Jak to się zaczęło? | Historia pomp ciepła

Pompy ciepła to urządzenia, które pozwalają na pozyskiwanie ciepła z otoczenia i jego transportowanie do budynku. Są one coraz bardziej popularne w budownictwie, głównie ze względu na ich ekologiczność i korzystny stosunek ceny do jakości. Wydawać by się mogło, że jest to wynalazek współczesności, jednak pierwsze projekty pomp powstały już ponad 200 lat temu. Od czego wszystko się zaczęło i kto wymyślił pompę ciepła? Zapraszamy do lektury.

Czym jest pompa ciepła?

Pompa ciepła to nowoczesny system grzewczy, który pozyskuje energię cieplną z otoczenia i przesyła ją systemu ciepłowniczego w budynku. Jest to przyjazna środowisku alternatywa dla tradycyjnych kopciuchów, takich jak piece na węgiel czy olej opałowy, które emitują duże ilości szkodliwych substancji do atmosfery.

Pompa ciepła w trakcie pracy wykorzystuje niewielką ilość energii elektrycznej, by móc zasilić swój system, a w szczególności sprężarkę - to właśnie ona jest odpowiedzialna za pobór ciepła z otoczenia i przenoszenie go do budynku. Dzięki temu, że urządzenie pobiera energię z zewnątrz zamiast ją wytwarzać, jak ma to miejsce w konwencjonalnych systemach grzewczych, jest to rozwiązanie bardziej efektywne i tańsze w eksploatacji.

Kto wymyślił pompę ciepła?

Historia pomp ciepła jest dość rozbudowana i krzyżuje drogi z innymi wydarzeniami - między innymi, z rozwojem techniki sztucznego chłodzenia. Jak po kolei wyglądał proces tworzenia tego urządzenia grzewczego i kto za niego odpowiada?

Technika sztucznego chłodzenia | Historia

W starożytności, na terenie Grecji i Rzymu jeszcze zanim na świecie wprowadzono mechaniczne systemy chłodnicze, społeczeństwo do chłodzenia żywności wykorzystywało śnieg transportowany z gór. Bogatsza część ludności dysponowała piwnicami śnieżnymi - były to izolowane słomą i drewnem doły w ziemi, w których przechowywano lód. Odpowiednio ubity i zabezpieczony, był w stanie przetrwać wiele miesięcy i tym samym pełnić funkcje chłodzące.

Z kolei Egipt i Indie do całej sprawy podeszli z nieco innej strony. W tych rejonach stosowano tak zwane chłodzenie wyparne. Proces ten polega na schładzaniu powietrza lub płynu poprzez kontakt z cieczą, która paruje. Wbrew pozorom sposób działania tej techniki nie jest mocno skomplikowany. Gwałtownie parująca ciecz bardzo szybko się rozszerza, przez co cząsteczki pary znacznie zwiększają swoją energię kinetyczną. Wzrost ten spowodowany jest głównie przez otoczenie oparów, którego temperatura w wyniku całego procesu zostaje obniżona. W warunkach kontrolowanych, można doprowadzić nawet do formowania wielkoformatowych brył lodu. Chłodzenie wyparne stanowi podstawę do funkcjonowania większości obecnych systemów chłodniczych.

Rozwój technologii pomp ciepła

Za początek historii rozwoju technologii pomp ciepła można uznać rok 1748. Wówczas pochodzący ze Szkocji naukowiec, William Cullen, po raz pierwszy zademonstrował oraz udokumentował technikę sztucznego chłodzenia. Był to przełom w świecie technologicznym, który rozpoczął proces prowadzący do budowy pierwszej pompy ciepła.

Ponad 100 lat później, w 1834 roku, powstaje do tej pory jedyny na świecie model chłodziarki sprężarkowej autorstwa amerykańskiego fizyka Jacoba Perkinsa. Perkins skonstruował prototyp systemu chłodniczego, ze sprężaniem pary, który wykorzystywał eter etylowy w zamkniętym obiegu. Cały mechanizm był sprawny i spełniał swoją funkcję, jednak nie odniósł komercyjnego sukcesu.

Jakiś czas później, w 1852 roku twórca skali Kelvina - William Thompson - dostrzega ukryty do tej pory potencjał w wynalazku Perkinsa. W swoich pracach opisał sprężarkę podłączoną do dwóch zbiorników wody, pełniących rolę górnego i dolnego źródła. Zwrócił on uwagę na fakt, że “odwrócony silnik cieplny” jest w stanie dostarczać nie tylko chłód, ale i ciepło. Odkrycie to sprawiło, że raptem trzy lata później austriacki naukowiec Peter von Rittinger zbudował parownię do ogrzewania warzelni soli. Maszyna ta w wyniku procesu sprężania powietrza zajmowała się ogrzewaniem oparów solanki. Powstałe ciepło było potem ponownie wykorzystywane.

Jak wynika z powyższego artykułu, to Peter Von Rittinger jest pierwszym na świecie konstruktorem pompy ciepła. Jego wynalazek prawdopodobnie nie powstałby, gdyby nie wcześniejsze prace autorstwa Williama Thompsona. Dzięki ich wkładowi rozwój technologiczny, obecnie cieszyć możemy się funkcjonalnymi i energooszczędnymi urządzeniami grzewczymi.

