Nowoczesna pompa ciepła - rodzaje, zasada działania, COP

2020-02-25 11:49 Materiał partnerski Marek Miara, Piotr Laskowski
Pompy ciepła
Autor: Piotr Mastalerz

Zastanawiając się nad wyborem pompy ciepła do swojego domu, warto poszerzyć swoją wiedzę o tych urządzeniach. Jakie są rodzaje pompy ciepła, jak działają, czy opłaca się inwestować w ich współpracę z fotowoltaiką?

Rodzaje pomp ciepła

Te najczęściej stosowane do ogrzewania domów można sklasyfikować w zależności od sposobu pozyskiwania ciepła i przekazywania go do pomieszczeń na urządzenia typu:

  • solanka/woda – odbierają ciepło z gruntu za pomocą wymiennika gruntowego, w którym krąży trudno zamarzający roztwór glikolu (nazywany solanką), pośredniczący w wymianie ciepła między gruntem a czynnikiem roboczym pompy. Ciepło ze skraplacza ogrzewa wodę zasilającą instalację centralnego ogrzewania;
  • bezpośrednie parowanie/woda – gruntowy wymiennik ciepła jest jednocześnie parownikiem pompy, a więc w ułożonych w ziemi rurach krąży czynnik roboczy, który w nich odparowuje. Dzięki wyeliminowaniu roztworu glikolu i dodatkowego wymiennika pośredniczącego w wymianie ciepła uzyskuje się większą sprawność systemu. Ciepło ze skraplacza ogrzewa wodę zasilającą instalację centralnego ogrzewania;
  • bezpośrednie parowanie/bezpośrednie skraplanie – gruntowy wymiennik ciepła jest jednocześnie parownikiem pompy, a instalacja grzewcza (wodne ogrzewanie podłogowe) jest skraplaczem. Ani w wymienniku gruntowym, ani w instalacji grzewczej nie ma płynu pośredniczącego w wymianie ciepła, dzięki temu efektywność tej pompy jest największa;
  • woda/woda – parownik pompy jest ogrzewany wodą czerpaną ze studni, rzeki lub jeziora. Ciepło ze skraplacza ogrzewa wodę zasilającą instalację centralnego ogrzewania;
  • powietrze/woda – parownik pompy jest ogrzewany powietrzem. Ciepło ze skraplacza ogrzewa wodę zasilającą instalację centralnego ogrzewania;
  • powietrze/powietrze – parownik pompy jest ogrzewany powietrzem. Ciepło ze skraplacza ogrzewa powietrze nawiewane do pomieszczeń;
  • woda/powietrze – parownik pompy jest ogrzewany wodą. Ciepło ze skraplacza ogrzewa powietrze nawiewane do pomieszczeń.
Pompa ciepła
Autor: GettyImages

Zasada działania pompy ciepła

Jak to możliwe, że pompa dostarcza do instalacji grzewczej ciepłą wodę lub nawiewa do pomieszczeń ciepłe powietrze, jeśli jej źródłem ciepła są woda, grunt lub powietrze o temperaturze niewiele wyższej od 0°C? 

Dla wielu osób nie jest oczywiste, że ciepło można odebrać od chłodnej wody, lodu czy mroźnego powietrza. Warto wiedzieć, że w każdej materii o temperaturze wyższej od zera absolutnego (0 w skali Kelwina, czyli mniej więcej -273oC) jest energia, którą można odebrać w postaci ciepła. Ograniczeniem jest tylko to, że wymiana ciepła następuje zawsze z ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej temperaturze – mówi o tym druga zasada termodynamiki. W pompie ciepła odbywa się to właśnie w ten sposób – jej czynnik roboczy ma w parowniku temperaturę niższą od temperatury dolnego źródła ciepła. Jego temperatura wzrasta dopiero później dzięki pracy sprężarki.

Nowoczesna pompa ciepła VESTA
Pompa ciepła VESTA

Autor: SAS

Przykładem pompy ciepła powietrze-woda jest produkt polskiej firmy SAS - pompa ciepła Vesta pracująca w systemie powietrze-woda. Jest to urządzenie monoblokowe, co znaczy, że wszystkie elementy pompy znajdują się w jednej obudowie Dzięki temu łatwo się ją montuje. Zastosowano w niej naturalny czynnik chłodzący niepodlegający ustawie SZWO (tzw.F-gazy). Modulowana praca wentylatora sprawia, że możliwa jest regulacja wydajności pompy, co ma znaczenie szczególnie w okresie letnim, gdy przygotowuje tylko ciepłą wodę użytkową. Panel sterowania, który jest jednocześnie regulatorem pokojowym, zapewnia łatwą obsługę dzięki intuicyjnemu interfejsowi.

Współczynnik wydajności grzejnej (COP)

O efektywności pompy ciepła świadczy współczynnik wydajności grzejnej (COP). Jest to stosunek ilości ciepła uzyskanego w skraplaczu pompy do zużytej energii napędowej. Zależy on nie tylko od konstrukcji pompy, ale przede wszystkim od temperatury, jaka ma być uzyskana w odbiorniku ciepła (instalacji grzewczej), oraz temperatury źródła, z którego pompa pobiera ciepło. Współczynnik COP = 4 oznacza, że z każdej kilowatogodziny energii elektrycznej zużytej do napędu pompy otrzymamy 4 kWh ciepła. Najnowsze pompy ciepła posiadają wyższy współczynnik: np. VESTA firmy SAS może pochwalić się współczynnikiem COP na poziomie 4.2 przy A2W35.

