Jak działa powietrzna pompa ciepła - co trzeba wiedzieć, żeby dobrze wybrać?

Powietrzna pompa ciepła jest najmniej kłopotliwa. Jak działa? Do pozyskiwania ciepła nie potrzebuje żadnej zewnętrznej instalacji. Powietrze z otoczenia jest zasysane do wnętrza urządzenia przez wentylator i bezpośrednio omywa parownik, oddając ciepło czynnikowi roboczemu krążącemu w obiegu wewnętrznym pompy.

Decydując się na budowę domu, prędzej czy później na etapie realizacji projektu budowlanego trzeba podjąć decyzję - czym ogrzewać dom? Od kilku lat coraz większym zainteresowaniem cieszą się powietrzne pompy ciepła. Co musimy wiedzieć przed wyborem pompy ciepła, jak przygotować kotłownię pod jej wykonanie, na jakie kwestie wykonawcze warto zwrócić uwagę? Jak działa powietrzna pompa ciepła?

Powietrzna pompa ciepła a standard budownictwa energooszczędnego

Powietrzne pompy ciepła są rozwiązaniem wpisującym się w nowe standardy budownictwa energooszczędnego oraz w nowe przepisy prawne w zakresie wyboru źródła ciepła. Duże zmiany w tym zakresie wprowadziły nowe warunki techniczne jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, które weszły w życie 1 stycznia 2021 r. Wymogi te, szczególnie dotyczące wskaźnika nieodnawialnej energii pierwotnej EP, wymuszają na inwestorach wykorzystywanie w możliwie dużym stopniu energii ze źródeł odnawialnych w nowo projektowanych budynkach. Wybierając pompę ciepłą do ogrzewania domu nie musimy się martwić, że taka decyzja zostanie zakwestionowana na etapie ubiegania się o wydanie pozwolenia na budowę, a może tak być, gdy wybierzemy kocioł na ekogroszek, ogrzewanie elektryczne czy gaz ziemny. Wówczas, aby spełnić wymagania w zakresie spełnienie wskaźnika energii pierwotnej Ep, musimy dodatkowo zaprojektować w budynku instalację pozwalającą wykorzystywać energię ze źródeł odnawialnych - kolektory słoneczne, fotowoltaikę - lub wentylację mechaniczną z odzyskiem ciepła.

Wróćmy jednak do pomp ciepła i zastanówmy się, dlaczego ogrzewanie pompą ciepła się opłaca? Przyjrzyjmy się najpierw, jak działa powietrzna pompa ciepła.

Jak działa powietrzna pompa ciepła

Pompa ciepła często nazywana jest urządzeniem ekologicznym. Rzeczywiście, nie emituje do środowiska zanieczyszczeń, a wykorzystywane przez nią ciepło to w istocie energia promieniowania słonecznego zgromadzona w gruncie, wodzie lub powietrzu. W miejscu, w którym pracuje pompa, nie dochodzi do degradacji środowiska. Osiągnięcie temperatury wody grzewczej w instalacji na poziomie nawet 60ºC jest możliwe dzięki przemianom termodynamicznym czynnika chłodniczego w układzie chłodniczym pompy ciepła, które zachodzą dzięki zastosowaniu w nim parownika, sprężarki, skraplacza i zaworu rozprężnego. Obieg ten ma swoje ograniczenia, dlatego w skrajnych warunkach, gdy na zewnątrz jest -20 czy nawet -25^oC, pracę powietrznej pompy ciepła będzie wspomagać dodatkowo wbudowana grzałka elektryczna lub szczytowe źródło ciepła (ten wątek rozwiniemy w dalszej części artykułu).

Dlaczego warto wybrać powietrzną pompę ciepła?

