Pompy ciepła

W dziale Pompy ciepła porównujemy pompy gruntowe, wodne i powietrzne. Podpowiadamy, jaka instalacja grzewcza najlepiej współpracuje z pompami ciepła. Radzimy, jakie warunki należy spełnić, aby pompa ciepła była najbardziej efektywna. Z nami dobierzesz odpowiednią moc pompy ciepła do swojego domu i dowiesz się, jak wygląda eksploatacja tego urządzenia.

Dzięki pompie ciepła możliwe jest ogrzewanie pomieszczeń energią odbieraną z gruntu bądź z powietrza mimo tego, że ich temperatura jest niższa niż ta, do której jest ogrzewane pomieszczenie. Pompa ciepła jako jedyne urządzenie umożliwia skuteczne wykorzystanie ciepła o niskiej temperaturze. Parametrem pozwalającym porównywać osiągi pomp ciepła jest współczynnik efektywności COP. Zależy on od temperatury ośrodka, z którego pompa odbiera ciepło (dolnego źródła ciepła), i temperatury ośrodka, któremu je oddaje (górnego źródła ciepła). COP jest wartością chwilową – zmienia się wraz z wartościami temperatury.

Pompa ciepła wykorzystuje odnawialne źródła energii i nie emituje zanieczyszczeń do atmosfery. Jeśli zostanie zainstalowana w parze z panelami fotowoltaicznymi, które będą dostarczać energię elektryczną do jej zasilania, pozwoli uzyskać niemal zerowy wskaźnik zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną Ep, który od 2021 r. dla wszystkich nowo budowanych domów powinien być jeszcze niższy niż dotychczas i wynosić nie więcej niż 70 kWh/(m2.rok).

Pompy ciepła rodzaje

Pompy ciepła klasyfikuje się według różnych kryteriów. Najważniejsze dotyczą ośrodka, z którego pompa pobiera ciepło (grunt, woda, powietrze – tak zwane dolne źródło ciepła), oraz czynnika, któremu je przekazuje (są nim woda lub powietrze wykorzystywane do ogrzewania pomieszczeń i/lub podgrzewania wody użytkowej – czyli tak zwane górne źródło ciepła).

Pompy ciepła gruntowe (grunt to ich dolne źródło ciepła) to urządzenia typu:

• solanka/woda (lub inaczej glikol-woda) – są to pompy ciepła, które odbierają ciepło z gruntu za pośrednictwem wymiennika mającego postać ułożonych poziomo lub pionowo w gruncie rur, którymi przepływa niezamarzający płyn (solanka) pośredniczący w wymianie ciepła. Ciepło wygenerowane przez urządzenie jest przekazywane do wody zasilającej instalację grzewczą (c.o. i/lub podgrzewania wody użytkowej);
• bezpośrednie odparowanie/woda – gruntowy wymiennik ciepła jest jednocześnie parownikiem. Czynnik roboczy krąży i odparowuje w rurach ułożonych w ziemi. Nie ma czynnika pośredniczącego w wymianie ciepła, dzięki czemu sprawność systemu może być większa. Skraplacz ogrzewa wodę zasilającą instalację grzewczą (c.o. i/lub podgrzewania wody użytkowej);
• bezpośrednie odparowanie/bezpośrednie skraplanie – gruntowy wymiennik ciepła jest jednocześnie parownikiem, a instalacja grzewcza – skraplaczem. Nie ma czynnika pośredniczącego w wymianie ciepła, dzięki czemu efektywność systemu jest najwyższa.

Pompy ciepła wodne (ich dolne źródło ciepła to woda) to urządzenia typu:

• woda/woda – parownik pompy ciepła jest ogrzewany wodą czerpaną ze studni, rzeki lub jeziora. Skraplacz ogrzewa wodę zasilającą instalację grzewczą (c.o. i/lub podgrzewania wody użytkowej);
• woda/powietrze – parownik pompy ciepła jest ogrzewany wodą czerpaną ze studni, rzeki lub jeziora. Skraplacz ogrzewa powietrze nawiewane do pomieszczeń.

Pompy ciepła powietrzne (ich dolne źródło ciepła to powietrze) to urządzenia typu:

• powietrze/woda – parownik pompy ciepła jest ogrzewany powietrzem zewnętrznym tłoczonym przez wentylator. Skraplacz ogrzewa wodę zasilającą instalację grzewczą (c.o. i/lub podgrzewania wody użytkowej);
• powietrze/powietrze – parownik pompy ciepła jest ogrzewany powietrzem tłoczonym przez wentylator, a skraplacz ogrzewa powietrze nawiewane do pomieszczeń.

Pompa ciepła gruntowa

Pompa ciepła gruntowa: jej dolnymi źródłami ciepła mogą być grunt lub wody gruntowe, z których ciepło może być odbierane bezpośrednio przez płyn roboczy (w pompach ciepła z bezpośrednim odparowaniem) albo przez glikol krążący w instalacji dolnego źródła (w pompach ciepła typu glikol-woda, tzw. solankowych). Wymiennik gruntowy, czyli pętla uformowana z rury i zakopana w gruncie na działce, jest potrzebny w obu przypadkach. Łatwiej i zwykle taniej jest wybudować wymiennik (kolektor) poziomy, ale trzeba na niego wygospodarować na działce kilkaset metrów kwadratowych, na których po zakopaniu rur nie można nic wybudować ani też za wiele posadzić – w zasadzie jedynie trawę. W pompach ciepła z bezpośrednim odparowaniem wymiennik gruntowy jest jednocześnie parownikiem. Musi być odpowiednio duży (potrzebne są długie miedziane rury z dużą ilością czynnika roboczego), ale cały układ jest efektywniejszy dzięki temu, że nie ma wymiennika płytowego pośredniczącego w wymianie ciepła (jak w pompach solankowych).