Z jaką instalacją współpracuje pompa ciepła?

Pompa ciepła może, podobnie jak kocioł, zasilać zwykłe grzejniki. Ze względu na niższą temperaturę zasilania ich powierzchnia grzewcza musi być jednak odpowiednio większa niż w przypadku współpracy z konwencjonalnym źródłem ciepła. Może to niekiedy powodować problemy ze znalezieniem na nie miejsca. Ich cena będzie też odpowiednio wyższa. Zamiast ogrzewania podłogowego do współpracy z pompą ciepła bardzo dobry jest też inny rodzaj ogrzewania niskotemperaturowego – ogrzewanie ścienne za pomocą rur z wodą zatopionych w tynku. To instalacja jest dość droga, ale gdy porówna się jej cenę z ceną bardzo dużych grzejników dobranych do temperatury zasilania 35°C, wybór może się okazać korzystny. Do zasilania ogrzewania niskotemperaturowego pompą ciepła nie jest potrzebny dodatkowy układ mieszający, ponieważ woda jest od razu podgrzewana do odpowiedniej, niezbyt wysokiej, temperatury.

Pompa ciepła i panele fotowoltaiczne

Pompa ciepła zużywają więcej energii elektrycznej niż tradycyjne kotły paliwowe - głównie na działanie sprężarki. Dlatego rozsądnym rozwiązaniem jest inwestycja we współpracę pomp ciepła i paneli fotowoltaicznych. Jeśli zaplanujemy takie rozwiązanie już na etapie projektu domu, będziemy mogli zmniejszyć koszt jego budowy o niepotrzebne kotłownię, instalacje kominową czy miejsce do składowania opału. Wbrew pozorom, inwestycja jest opłacalna także dla tych, którzy rozważali doprowadzenie do domu gazu: unikamy kosztów jego doprowadzenia i przyłączenia gazu.

Inwestycja w obydwa źródła odnawialnej energii sprawi, że nie tylko przyczynimy się do zmniejszenia szkodliwego wpływu na środowisko, ale także zadbamy o nasze finanse w sposób długoterminowy. Podwyżki cen prądu - a te, obserwując obecną sytuację na rynku - będą zdarzały się coraz częściej. Dzięki posiadaniu własnego źródła energii oraz współdziałającej z nim pompy ciepła, uniezależnimy domowe wydatki od rosnących cen. Koszty eksploatacji domu z pompą ciepła i instalacją fotowoltaiczną mogą spaść nawet do zera. 

Inwestycja w pompę ciepła i panele fotowoltaiczne to duży koszt, który jednak można obniżyć dzięki dofinansowaniom, np. pochodzącym z programu Czyste Powietrze. 

Na co zwrócić uwagę przy zakupie pompy ciepła?

Podstawowe parametry, dopasowane do naszego budynku, to nie wszystko. Warto zwrócić też uwagę na dodatkowe kryteria wyboru urządzenia wysokiej jakości, które posłuży nam przez wiele lat. 

  • Poziom głośności działania. Warto wybrać pompę ciepła, która jest cicha, zwłaszcza, jeśli zamontujemy ją blisko ścian domu. Dźwięk niższy niż 50 db będzie komfortowy także w nocy.
  • Wygodny sposób obsługi. Nowoczesne pompy ciepła powinny być wyposażone nie tylko w przejrzysty interfejs, ale także moduł podłączony do internetu. Dzięki temu będziemy mogli kontrolować urządzenie przez aplikację mobilną.
  • Normy. Nie tylko ogólna "marka" produktu powinna być godna zaufania, ale także części składowe (sprężarka, zawory, przetworniki, wentylator) muszą być wyprodukowane z najwyższą starannością i posiadać odpowiednie certyfikaty. Pompa ciepła musi być zgodna z europejskimi normami, dotyczącymi polskich warunków klimatycznych i sezonu grzewczego.
  • Instalacja. Montaż gruntowej pompy ciepła wymaga większego nakładu kosztów oraz pracy. Montaż powietrznej pompy ciepła jest prostszy, nie wymaga też przestrzeni na gruntowe wymienniki ciepła. 
  • Wyposażenie dodatkowe. To nie tylko moduły potrzebne do rozbudowy układu sterowania urządzenia, ale także np. możliwość doboru dedykowanego systemu UPS, który zabezpieczy pracę pompy ciepła nawet podczas zaników napięcia elektrycznego. 
  • Ekologiczne chłodzenie. Czynnik chłodniczy w pompie ciepła nie może szkodliwie działać na środowisko. Im niższy współczynnik ODP (potencjał niszczenia warstwy ozonowej) i GWP (współczynnik ocieplenia globalnego), tym lepiej. Producent pompy ciepła powinien podkreślić, jaki czynnik chłodniczy zastosowano w urządzeniu. 
Partnerzy
Czy artykuł był przydatny?
Przykro nam, że artykuł nie spełnił twoich oczekiwań.
KOMENTARZE