Najłatwiejszym do wykonania i najmniej kosztownym w ujęciu jest wykorzystanie powietrza zewnętrznego jako dolnego źródła dla pompy ciepła. Jest ono dostępne praktycznie dla każdej inwestycji projektowej, dlatego to rozwiązanie cieszy się największą popularnością w segmencie pomp ciepła. Instalacja powietrznej pompy ciepła jest mało kłopotliwa, wymaga wykonania specjalnego postumentu, na którym wykonuje się agregat zewnętrzny pompy ciepła oraz montuje się specjalne orurowanie chłodnicze do jednostki wewnętrznej, zlokalizowanej np. w kotłowni. Dzięki czemu bez znacznych przeróbek w instalacji możemy zastosować powietrzne pompy ciepła w istniejących obiektach, zwłaszcza wśród tych – wykorzystujących instalację grzejnikową.

Obecnie na rynku znajdziemy powietrzne pompy ciepła, które bez problemu radzą sobie z uzyskaniem parametru wody grzewczej rzędu 60ºC – zwłaszcza przy niskich temperaturach powietrza zewnętrznego rzędu -25ºC.

Warto wspomnieć, że jako dolne źródło może też być wykorzystane powietrze wewnątrz domu – takie rozwiązanie jest stosowane przy zasobnikach na ciepła wodę użytkową z wbudowana pompą ciepła małej mocy (zwane potocznie pompami ciepła do c.w.u.). Jednak należy liczyć się z tym, że możemy znacznie wychłodzić budynek oraz np. wywołać efekt podciśnienia w pomieszczeniach.

Przy pompach ciepła powietrze/powietrze, czyli powszechnie nazywanych klimatyzatorami, możemy spokojne wykorzystać powietrze wewnętrzne do ogrzewania pomieszczeń np. przy wykorzystaniu klimatyzatora kanałowego, który zasysa cyrkulowane powietrze, ogrzewa i wypuszcza do pomieszczeń.

Korzyści z wyboru powietrznej pompy ciepła

Z punktu widzenia projektanta instalacji sanitarnych, wybór pompy ciepła do ogrzewania nowo projektowanego budynku przynosi szereg korzyści. Z pewnością do tych najważniejszych należą niewielkie gabaryty urządzenia, przez co pompę ciepła wraz z zasobnikiem wody użytkowej możemy zmieścić nawet w niewielkim pomieszczeniu. W ofercie niektórych producentów znajdziemy jednostki wewnętrzne z wbudowanym zasobnikiem, dzięki czemu zyskujemy urządzenie typu kompakt.

Decydując się na powietrzną pompę ciepła odpada nam koszt wykonywania komina spalinowego, pomieszczenia na magazyn paliwa bądź wszelkich dodatkowych osprzętów instalacyjnych. Inwestor, decydujący się na ogrzewanie domu pompą ciepła oprócz pomieszczenia technicznego na jednostkę wewnętrzną i zasobnik wody użytkowej, musi wygospodarować przestrzeń pod agregat zewnętrzny. Ten z kolei wykonujemy na stopie betonowej (aby zabezpieczyć jednostkę przed opadami śniegu) lub na dedykowanych wspornikach montażowych. Ważne, by taką jednostkę nie lokalizować w pobliżu okien i pomieszczeń sypialni - w trakcie odszraniania mogą one wydzielać hałas przekraczający 40 dB(A). Dlatego wylot powietrza pompy ciepła najlepiej jest kierować np. od strony ulicy, ponieważ po tej stronie raczej nie lokalizuje się pomieszczeń, które wymagają ochrony przed hałasem.

Inna ważną kwestią jest fakt, że pompy ciepła nadają się jako główne źródło ciepła dla budynków, które będą podlegać późniejszej certyfikacji energetycznej, np. przez niezależny instytut budownictwa pasywnego Passive House Institute PHI. Certyfikat PHI narzuca wymóg osiągnięcia zapotrzebowania budynku na ciepło do ogrzewania w ilości nieprzekraczającej 15 kWh/(m²rok). Jako ciekawostkę należy dodać, że osiągnięcie tak niskiego zużycia energii w budynku, wiąże się z koniecznością uzyskania zarówno odpowiedniej ochrony cieplnej budynku, przyjęcia energooszczędnych rozwiązań instalacyjnych oraz stosowania certyfikowanych przez instytut wyrobów i materiałów. Projektanci i architekci chętniej sięgają po certyfikowane urządzenia w budownictwie pasywnym, co potwierdza wysoką jakość produktu.