Powietrzna pompa ciepła

Pompa ciepła powietrzna nie potrzebuje wymiennika gruntowego, więc jest dobrą alternatywą dla inwestorów, którzy chcą mieć pompę ciepła, a na działce nie mają dość miejsca na kolektor albo wybudowanie go jest zbyt kosztowne. Dzięki mniejszym kosztom inwestycji jest bardziej konkurencyjna w stosunku do tradycyjnych źródeł ciepła. Pompy ciepła powietrzne są produkowane w kilku wariantach – jako pompy ciepła monoblokowe w wersji do montażu w domu albo poza domem oraz jako pompy ciepła dwuczęściowe (split), z jednym elementem (zawierającym hałaśliwy wentylator) – do montażu na zewnątrz – i drugim (mieszczącym układ hydrauliczny) – do ulokowania w domu. Część wewnętrzna
bywa niekiedy zintegrowana z zasobnikiem c.w.u.

W powietrznych pompach ciepła mamy do czynienia z dwoma typami sprężarek: ze sprężarkami typu on/off– włącz/wyłącz, i z inwerterowymi – z modulacją mocy. Większość oferowanych na rynku powietrznych pomp ciepła to urządzenia ze sprężarkami inwerterowymi, których moc, dzięki modulacji, dopasowuje się do zapotrzebowania budynku na ciepło. Charakterystyki inwerterowych pomp ciepła opierają się na minimalnych i maksymalnych wartościach obrotów sprężarki, dlatego podstawowe zależności łatwiej jest poznać, analizując charakterystykę pompy ciepła on/off – ze sprężarką o stałych obrotach. Charakterystyka pompy ciepła powietrze-woda ze sprężarką typu on/off przedstawia zmiany mocy grzewczej, pobieranej mocy elektrycznej i efektywności pompy ciepła (będącej stosunkiem mocy grzewczej do pobieranej mocy elektrycznej i oznaczanej jako COP) w pełnym zakresie temperatury powietrza: od -20 do +30^oC. Każda z wartości występuje dla trzech poziomów temperatury wody zasilającej:

• W35 – temperatura wody na wyjściu z pompy ciepła 35oC, co odpowiada systemom niskotemperaturowym, np. ogrzewaniu podłogowemu;
• W45 – temperatura wody na wyjściu z pompy ciepła 45oC, co odpowiada systemom średniotemperaturowym, np. grzejnikom dobranym na niższe niż standardowe parametry lub klimakonwektorom;
• W55 – temperatura wody na wyjściu z pompy ciepła 55oC, co odpowiada systemom wysokotemperaturowym, np. ogrzewaniom grzejnikowym dobranym na wyższe parametry wody zasilającej.

Jaką pompę ciepła wybrać?

Wybór rodzaju pompy ciepła jest uzależniony od charakterystyki inwestycji, indywidualnych potrzeb oraz aspektów ekonomicznych. Wielkość działki, sposób jej zagospodarowania oraz strefa klimatyczna, w której jest położona, często przemawiają za wyborem określonego typu pompy ciepła. Z drugiej strony konieczna jest też analiza potrzeb inwestora oraz budżetu, który chce lub może przeznaczyć na instalację. Ważne jest to, czy pompa ciepła ma jedynie przygotowywać ciepłą wodę użytkową, czy pracować tylko na potrzeby centralnego ogrzewania, czy też być źródłem ciepła realizującym oba te cele. Wielkość inwestycji oraz wielkość zapotrzebowania na ciepło mają wpływ na koszt poszczególnych rozwiązań, a więc opłacalność inwestycji. Istotne jest także to, jakie parametry są wymagane w instalacji. Czy w lecie będzie zapotrzebowanie na chłód, a jeśli tak, to w jakiej ilości, oraz czy chłodzenie będzie pasywne czy aktywne. Wreszcie, czy pompa ciepła ma współpracować z innymi elementami, tj. instalacja fotowoltaiczna lub rekuperacja, i czy inwestor chce mieć możliwość zdalnego zarządzania jej pracą za pośrednictwem internetu. Ostatecznie to konfiguracja tych elementów determinuje wybór odpowiedniego modelu pompy ciepła. W dużym uproszczeniu można przyjąć, że inwestorzy z większym budżetem na inwestycję, którzy chcą się cieszyć stabilną pracą instalacji przez długie lata, niskim poziomem hałasu i najniższymi kosztami eksploatacji, powinni wybrać pompę ciepła gruntową, a osoby, którym nie przeszkadza lekki hałas, konieczność ustawienia urządzenia na zewnątrz budynku i uzależnienie jego pracy od zmiennych w naszym klimacie warunków atmosferycznych, mogą się zdecydować na pompę ciepła powietrzną współpracującą z instalacją fotowoltaiczną. Montaż takiej pompy ciepła trwa krócej i jest mniej kosztowny, bo nie są potrzebne prace ziemne na działce. Inwestorzy dysponujący mniejszym budżetem na inwestycję i świadomi nieco wyższych miesięcznych kosztów eksploatacji chętnie wybierają powietrzne pompy ciepła. Dzisiaj w Polsce to najczęściej kupowane modele pomp ciepła.