Gazowa absorpcyjna pompa ciepła - działanie i charakterystyka

Modernizacja ogrzewania w budynku z instalacją grzejnikową bywa sporym wyzwaniem. Gazowa absorpcyjna pompa ciepła to rozwiązanie, które łączy zalety kotła kondensacyjnego z efektywnością odnawialnych źródeł energii. Dzięki zasilaniu gazem potrafi osiągać wysoką temperaturę wody, a jej sprawność przekracza 160%. Wyjaśniamy, jak działa to urządzenie i kiedy warto rozważyć jego instalację.

Jak działa gazowa absorpcyjna pompa ciepła?

Gazowa absorpcyjna pompa ciepła to urządzenie łączące zalety kotła kondensacyjnego i pompy ciepła. Jej działanie jest zbliżone do standardowych pomp sprężarkowych, ale z jedną kluczową różnicą: zamiast mechanicznej sprężarki na prąd, wykorzystuje ona termochemiczny proces absorpcji napędzany energią ze spalania gazu.

Sercem układu jest para substancji: czynnik chłodniczy (najczęściej amoniak R717) oraz absorbent (woda). Cykl rozpoczyna się w warniku, gdzie palnik gazowy podgrzewa bogaty w amoniak roztwór wodny. Pod wpływem wysokiej temperatury amoniak odparowuje i trafia do skraplacza, gdzie oddaje ciepło do instalacji grzewczej budynku, ulegając skropleniu. Następnie ciekły amoniak przechodzi przez zawór rozprężny, co powoduje gwałtowny spadek jego ciśnienia i temperatury. W parowniku zimny czynnik pobiera energię cieplną z otoczenia (powietrza lub gruntu), ponownie zamieniając się w gaz.

Główne komponenty i ich rola

W układzie absorpcyjnym, w odróżnieniu od pomp sprężarkowych, nie ma mechanicznej sprężarki. Jej funkcję przejmuje zespół komponentów termochemicznych:

• Warnik (generator) – zasilany palnikiem gazowym, podgrzewa roztwór amoniaku w wodzie, powodując odparowanie czynnika chłodniczego.

• Absorber – tutaj pary amoniaku po przejściu przez parownik są ponownie wchłaniane przez wodę, tworząc roztwór, który trafia do warnika.

• Skraplacz – w tym elemencie gorące pary amoniaku oddają ciepło do obiegu grzewczego (np. wody w kaloryferach), ulegając skropleniu.

• Parownik – pobiera ciepło z dolnego źródła (powietrza, gruntu), co powoduje odparowanie schłodzonego, ciekłego amoniaku.

• Zawór rozprężny – redukuje ciśnienie i temperaturę ciekłego amoniaku przed jego wejściem do parownika.

• Pompa roztworu – niewielka pompa obiegowa, która transportuje roztwór między absorberem a warnikiem, zużywając minimalną ilość energii elektrycznej.

Typy gazowych absorpcyjnych pomp ciepła

Podobnie jak ich elektryczne odpowiedniki, gazowe pompy absorpcyjne dzieli się ze względu na rodzaj dolnego źródła energii odnawialnej. Wyróżniamy dwa podstawowe typy: urządzenia czerpiące ciepło z powietrza oraz te, które pobierają je z gruntu.

• GAHP-A (powietrze/woda) – wykorzystuje jako źródło ciepła powietrze atmosferyczne. To rozwiązanie jest prostsze i tańsze w instalacji, ponieważ nie wymaga prac ziemnych.

• GAHP-GS (grunt/woda) – czerpie energię z gruntu za pomocą wymiennika poziomego lub pionowych sond. Charakteryzuje się stabilniejszą pracą w ciągu roku, gdyż temperatura gruntu na odpowiedniej głębokości jest względnie stała.

Powietrze/woda i grunt/woda – porównanie

Wybór między pompą powietrzną a gruntową zależy od kilku czynników, w tym specyfiki działki, budżetu i oczekiwanej wydajności. Pompa typu powietrze/woda jest łatwiejsza w montażu i nie wymaga dużej powierzchni działki, co jest dobrym rozwiązaniem dla istniejących budynków. Jej wydajność jest jednak zależna od temperatury zewnętrznej – spada w trakcie silnych mrozów, choć dzięki wsparciu palnika gazowego nadal zapewnia pełen komfort cieplny.

Pompa gruntowa oferuje z kolei wyższą i bardziej stabilną efektywność przez cały rok, gdyż temperatura gruntu nie jest tak podatna na wahania atmosferyczne. Jej instalacja wymaga jednak kosztownych prac ziemnych, co znacząco zwiększa początkowy koszt inwestycji. W dłuższej perspektywie może się to jednak przełożyć na niższe koszty eksploatacji, dzięki niezmiennie wysokiej sprawności.

Efektywność i parametry pracy

Sprawność tych urządzeń określa wskaźnik GUE (Gas Utilization Efficiency), czyli stosunek wyprodukowanej energii cieplnej do zużytej energii pierwotnej z gazu. Dzięki pozyskiwaniu dodatkowego ciepła z otoczenia GUE dla gazowych pomp absorpcyjnych osiąga wartości przekraczające nawet 165%. Oznacza to, że z 1 kWh energii zawartej w gazie urządzenie jest w stanie dostarczyć do budynku do 1,65 kWh ciepła.