Ile kosztuje powietrzna pompa ciepła?

Poniżej prezentuję szacunkowe koszty wykonania kotłowni opartej o powietrzną pompę ciepła, z podziałem na poszczególne pozycje. Do poniższych cen należy uwzględnić VAT 8 proc.

Współczynnik COP - czym jest w pompach ciepła?

Producenci pomp ciepła w swoich kartach katalogowych podają wskaźnik efektywności pompy ciepła COP (ang. Coefficient of performance) to współczynnik wyrażający stosunek ilości dostarczonego ciepła do ilości energii (zwykle elektrycznej) zużytej przez pompę. Warto jeszcze dodać, że ilość uzyskanego ciepła to suma ilości energii wyciągniętej z dolnego źródła, czyli z powietrza zewnętrznego oraz zużytej energii elektrycznej do napędu sprężarki pompy ciepła. Im wyższy wskaźnik COP, tym uzyskanie tej samej ilości ciepła wymaga mniejszego nakładu w postaci energii elektrycznej, za którą płacimy. Tak więc dążenie do zwiększenia wartości tego współczynnika jest z ekonomicznego punktu widzenia w pełni uzasadnione.

Niestety ten wskaźnik nie informuje nas o rzeczywistych kosztach pracy pompy, ponieważ COP podaje się dla wartości chwilowej - a konkretnej temperatury po stronie źródła dolnego i górnego. W rzeczywistości zaś parametry pracy mogą zmieniać się w bardzo szerokich granicach, zwłaszcza przy pompach ciepłą powietrze/woda wahania temperatury powietrza zewnętrznego mogą być skrajne.

Współczynnikiem bliższym rzeczywistym parametrom efektywności pomp ciepła jest tzw. SCOP, czyli współczynnik sezonowy, określający stosunek ilości energii cieplnej wyprodukowanej w całym sezonie grzewczym do pobranej energii elektrycznej. Z tego względu przy wykorzystaniu tego wskaźnika w szacowany sposób możemy określić, ile będzie nas kosztowało ogrzewanie domu pompą ciepłą.

Jak oszacować moc powietrznej pompy ciepła?

Decydując się na wybór powietrznej pompy ciepła do ogrzewania budynku mieszkalnego, w pierwszej kolejności musimy kierować mocą pompy ciepła w punkcie pracy nominalnej. Wszyscy producenci pomp ciepła są zobligowani do podawania mocy swoich urządzeń zgodzie z wymogami normy EN 14511. Oznacza to, że moc powietrznych pomp ciepła podawana jest dla kryterium obliczeniowego A2/W35. Gdy wynosi np. 8,0 kW oznacza to, że w temperaturze powietrza zewnętrznego 2°C oraz dla nastawionej temperatury wody w instalacji grzewczej 35°C – wydajność grzewcza urządzenia wynosi 8,0 kW.

Inne kryteria z jakimi możemy się spotkać to A7/W35 oraz A-7/W35. Oznacza to odpowiednio temperaturę powietrza zewnętrznego -7 i 7°C. W przypadku gruntowej pompy ciepła możemy spotkać oznaczenie B0/W35, co oznacza temperaturę czynnika chłodniczego 0°C i wody grzewczej 35°C. Te informacje warto znać, aby w prawidłowy sposób porównywać moc pompy ciepła dla określonej temperatury.

Przeczytaj też: Dolne źródła ciepła pomp: jakie są ich rodzaje?

Warto również wspomnieć, że zapotrzebowanie na ciepło budynku - w oparciu, o które dobieramy pompę ciepłą - znajdziemy w charakterystyce energetycznej. Jest jest ona niezbędnym elementem każdego projektu technicznego branży sanitarnej. Pompę ciepła powinno dobierać się w taki sposób, aby w możliwie dużym stopniu pokrywała całkowite potrzeby grzewcze budynku. Te z kolei określa się zgodnie z normą PN-EN 12831.

