Pompa ciepła jest nowoczesnym, ekologicznym urządzeniem grzewczo-chłodniczym, umożliwiającym wykorzystanie energii cieplnej źródeł o niskich temperaturach, która w normalnych warunkach jest bezpowrotnie tracona. Jej podstawowa rola polega na pobieraniu ciepła ze źródła o niższej temperaturze (źródła dolnego) i przekazywaniu go do źródła o temperaturze wyższej (źródła górnego). Proces ten wymaga doprowadzenia energii z zewnątrz do realizacji cyklu przemian termodynamicznych czynnika roboczego, odbywających się w urządzeniach i aparatach systemu pompy ciepła, którego końcowym efektem jest dostarczanie bądź odbieranie ciepła. W drugim przypadku dolne źródło ciepła staje się jego odbiornikiem. 

     Praca pompy ciepła, w teoretycznych podstawach działania, jest tożsama z pracą urządzenia chłodniczego. Różnica polega na wykorzystywanym efekcie użytecznym. W urządzeniu chłodniczym wykorzystuje się ciepło pobierane przy niskiej temperaturze (efekt chłodzenia), natomiast w pompie ciepła wykorzystuje się ciepło oddawane przy wysokiej temperaturze (efekt grzania). W pompie ciepła możliwe jest jednoczesne lub alternatywne wykorzystywanie efektu chłodzenia jak i grzania.
     Pomimo wysokiej efektywności termodynamicznej pomp ciepła ich wdrażanie napotyka na duże trudności, szczególnie natury ekonomicznej. Najczęściej stosowane sprężarkowe pompy ciepła zasilane są energią elektryczną. Gdy uwzględni się jednak zużycie paliwa pierwotnego ich sprawność jest stosunkowo niska [1]. Cały czas aktualne jest poszukiwanie miejsc, gdzie zastosowanie tych urządzeń może przynieść duże korzyści ekonomiczne a także doskonalenie ich rozwiązań technicznych. (rys. 1)
     Szczególnie sprzyjające i w pełni uzasadnione warunki do zastosowania pomp ciepła występują w kilku przypadkach:
● gdy istnieje źródło ciepła o zbyt niskiej temperaturze, aby je można było wykorzystać przy pomocy klasycznych wymienników ciepła czy rekuperatorów;
● gdy istnieje swobodny nieograniczony dostęp do tzw. dolnych źródeł ciepła: wody powierzchniowej lub głębinowej, energii słonecznej, energii geotermalnej;
● gdy istnieje zapotrzebowanie zarówno na ciepło, jak i na zimno;
● gdy energia jest przekazywana na znaczne odległości i w wyniku zastosowania pompy ciepła w miejscu poboru energii można znacznie zmniejszyć koszty inwestycyjne;
● gdy zastosowanie konwencjonalnych systemów ogrzewania może naruszyć lokalną równowagę ekosystemów;
● gdy w rachunku ekonomicznym przedsięwzięcia uwzględnione zostaną koszty ekologiczne: degradacji i ochrony środowiska naturalnego.

Kilka słów o pompie ciepła i jej źródłach
(...)