Jak pompy ciepła znalazły się w naszych domach?

Musiało minąć trochę czasu, nim maszyna zbudowana przez Rittingera zyskała należytą popularność. W rzeczywistości na rozwój wydarzeń trzeba było czekać aż do kryzysu gospodarczego w latach 20. XX wieku. Wtedy to sytuacja wymusiła na społeczeństwie konieczność rozwoju technologii grzewczych. Największy rozkwit pompy ciepła zaliczyły w latach 1912-1950.

• 1912 - opatentowanie pierwszego dolnego źródła dla systemów pomp ciepła - wymiennika gruntowego.
• 1928 - budowa pierwszej pompy ciepła zasilającej ratusz genewski. Urządzenie pobierało energię z pobliskiego Jeziora Genewskiego, a jego konstruktorem był Aurel Stodola - słowacki inżynier znany ze swojego wkładu w rozwój technologii obiegów parowych.
• 1928 - powstanie pierwszej pompy ciepła służącej do ogrzewania budynku mieszkalnego w Wielkiej Brytanii.
• 1930 - wynalezienie absorpcyjnego urządzenia chłodniczego autorstwa - między innymi - Alberta Einsteina. Maszyna ta stanowiła bazę do skonstruowania używanej współcześnie pompy ciepła.
• 1936 - montaż pompy ciepła w ratuszu w miejscowości Zurich. Od tego momentu w Szwajcarii nastąpił przełomowy okres dla tych urządzeń grzewczych - zaczęto je instalować w licznych obiektach użyteczności publicznej i budynkach miejskich. Głównym źródłem zasilania tamtejszych pomp ciepła była rzeka Limmat oraz powietrze.

Pompy ciepła musiały odbyć długą drogę, nim zostały rozpowszechnione na całym świecie. Do Polski dotarły na przełomie lat 80. i 90. XX wieku. W rzeczywistości prawdziwą popularność zyskały dopiero po roku 2000, gdy problem wysokich cen opału i zanieczyszczenia powietrza stał się bardziej rozpowszechniony.

Pompy ciepła dzisiaj

W dzisiejszych czasach pompy ciepła to jedne z najpopularniejszych nowoczesnych urządzeń grzewczych na rynku. Włochy, Francja, Niemcy, Hiszpania oraz Szwecja to kraje, w których na ten moment ilość zainstalowanych pomp w budynkach mieszkalnych oraz publicznych jest największa. Na całym świecie popularność tych maszyn stale rośnie. W samej Europie w ostatnich latach odnotowano ogromny wzrost zainteresowania pompami ciepła. Co ciekawe, Polska znajduje się w czołówce krajów, które w ciągu roku instalują największą ilość tych nowatorskich urządzeń grzewczych. Ich popularność nie jest jednak przypadkowa.

Pompy ciepła zasłynęły głównie ze względu na fakt, że są w stanie obniżyć koszty ogrzewania budynku nawet do zera. Wszystko to dzięki możliwości odejścia od węgla i innych paliw kopalnych, których ceny z każdym rokiem drastycznie galopują w górę. Co więcej, pompy ciepła przyczyniają się do poprawy jakości powietrza na naszej Planecie, ponieważ w czasie pracy nie emitują szkodliwego dwutlenku węgla. Brak reakcji spalania to brak powstawania zanieczyszczeń - urządzenia te nie wytwarzają własnego ciepła, tylko pobierają je z zewnątrz (wody, powietrza lub gleby), a następnie przekazują do instalacji w budynku.

Jedyny koszt za użytkowanie pompy ciepła wiąże się z opłacaniem rachunków za prąd, którego urządzenie pobiera naprawdę niewiele. Koszt ten jednak także można zredukować, poprzez montaż paneli słonecznych na dachu swojego domu lub też przynależnym do budynku gruncie. Fotowoltaika zajmuje się produkcją energii elektrycznej przy wykorzystaniu niczego innego, jak światła słonecznego. Jest to proces w pełni darmowy oraz ekologiczny - stanowi zatem doskonałe uzupełnienie dla pompy ciepła.

Historia pomp ciepła | Podsumowanie

Początki historii pomp ciepła sięgają roku 1748. Od tego czasu szereg wydarzeń i odkryć wielu wybitnych naukowców doprowadził do rozwoju i rozpowszechnienia tej technologii. Obecnie, większość konstrukcji powstałych w nowym budownictwie nie wyobraża sobie innego rozwiązania grzewczego, niż właśnie pompy ciepła. Dzięki nim, właściciele nieruchomości są w stanie nie tylko zaoszczędzić spore pieniądze na ogrzewaniu, ale także dołożyć swoją cegiełkę do procesu walki z zanieczyszczeniem powietrza. Wraz z popularyzacją pomp ciepła możemy się spodziewać, że w niedalekiej przyszłości ich ceny zaczną spadać, a każdy obywatel naszego kraju będzie mógł sobie pozwolić na montaż tego nowatorskiego urządzenia grzewczego w swoim domu.