje zarówno w odmianie inwerterowej, jak i ON/OFF. Sprężarka Twin Rotary, dzięki umieszczeniu drugiego mimośrodowego tłoka na jednym wale, uzyskuje spadek hałasu i drgań, a także wzrost współczynnika COP.

Zasadniczo sprężarki Twin Rotary są obecnie najczęściej stosowanymi sprężarkami w pompach ciepła, mimo że ich żywotność jest gorsza w porównaniu ze sprężarkami spiralnymi. Jednak większe sprawności, mniejsze koszty czy cichsza praca powodują ciągły rozwój ich technologii.

Zasada działania sprężarki dwurotacyjnej

Sprężarka Twin Rotary wykorzystuje dwa rotory w kształcie łopatek, obracające się synchronicznie w przeciwnych kierunkach wewnątrz cylindrycznej obudowy. Ta symetryczna konstrukcja pozwala na równomierny podział sił i momentów, dzięki czemu wibracje są minimalne, a praca urządzenia jest niezwykle cicha.

Sprężarka tłokowa

Sprężarki tłokowe są jednymi z najstarszych i najrzadziej spotykanych urządzeń w pompach ciepła ze względu na niską sprawność. Efektywność pompy ciepła z taką sprężarką jest bardzo słaba. Na dodatek cechuje ją głośna praca oraz zwiększony poziom drgań, dlatego sprężarki tłokowe są najczęściej stosowane w pompach ciepła o niewielkiej mocy.

Zasada działania sprężarki tłokowej

Sprężarka tłokowa, działa na podobnej zasadzie do silnika spalinowego. Składa się z cylindra, w którym porusza się tłok. Ruch tłoka w cylindrze powoduje zmianę objętości, co skutkuje zasysaniem czynnika chłodniczego do wnętrza cylindra (podczas ruchu tłoka w dół) i jego sprężeniem (podczas ruchu tłoka w górę).

Sprężarka tradycyjna ON/OFF

Tradycyjna sprężarka ON/OFF charakteryzuje się tym, że pracuje w trybie z pełną mocą, albo jest całkowicie wyłączona, co także wpływa na żywotność sprężarki.

Zasada działania sprężarki tradycyjnej

Sprężarki ON/OFF działają na zasadzie prostego cyklu: są włączane (ON) lub wyłączane (OFF) w zależności od zapotrzebowania na ciepło lub chłód. Gdy temperatura w pomieszczeniu odbiega od żądanej, system pompy ciepła włącza sprężarkę, która zaczyna sprężać czynnik chłodniczy, transportując ciepło wewnątrz lub na zewnątrz budynku. Po osiągnięciu pożądanej temperatury sprężarka wyłącza się, zatrzymując proces.

Sprężarka a wybór pompy ciepła

Sprężarka jest kluczowym elementem dla działania pompy ciepła, konwertując ciepło zgromadzone w naturalnych źródłach na ciepło, które może być użyte do ogrzewania. Wybór odpowiedniego rodzaju sprężarki jest kluczowy dla efektywności całego systemu. Od jej sprawności zależy wydajność energetyczna pompy ciepła i jej koszty eksploatacji. Dzięki ciągłym innowacjom w technologii sprężarek, pompy ciepła stają się coraz bardziej efektywne i przyjazne dla środowiska, co przekłada się na ich rosnącą popularność w sektorze ogrzewania i chłodzenia. Dlatego warto wybrać pompę ciepła z wydajną sprężarką, która będzie miała długą żywotność i jednocześnie największą sprawnością, którą weryfikuje nasz ranking pomp ciepła.