Pompa ciepła jest ekologicznym urządzeniem grzewczym, niskotemperaturowym, którego zasada działania opiera się na znanych zjawiskach i przemianach fizycznych. Obieg termodynamiczny, w którym zachodzą w sposób ciągły cztery procesy fizyczne opisuje zasadę działania pompy ciepła. W parowniku, czynnik roboczy ulega procesowi odparowania (proces odbioru ciepła z otoczenia).

Następnie w kompresorze następuje proces sprężania par czynnika roboczego, a za kompresorem czynnik roboczy posiadający wysokie ciśnienie i wysoką temperaturę, ulega procesowi skraplania w skraplaczu (proces oddawania ciepła do systemu). Ostatnim procesem, jakiemu podlega czynnik roboczy w obiegu termodynamicznym, jest proces rozprężania realizowany na zaworze rozprężnym, dozującym czynnik roboczy do parownika, gdzie następuje ponownie proces odparowania, a cykl przedstawiony powyżej powtarza się.

Współczynnik efektywności pompy ciepła można obliczyć korzystając z danych technicznych, mocy grzewczej i poboru mocy elektrycznej pompy ciepła. ε = Moc grzewcza pompy ciepła / Moc elektryczna potrzebna do napędu sprężarki.

Systemy powietrzne:

Powietrze – stanowi najtańsze inwestycyjne źródło ciepła, dla pomp ciepła, nie wymaga robót ziemnych. Należy jednak zaznaczyć że przy niskiej temperaturze, współczynnik efektywności pomp ciepła typu powietrze-woda jest stosunkowo niski. Powietrze, jako dolne źródło, wykorzystywane jest najczęściej w instalacjach małej mocy. W celu dostarczenia do pompy ciepła, powietrza o temperaturze dodatniej w miesiącach zimowych, stosuje się gruntowy wymiennik ciepła. Rozwiązanie techniczne polega m.in. na zakopaniu rury z PCW o średnicy około 300mm, długości 50m, na głębokości około 2m. Na końcu (czerpnia) rura jest wystawiona nad poziom gruntu, zakończona: filtrem, siatką, daszkiem. Podane wyżej parametry rury, dotyczą pompy ciepła o mocy około 12 kW, zasilającej w energię cieplną dom jednorodzinny.

Systemy gruntowe poziome(solanka/woda):

Pod pojęciem gruntu, jako źródła ciepła dla pompy ciepła, rozumiemy warstwę gruntu o głębokości do 2m (dla kolektorów płaskich i spiralnych). Temperatura gruntu zmienia się zależnie od strefy klimatycznej i pory roku. Zakres wahań nie jest tak duży, jak dla powietrza. Przebieg tych zmian zależy od powierzchni, właściwości termo-fizycznych gruntu oraz jego wilgotności. Odbiór ciepła odbywa się za pomocą wymiennika ciepła ułożonego na niezabudowanej powierzchni(parking, ogród, boisko) w pobliżu ogrzewanego budynku, lub za pomocą wymiennika pionowego wykonanego w specjalnym odwiercie. Ciepło gruntu, które pozyskujemy, jest zakumulowaną energią słoneczną, przenikającą w głąb gruntu wraz z opadami deszczowymi.

Energia słoneczna jest także źródłem energii, dla procesu regeneracji kolektora, warstwy gruntu, wychłodzonej w czasie eksploatacji w sezonie grzewczym. Ilość ciepła użytecznego i związana z tym niezbędna powierzchnia, zależne są ściśle od termo-fizycznych właściwości gruntu i energii Zarówno właściwości termiczne jak również objętościowo pojemność ciepła i jego przewodność są bardzo ściśle zależne od składu i budowy gruntu. Największe znaczenie ma udział wody, składników mineralnych np. kwarcu, jak również udział i wielkość porów, wypełnionych powietrzem. Możliwość akumulacji ciepła i jego przewodność, jest tym większa, im bardziej grunt nasycony jest wodą im większy jest udział składników mineralnych i im mniejszy jest udział porów. Na głębokości około 10m temperatura gruntu jest w przybliżeniu stała i równa średniorocznej temperaturze powietrza zewnętrznego.

Pozyskiwanie przez pompę ciepła energii z gruntu, odbywa się za pomocą wkopanych w ziemię rur polietylenowych. Krążący w zamkniętym układzie tych rur czynnik chłodniczy(glikol rozcieńczony w wodzie w stosunku 1:1) oddaje ciepło w pompie i nagrzewa się w gruncie. Czynnik ten odbiera ciepło od gruntu, jest cieczą niezamarzającą do – 15˚C. Wymiennik poziomy, wymaga sporej powierzchni działki około dwu krotności powierzchni mieszkalnej budynku.

W lecie w upalne dni, istnieje możliwość wykorzystania wymiennika gruntowego jako skraplacza i zastosowanie pompy, do klimatyzowania pomieszczeń(obieg odwrócony). Pobieranie ciepła z gruntu może się wiązać z jego zamrażaniem, polegającym na obniżeniu temperatury gruntu w bezpośrednim sąsiedztwie dolnego źródła ciepła. Skutkuje to, okresowym obniżeniem sprawności cieplnej układu. W czasie lata gdy pompa ciepła pracuje w krótkich przedziałach czasowych(grzejąc c.w.u.) następuje

• dostarcza tanią energię cieplną, pobierając ją niewyczerpywanego źródła – środowiska;
  
• jest wygodna i czysta – nie wymaga instalowania: komina, przyłącza gazowego czy dodatkowego systemu wentylacji, nie wydziela zapachów; 
  
• jest w pełni zautomatyzowana, nie potrzebuje konserwacji ani okresowych przeglądów;
  
• pracuje cicho, nie jest dokuczliwa dla otoczenia;
  
• jest bezpieczna dla środowiska – nie emituje sadzy, ani spalin, nie zanieczyszcza otoczenia;
  
• pozwala uniezależnić się od wzrostu cen paliw;
  
• sprawność pompy ciepła w miarę upływu czasu nie spada