Zapewnienie odpowiednich warunków termicznych w obiektach przemysłowych
     W niektórych gałęziach przemysłu, własności termodynamiczne powietrza w halach produkcyjnych, są kluczowym parametrem, zależnym od rodzaju produkcji oraz określającym jej jakość. Jedną z takich gałęzi może być przemysł drukarski, w którym wilgotność i temperatura powietrza muszą być utrzymywane na odpowiednim poziomie, niezależnie od warunków zewnętrznych. Bardzo niewielkie zmiany tych parametrów mogą spowodować zniszczenie całej produkcji, poprzez np. nadmierną rozciągliwość papieru podczas drukowania, co w przypadku kolorowego druku offsetowego owocuje rozmytym i niewyraźnym obrazem.
     Zatem projektowana instalacja klimatyzacyjna musi charakteryzować się dużą precyzją regulacji, możliwie wysoką niezawodnością oraz, w przypadku zastosowania pompy ciepła odpowiednim dolnym źródłem ciepła mogącym dostarczać jak i odbierać ciepło. Przykładem takiej instalacji może być pompa ciepła zainstalowana w zakładach drukarskich Tianjin Huiyuan Printing Co. Ltd, usytuowanych w strefie portu lotniczego Tianjin, trzeciego co do wielkości pod względem powierzchni miasta Chin [3]. Całkowita powierzchnia przedsiębiorstwa ma 27 000 m2 i składa się z trzech części: zakładu nr 1, zakładu nr 2 oraz biurowca. Oba zakłady zbudowane są na bazie stalowej struktury zajmującej obszar odpowiednio 5242 m² i 9548 m². Przylegający obiekt biurowy to trzykondygnacyjna budowla żelbetowa o sumarycznej powierzchni 4288 m².
     Pierwsze kroki projektowe i konstrukcyjne związane z budową pompy ciepła, jako głównego źródła ciepła i chłodu podjęto w czerwcu 2006 roku. Jej działanie miało zapewnić komfort klimatyczny dla zakładu nr 2 oraz biurowca o łącznej powierzchni 13 836 m². Ze względu na rodzaj terenu okalającego zakłady zdecydowano się na instalację źródła dolnego w postaci kolektora gruntowego. Zgodnie z założeniami zapotrzebowanie mocy w celu chłodzenia pomieszczeń wynosiło 1575 kW, ogrzewania – 1122 kW. Ciepło do pomieszczeń produkcyjnych zdecydowano się doprowadzać i odprowadzać tylko za pomocą kanałów wentylacyjnych.
     Działanie opisywanej pompy ciepła bazuje na 264 grupach gruntowych wymienników ciepła typu „podwójne U”, osadzonych w odwiertach o głębokości 100 m . Ponieważ obszar dziedzińca fabryki nie pozwalał na zainstalowanie tak dużej liczby wymienników, zdecydowano się na umieszczenie grupy 144 odwiertów pod halą zakładu nr 1. Odstępy pomiędzy rzędami wymienników ustalono na poziomie 5,6 m a wymienniki w rzędzie rozlokowano z odstępami 5,9 m. Pozostałe wymienniki umieszczono w 8 grupach po 15 wymienników pod pasem zieleni na zewnątrz obrysu ścian zakładu nr 1 i 2 (rysunek 3) [3].
     W pomieszczeniu sterowniczym całego systemu umieszczono kolektor łączący obiegi wody wszystkich wymienników gruntowych. Na rysunku 5 przedstawiono schemat sterowni.
     Cechą charakterystyczną projektu jest fakt, iż do gruntu dostarcza się większą ilość ciepła niż z niego pobiera. Istnieje zatem niebezpieczeństwo zaburzenia równowagi termicznej po wielu latach pracy pompy ciepła. Zostało to przewidziane w kompleksowym projekcie systemu i w przyszłości przewidziana jest budowa otwartej wieży z płytowymi wymiennikami ciepła odbierającymi ciepło od obiegu chłodzącego umieszczonego w sterowni. Główna część tego systemu jest już wykonana, natomiast budowa wieży i wymienników płytowych przebiegać będzie zależnie od potrzeb.

     Instalacja grzewczo-chłodnicza bazuje na dwóch pompach ciepła. Jedna z pomp napędzana jest trzy-sprężarkowym agregatem śrubowym, druga bazuje na 1 sprężarce śrubowej zainstalowanej w układzie pionowym. Takie rozwiązanie ma zapewnić możliwość precyzyjnego sterowania mocą cieplną lub chłodniczą oraz przyczynić się do oszczędności w zużyciu energii napędowej.
     Do wymuszenia obiegu medium wymieniającego ciepło w kolektorze gruntowym zaprojektowano układ czterech pomp obiegowych, z których trzy zapewniają stałą eksploatację źródła niezależnie od aktualnego stanu pracy pompy ciepła (grzanie lub chłodzenie) natomiast czwarta pozostaje w gotowości do pracy na wypadek ewentualnej awarii jednej z trzech pomp głównych. Dodatkowo system wymiany ciepła po stronie górnego źródła ciepła zapewniony jest przez pracę trzech mniejszych pomp.
     Maszynownia oraz systemy mieszania i dystrybucji powietrza zostały pokazane na kolejnych rysunkach.

Wnioski
     Opisany przykład zapewnienia odpowiednich parametrów termodynamicznych powietrza w hali produkcyjnej, może być ciekawą ilustracją rozwoju i aplikacji pomp ciepła. (...)