Nowoczesne modele osiągają wysokie klasy efektywności energetycznej, takie jak A++ dla temperatury zasilania 55°C i A+++ dla 35°C. Co więcej, ich zdolność do podgrzewania wody do wysokich temperatur (nawet 65°C) sprawia, że dobrze sprawdzają się w modernizowanych budynkach z tradycyjną instalacją grzejnikową, eliminując potrzebę jej kosztownej wymiany.

Zastosowania gazowej absorpcyjnej pompy ciepła

Gazowe pompy absorpcyjne służą do centralnego ogrzewania oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej (CWU). Dzięki wysokiej mocy i zdolności do pracy w niskich temperaturach zewnętrznych sprawdzają się nie tylko w domach jednorodzinnych, ale również w znacznie większych budynkach.

Urządzenia te z powodzeniem instaluje się w różnych typach obiektów, takich jak:

• budownictwo wielorodzinne,

• obiekty użyteczności publicznej (szkoły, urzędy),

• hotele,

• obiekty przemysłowe i sakralne.

Możliwość pracy w kaskadzie pozwala na skalowanie mocy systemu i dostosowanie go do praktycznie każdego zapotrzebowania na ciepło. Niektóre modele oferują również funkcję chłodzenia, dzięki czemu stają się kompletnym systemem zapewniającym komfortu termicznego przez cały rok.

Czynniki robocze i paliwo

Gazowe pompy absorpcyjne zasilane są powszechnie dostępnymi paliwami, takimi jak gaz ziemny (np. GZ-50) lub płynny LPG (propan), co umożliwia ich instalację również na obszarach bez dostępu do sieci gazowej.

W procesie absorpcji wykorzystuje się odpowiednio dobraną parę czynników roboczych. Najczęściej stosowane układy to:

• Woda-amoniak: amoniak (R717) jest czynnikiem chłodniczym, a woda absorbentem. To rozwiązanie dominuje w urządzeniach grzewczych, Amoniak jest naturalnym i ekologiczny czynnik o doskonałych właściwościach termodynamicznych.

• Woda-bromek litu: woda pełni rolę czynnika chłodniczego, a roztwór bromku litu jest absorbentem. Ten układ jest wykorzystywany głównie w systemach klimatyzacyjnych i chłodniczych.

Wymagania instalacyjne i wymiary urządzeń

Instalacja gazowej pompy absorpcyjnej przypomina montaż zewnętrznego kotła gazowego. Urządzenie zazwyczaj umieszcza się na zewnątrz budynku, na fundamencie lub wspornikach. Wymaga następujących podłączeń:

• instalacja gazowa,

• instalacja grzewcza,

• zasilanie elektryczne (230 V) do pracy automatyki, wentylatora i pompy obiegowej,

• systemowy komin do odprowadzenia spalin.

Nowoczesne urządzenia są projektowane z myślą o komforcie akustycznym. Poziom ciśnienia akustycznego, mierzony z odległości 1 metra, wynosi zazwyczaj około 55 dB(A) – jest to wartość porównywalna z pracą zewnętrznej jednostki klimatyzatora, co bez problemu pozwala na montaż w otoczeniu mieszkalnym.

Konserwacja, bezpieczeństwo i ryzyka

Aby pompa działała długo i bezawaryjnie, wymaga prawidłowej konserwacji. Przeglądy serwisowe, podobne do tych w kotłach kondensacyjnych, należy przeprowadzać regularnie (zazwyczaj raz w roku). Obejmują one:

• czyszczenie palnika gazowego,

• kontrolę i analizę spalin,

• sprawdzenie kluczowych komponentów układu.

Regularny serwis zapewnia bezpieczeństwo i utrzymuje wysoką sprawność urządzenia, co przekłada się na niższe koszty eksploatacji. Zaniedbanie konserwacji grozi spadkiem wydajności, zwiększonym zużyciem gazu, a nawet awarią, dlatego przeglądy należy powierzać autoryzowanym specjalistom.

Zagrożenia związane z amoniakiem i ich zapobieganie

Amoniak (R717) wykorzystywany w pompach bywa źródłem obaw o bezpieczeństwo. Układ chłodniczy jest hermetycznie zamknięty i fabrycznie napełniony niewielką ilością czynnika. Umieszczenie go w jednostce zewnętrznej dodatkowo minimalizuje jakiekolwiek ryzyko dla użytkowników.

Producenci stosują szereg zabezpieczeń i rygorystyczne normy produkcyjne, by zapewnić maksymalne bezpieczeństwo. Dlatego montaż i serwis należy powierzać wyłącznie wykwalifikowanym instalatorom z odpowiednimi uprawnieniami. Tylko regularne, profesjonalne przeglądy pozwalają wcześnie wykryć ewentualne nieszczelności i wyeliminować potencjalne zagrożenia.

Jak wybrać gazową absorpcyjną pompę ciepła?

Aby dobrać odpowiednią pompę, należy przeanalizować kilka czynników, z których najważniejsze jest precyzyjne określenie zapotrzebowania cieplnego budynku. W tym celu zaleca się wykonanie profesjonalnego audytu energetycznego, który powinien uwzględnić m.in.:

• jakość izolacji,

• rodzaj okien,

• powierzchnię obiektu,

• liczbę mieszkańców.

Dopiero na podstawie precyzyjnie obliczonego zapotrzebowania na moc grzewczą można dobrać konkretny model urządzenia, taki jak popularna pompa K18, często stosowana w domach jednorodzinnych. Należy przy tym uwzględnić również rodzaj istniejącej instalacji grzewczej. Ostateczny wybór zawsze warto skonsultować z doświadczonym instalatorem, który pomoże dobrać najlepsze rozwiązanie.