Zasada działania pompy ciepła
Źródło ciepła o temperaturze +10°C powoduje, że czynnik roboczy zaczyna się gotować i zamieniać w parę. Pary czynnika o temperaturze około +4°C zasysane są przez sprężarkę i sprężane do ciśnienia kilkunastu barów. Gwałtowny przyrost ciśnienia sprawia, że temperatura pary czynnika osiąga około +75°C°. Tak sprężony czynnik w zetknięciu z o wiele niższą temperaturą obwodu grzewczego zaczyna się zamieniać w ciecz, czyli skraplać. Ciekły czynnik pod wpływem wysokiego ciśnienia wtryskiwany jest do parownika gdzie powoli zamienia się w parę. W ten sposób obwód się zamyka.

Rysunek, ilustrujący pracę pompy ciepła, nie jest tak skomplikowany jakby się to mogło wydawać. Pole zaznaczone kolorem zielonym przedstawia otoczenie, z którego pobieramy energię grzewczą. Bardzo słusznie energia ta nazywana jest odnawialną, ponieważ jest ona ciągle bezpłatnie uzupełniana. Bezpośrednim źródłem takiej energii może być powietrze, grunt czy woda. Natomiast pole oznaczone kolorem beżowym symbolizuje pomieszczenie, w którym chcemy utrzymać temperaturę +20°C.

Pompa ciepła składa się co najmniej z czterech elementów połączonych ze sobą rurami, tworząc obieg zamknięty, w którym znajduje się substancja, która w zależności od warunków jest cieczą lub gazem, lub jak kto woli parą. I tutaj dotykamy rzeczy najważniejszej. Ta substancja nazywana w technice czynnikiem chłodniczym ma ciekawą właściwość, a mianowicie taką, że gotuje się, czyli wrze w niskich temperaturach, na przykład nawet przy -20°C.

Jeśli tak jest, to nasz czynnik chłodniczy wtryskiwany do dolnego naczynia ogrzewanego do +10°C natychmiast się zagotuje i zamieni w parę o temperaturze +4°C. Para taka podobnie jak w maszynie parowej ma określone ciśnienie i stara się wydostać z naczynia dolnego, które od tej pory będziemy nazywać parownikiem. Z parownika para dostaje się do sprężarki, gdzie zostaje sprężona do wysokiego ciśnienia. To sprężenie daje dwie korzyści. Po pierwsze podnosi znacznie temperaturę gazu za sprężarką, a o to przecież chodzi, a po drugie pozwala na to, aby schłodzona para zamieniła się z powrotem w ciecz, która potem odparuje i tak dalej.

Górny pojemnik (nazwijmy go skraplaczem), do którego przypływa gaz pod wysokim ciśnieniem i temperaturze +75°C, może bez przeszkód oddać ciepło do ogrzewanego pomieszczenia. Skoro skraplacz ciepło oddaje, to sam się schładza, czyli powstają warunki do skroplenia czynnika chłodniczego. Czynnik chłodniczy, będący już cieczą, transportowany jest z powrotem do parownika.

Dochodzimy tutaj do ostatniego, ale bardzo ważnego elementu pompy ciepła. Jest nim tak zwany zawór rozprężny, który właściwie powinien się nazywać zaworem dławiącym. Jego rolą jest nie tylko sterowanie wtryskiwaniem cieczy do parownika, jego obecność jest niezbędna do tego, aby ciecz była blokowana, gdyż w przeciwnym wypadku nie dochodziłoby do sprężenia gazu.

Teraz można nieco dokładniej przeanalizować schemat pompy ciepła. Ciecz wrząca w parowniku zabiera ciepło ze źródła, ponieważ w trakcie parowania ma temperaturę niższą od źródła. Szkopuł w tym, że temperatura, jaką uzyskamy po odparowaniu jeszcze nie jest przydatna do ogrzewania i trzeba ją znacznie podnieść. Dzieje się to za pomocą sprężarki, która niestety musi być zasilana energią pomocniczą. Najczęściej do tego celu używana jest energia elektryczna.

Jest to najwłaściwszy moment, aby poruszyć zagadnienie sprawności pompy ciepła. Sprawność ta wyznaczana jest z proporcji ilości energii grzewczej do ilości energii pomocniczej. Średnia sprawność pomp ciepła wynosi około 100%. Do określania sprawności przyjęto tak zwany współczynnik efektywności energetycznej, nazywany jako COR Jest on ilorazem mocy użytecznej i mocy elektrycznej, czyli dla 400% wielkość COP = 4.

Trzeba zawsze pamiętać, że COP samej pompy i COP kompletnego systemu grzewczego to mogą być dwa różne światy. Tutaj ogromną rolę odgrywa idealne dopasowanie wszystkich składników systemu, począwszy od źródła ciepła, a skończywszy na całej instalacji grzewczej w budynku.

Przyjmując, że jedna kilowatogodzina energii elektrycznej kosztuje 0,40 zł oraz, że pompa ciepła pracuje nieprzerwanie, to w ciągu doby otrzymujemy z niej 28,8 kWh energii cieplnej (1,2 kW x 24 godziny). Płacimy jednak tylko za pracę sprężarki napędzanej silnikiem elektrycznym, czyli za 12 kWh (0,5 kW x 24 godziny). Przekładając to na złotówki – jedna doba takiego ogrzewania kosztowałaby 4,80 zł (12 kWh x 0,40 zł). Czy to dużo, czy mało, wiadomo jest dopiero wtedy, kiedy zastosuje się porównanie. Stosując zwykłe ogrzewanie elektryczne zużyłoby w tym samym czasie 28,8 kWh, co miałoby skutek finansowy 11,52 zł. Czyli taka sama ilość ciepła dostarczona tradycyjnym sposobem będzie około trzy razy droższa niż uzyskana za pomocą pompy ciepła.