Jaka pompa ciepła do domu 150 mkw.? Czym różnią się od siebie pompy ciepła?

Jaką pompę ciepła wybrać do niedużego domu jednorodzinnego? Gruntową czy powietrzną? Czym jeszcze, oprócz dolnego źródła, różnią się od siebie pompy ciepła?

Zobacz galerię 10 zdjęć

Autor: Piotr Mastalerz

Spis treści

1. Powietrzna czy gruntowa pompa ciepła – koszt inwestycji
2. Efektywność pompy ciepła
3. Zobacz galerię zdjęć: ogrzewanie domu pompą ciepła
4. Sposób instalacji pompy ciepła
5. Zobacz galerię zdjęć: instalacja powietrznej pompy ciepła
6. Sprężarka w pompie ciepła

Ten, kto zamierza wybudować dom wygodny, nowoczesny i energooszczędny, zapewne zastanawia się nad zastosowaniem do jego ogrzewania pompy ciepła. To rozwiązanie, które można zastosować w każdym domu bez obaw o negatywne oddziaływanie źródła ciepła na środowisko. Jest więc dobrą alternatywą dla kotłów spalających paliwa kopalne, których używanie jest stopniowo ograniczane ze względu na emisję do atmosfery szkodliwych substancji.

Powietrzna czy gruntowa pompa ciepła – koszt inwestycji

Instalacje z pompami, których źródłem ciepła jest grunt, są droższe od odbierających ciepło od powietrza, ponieważ do ich działania jest potrzebny wykonywany na budowie gruntowy wymiennik ciepła.

Parownik pompy powietrznej ma bezpośredni kontakt ze źródłem ciepła – powietrzem. Żeby oddawało ono do parownika wymaganą ilość ciepła, wystarczy tylko wymusić odpowiednio intensywny przepływ powietrza – robi to wentylator fabrycznie zamontowany w urządzeniu. W pompie gruntowej jest to bardziej skomplikowane. Do odbioru ciepła z ziemi są potrzebne układane w niej długie pętle rur. Cyrkuluje w nich poruszany przez pompę obiegową płyn potocznie nazywany solanką – najczęściej jest nim wodny roztwór glikolu, niekiedy alkoholu (o mniejszej niż glikol lepkości przekładającej się na mniejszą energochłonność pompy obiegowej). Ogrzewa się on ciepłem zakumulowanym w gruncie, po czym oddaje je w parowniku pompy ciepła.

Wymiennik gruntowy może być poziomy – z rur ułożonych poziomo pod powierzchnią gruntu, na głębokości poniżej strefy przemarzania (im głębiej, tym lepiej). Obszar wykopu pod rury obejmuje kilkaset metrów kwadratowych, więc żeby ograniczyć koszty, zwykle umieszcza się je na niewielkiej głębokości 1-2 m, a przez to temperatura wymiennika jest niestabilna, co wpływa negatywnie na efektywność pompy ciepła. Dlatego producenci pomp rekomendują wymienniki pionowe – z rur umieszczanych w odwiertach głębokości kilkudziesięciu metrów.

Ich ważną zaletą jest to, że zajmują wielokrotnie mniejszą powierzchnię działki niż poziome. Z tego względu często odwierty okazują się jedynym możliwym rozwiązaniem. Ta technologia jest jednak droższa. Patrząc na koszty, trzeba brać pod uwagę, że są one bardzo uzależnione od właściwości gruntu – im bardziej jest suchy, tym większy i wobec tego droższy musi być wymiennik. W skrajnych przypadkach różnica w kosztach wykonania wymiennika poziomego w gruncie suchym i mokrym może być ponad dwukrotna. Zatem gry grunt jest suchy, na ogół tańsze okazuje się wykonanie wymiennika pionowego.

Efektywność pompy ciepła

Instalacje z powietrznymi pompami ciepła są wprawdzie tańsze od tych z gruntowymi, ale więcej się płaci za ich eksploatację. Czy to znaczy, że zastosowanie pompy gruntowej bardziej się opłaca?

Współczynnik efektywności COP mówi nam, ile jednostek energii do ogrzewania zapewnia pompa, pobierając jednostkę energii elektrycznej.

Jednak COP to wartość chwilowa, niewiele mówiąca o zużyciu energii elektrycznej do napędu pompy ciepła w całym okresie jej pracy. Temperatura gruntu, zwłaszcza na głębokości większej niż 20 m, jest stabilna i bliska zera, więc uśrednione współczynniki efektywności pomp gruntowych z pionowymi wymiennikami, zasilających wodne ogrzewanie podłogowe, nie różnią się bardzo od wartości COP dla B0/W35. Ale temperatura powietrza zmienia się w znacznie większym zakresie – można się spodziewać jej spadku nawet poniżej -20^oC. Spadek temperatury powietrza przekłada się na zmniejszenie wartości COP, czyli zwiększenie zużycia energii elektrycznej przez pompę ciepła, co odbywa się dość gwałtownie po obniżeniu temperatury poniżej 0^oC. Jednocześnie maleje wtedy moc cieplna urządzenia. Dlatego pompy ciepła powietrze-woda są sprzedawane w komplecie z grzałką, która dogrzewa wodę, gdy wydajność obiegu chłodniczego staje się niewystarczająca (w pompach gruntowych nie jest niezbędna, ale może się przydać do szybkiego podgrzania wody użytkowej). Jej działanie powoduje jednak zwiększenie zużycia energii elektrycznej, czyli zmniejszenie współczynnika efektywności pompy ciepła. Do tego w ujemnej temperaturze parownik pompy powietrznej pokrywa się lodem, który trzeba usuwać. Robi to działający automatycznie układ rozmrażający, który też pochłania energię. Jak duże różnice w kosztach eksploatacji wynikają z tego wszystkiego?

