Obecnie coraz częściej spotykasz klimatyzatory. Są niemal wszędzie: w biurach, sklepach, kioskach, dużych centrach handlowych, szpitalach, kinach i mieszkaniach. Widzisz je na co dzień, ale czy kiedykolwiek zastanowiłeś się, jak działa to urządzenie? Wiesz, że daje chłód w upalne dni i tyle. Oczywiście skutek jest bardzo ważny, ale przemyślmy sobie, jakie procesy przebiegają w trakcie chłodzenia.

Wybierzemy najprostszy przykład, czyli najpopularniejszy klimatyzator typu split. System typu split składa się z dwóch części: jednostki zewnętrznej (skraplacza) oraz wewnętrznej (parownika). Obydwie części połączone są za pomocą dwóch miedzianych rurek chłodniczych oraz kabli elektrycznych, które wysyłają sygnały pomiędzy tymi dwoma jednostkami.

W obydwu rurkach znajduje się krążący w obiegu chłodniczym freon (czynnik chłodniczy), ale pod różnymi postaciami (gaz i ciecz). Gdy dokładnie przyjrzysz się, zauważysz, że jedna z nich ma większą średnicę. Nazywamy ją linią ssącą, gdyż zasysa czynnik chłodniczy w stanie gazowym do sprężarki znajdującej się w jednostce zewnętrznej.

Następuje tam proces sprężania czynnika chłodniczego, w wyniku czego staje się on cieczą pod wysokim ciśnieniem. W skraplaczu ciepło pochodzące od czynnika chłodniczego przekazane zostaje do powietrza zewnętrznego. Dlatego, stojąc obok uruchomionej jednostki zewnętrznej, czujesz przepływające gorące powietrze.

W następnym etapie ciekły czynnik chłodniczy jest kierowany do zaworu rozprężnego, gdzie następuje obniżenie jego ciśnienia i temperatury. Mniejszy z dwóch przewodów miedzianych nazywamy tłocznym (cieczowym) i za jego pomocą freon trafia do jednostki wewnętrznej. W parowniku czynnik chłodniczy przepływający przez wymiennik ogrzewa się od ciepłego powietrza w pomieszczeniu chłodzonym i z powrotem przechodzi w stan gazowy. W ten sposób cykl rozpoczyna się na nowo.

Pompa ciepła przekształca energię słoneczną zgromadzoną w powietrzu do ogrzania domu. W pompie ciepła krąży czynnik chłodniczy, który podlega przemianom termodynamicznym z postaci ciekłej w gazową i przekazuje tym samym energię z dolnego źródła (powietrza) do górnego (c.o., zasobnik c.w.u.). Proces ten przebiega wbrew naturalnemu kierunkowi przepływu ciepła i zachodzi dzięki dostarczonej z zewnątrz energii. Pompy ciepła wykorzystują ciepło niskotemperaturowe (o niskiej energii) (w praktyce 0°C – 60°C), trudne do innego praktycznego wykorzystania.

W obiegu pompy ciepła zachodzą w sposób ciągły cztery procesy:

• w parowniku (wymiennik ciepła) ulega procesowi odparowania na skutek odbioru ciepła z dolnego źródła;
• w sprężarce następuje sprężanie pary czynnika roboczego, czemu towarzyszy wzrost temperatury;
• w skraplaczu para ulega procesowi skraplania przez oddanie ciepła do systemu grzewczego;
• ostatecznie czynnik roboczy w postaci skroplonej jest dozowany do parownika poprzez zawór rozprężny, gdzie następuje ponownie proces odparowania i rozpoczęcie nowego cyklu.

Do scharakteryzowania pomp ciepła używa się współczynnika wydajności pompy ciepła, tzw. COP, który jest równy stosunkowi uzyskanego w górnym źródle ciepła do włożonej pracy. Współczynnik ten może przyjmować w praktyce wartości od około 3 do kilkunastu, co oznacza dużą oszczędność energii elektrycznej w porównaniu np. ze zwykłym grzejnikiem elektrycznym (w którym stosunek ciepła do energii elektrycznej jest bliski liczbie jeden). Przy wykorzystaniu pompy do ogrzewania zakłada się, że źródło energii cieplnej jest darmowe dlatego współczynnik efektywności określa się jako stosunek całkowitej energii w jednostce zewnętrznej do energii elektrycznej pobranej z sieci.