W przypadku powietrznych pomp ciepła należy pamiętać, że moc grzewcza maleje wraz wraz z obniżaniem się temperatury powietrza zewnętrznego. Dlatego takie pompy wybiera się w oparciu o punkt temperatury biwalentnej, chodzi tutaj o punkt przecięcia się krzywej mocy pompy ciepła z krzywą zapotrzebowania budynku na ciepło. Im niższa temperatura punktu biwalentnego, tym większy udział pompy ciepła w bilansie grzewczym budynku.

Przeczytaj też: Program "Moje ciepło". Zainstaluj pompę ciepła, weź dotację!

Pozostałe potrzeby grzewcze mogą być uzupełnianie przy wspomaganiu grzałką elektryczną, wbudowaną w jednostkę wewnętrzną pompy ciepła. Moc grzałki elektrycznej w zależności od modelu wynosi 6-9 kW.

Opłacalność powietrznej pompy ciepła

Pompa ciepła zużywa niewiele energii konwencjonalnej (elektrycznej), a koszty jej eksploatacji należą do najniższych spośród wszystkich popularnych urządzeń grzewczych. Ceny pomp ciepła zaczynają się od mniej więcej 10 tys. zł, przy czym dotyczy to urządzeń o niewielkiej mocy grzewczej 3-5 kW. Do ogrzewania domów jednorodzinnych o powierzchni około 150 m² zwykle wystarcza moc nominalna 8-10 kW (pompę ciepła dobiera się tak, by jej moc nominalna nie była większa od maksymalnego zapotrzebowania na moc do ogrzewania domu – jej przewymiarowanie skutkuje nie tylko wyższą ceną zakupu, ale przede wszystkim nieekonomiczną pracą, czyli znacznie wyższymi kosztami eksploatacji).

Przeczyta też: FAKTY i MITY o powietrznej pompie ciepła

Pompy ciepła to urządzenia trwałe, pracujące bezawaryjnie przeciętnie kilkanaście lat. Za mniej więcej 25 tys. zł można kupić pompę ciepła powietrze-woda o mocy 8 kW ze zbiornikiem do podgrzewania wody użytkowej. Takie urządzenie może zasilać instalację c.o. z grzejnikami lub ogrzewaniem podłogowym. Przy bardzo niskiej temperaturze zewnętrznej (poniżej -15^oC), kiedy zapotrzebowanie na ciepło jest największe, będzie ono dostarczane przede wszystkim przez elektryczną grzałkę wbudowaną w pompę ciepła. Mimo wszystko średnioroczna efektywność powietrznej pompy ciepła (z uwzględnieniem pracy grzałki) w naszym klimacie wynosi mniej więcej 3, co oznacza, że z kilowatogodziny energii elektrycznej dostarczonej do napędu pompy uzyskuje się średnio około 3 kWh ciepła. Koszt eksploatacji takiej pompy jest zatem blisko trzykrotnie niższy niż konwencjonalnego ogrzewania elektrycznego.

POLECAMY:

• Projekty domów z Kolekcji Muratora, w których zastosowano pompę ciepła >>>

W przypadku gruntowych pomp ciepła i tych pozyskujących ciepło z wody płacimy nie tylko za pompę, ale jeszcze za instalację umożliwiającą pobieranie ciepła z dolnego źródła. Całkowita cena systemu z gruntowym wymiennikiem ciepła wynosi co najmniej 40 tys. zł. Średnioroczna efektywność samej pompy ciepła zasilającej niskotemperaturową instalację c.o. może wynieść nawet powyżej 5, ale jeśli uwzględni się sprawność wszystkich elementów systemu oraz zużycie energii przez pompy obiegowe, może się okazać, że będzie on bliższy 4. Jednak mimo wszystko koszt energii do zasilania instalacji grzewczej będzie blisko czterokrotnie mniejszy niż przy konwencjonalnym ogrzewaniu elektrycznym.