Z informacji, które otrzymaliśmy od producentów pomp ciepła, wynika, że roczny koszt ogrzewania dobrze ocieplonego domu o powierzchni 140 m2 pompą gruntową jest niższy niż powietrzną o mniej więcej 1000 zł. To sporo, ale różnica między kosztem inwestycji w system z pompą gruntową i powietrzną też jest duża. Za pompę gruntową trzeba zapłacić przeciętnie 15-20 tys. zł więcej. Zatem opłacalność wyboru tego droższego rozwiązania jest wątpliwa. Trzeba jednak przyznać, że rosnące koszty energii mogą sprawić, że ta droższa inwestycja w przyszłości okaże się korzystna.

Zobacz galerię zdjęć: ogrzewanie domu pompą ciepła

Zobacz galerię 10 zdjęć

Autor: Piotr Mastalerz

Sposób instalacji pompy ciepła

Pompy powietrze-woda to urządzenia składające się często z dwóch części. Jedną instaluje się poza domem, żeby miała bezpośredni kontakt ze źródłem ciepła, czyli powietrzem. Jego przepływ przez parownik wymusza wentylator o sporej wydajności (rzędu 3000 m3/h), więc dość hałaśliwy – generuje moc akustyczną 62-65 dB(A). Warto to mieć na uwadze, wybierając miejsce montażu pompy. Lepiej nie ustawiać jej w pobliżu okien sypialni. W drugiej jednostce znajduje się osprzęt niezbędny do współpracy z instalacją grzewczą w domu - pompa obiegowa instalacji c.o., naczynie przeponowe i sterownik pompy ciepła (w pompach monoblokowych), a w przypadku pomp typu split - także część układu chłodniczego ze skraplaczem w postaci wymiennika ciepła, przez który przepływa woda zasilająca instalację grzewczą. Woda nie może być narażona na zamarznięcie, dlatego tę jednostkę należy zainstalować w ogrzewanym pomieszczeniu.

W niektórych pompach ciepła jest też zintegrowany duży pojemnościowy podgrzewacz wody. Jednostki wewnętrzne tych pomp ciepła mają rozmiary dużych lodówek. W przypadku innych modeli podgrzewacz instaluje się osobno.

Pompy gruntowe są na ogół urządzeniami monoblokowymi, przeznaczonymi do zainstalowania w ogrzewanym pomieszczeniu.

Zobacz galerię zdjęć: instalacja powietrznej pompy ciepła

Zobacz galerię 23 zdjęcia

Autor: Piotr Mastalerz

Podczas przebudowy pomieszczenie po kotłowni węglowej zostało odnowione i przygotowane do zamontowania nowego urządzenia grzewczego.

Sprężarka w pompie ciepła

Sprężarka to jeden z najdroższych i najważniejszych elementów pompy ciepła w największym stopniu decydujący o jej efektywności. W pompach gruntowych stosuje się zwykle sprężarki o stałej prędkości obrotowej wirnika (On/Off), natomiast we współczesnych pompach powietrznych na ogół wykorzystuje się technologię DC Inverter umożliwiającą płynne zmiany wydajności sprężarki – standardowy prąd przemienny z sieci 230 V, 50 Hz jest zmieniany w stały o napięciu 300 V, a prędkość obrotowa wirnika zmienia się na skutek zmian częstotliwości prądu w zakresie 20-120 Hz.

Najwyższą sprawnością, stabilnością, trwałością i cichą pracą charakteryzują się sprężarki typu Scroll DC Inverter. To urządzenia stosowane zwykle w przypadku pomp ciepła o mocy powyżej 10 kW .Z powodu niższej ceny w urządzeniach małej mocy częściej są umieszczane sprężarki Twin Rotary DC Inverter – o niewiele gorszych właściwościach. Ich zaletą jest nieco większy niż w sprężarkach śrubowych zakres zmian prędkości obrotowej. Są też nieco sprawniejsze przy pracy w częstotliwości poniżej 65 Hz.

Ponieważ temperatura robocza parownika pompy gruntowej zmienia się w dużo mniejszym zakresie niż pompy powietrznej, w urządzeniach solanka-woda rzadko stosuje się sprężarki inwerterowe. Wprawdzie przyczyniłoby się to do zmniejszenia poboru energii i wydłużenia trwałości urządzenia dzięki wyeliminowaniu jego gwałtownego rozruchu (obroty sprężarki inwerterowej zwiększają się stopniowo, a sprężarka standardowa rusza od razu na pełnych obrotach), jednak nie miałoby aż tak dużego przełożenia na koszt eksploatacji.

W niektórych pompach ciepła powietrze-woda jest stosowana technologia EVI. Dzięki zmodyfikowanemu obiegowi czynnika chłodniczego i zastosowaniu dodatkowego zaworu rozprężnego umożliwia ona uzyskanie wyższego ciśnienia, a z tego wynikają wyższa wydajność cieplna i temperatura w skraplaczu dochodząca do 65^oC (w standardowych pompach około 55^oC). Regulacja wydajności może się odbywać przez sterowanie wtryskiem pary, co jest alternatywą dla zastosowania sprężarki inwerterowej.

Zalety tej technologii odczuwa się zwłaszcza w przypadku użycia pompy ciepła do zasilania instalacji grzewczej, w której konieczne jest uzyskanie temperatury zasilania przekraczającej 60^oC – można wtedy zrezygnować ze wspomagania działania pompy przez inne urządzenie.

Piotr Laskowski