Najważniejsze rodzaje pomp ciepła – instalacje powietrzne, gruntowe i wodne. Kompendium wiedzy, porównanie urządzeń

Samo pobieranie ciepła z odnawialnych źródeł energii nie wystarczy. Trzeba je jeszcze przetransportować do grzejników lub rur systemu ogrzewania płaszczyznowego (podłogowego, ściennego, sufitowego), podstawową funkcją urządzeń jest także przygotowanie ciepłej wody użytkowej (c.w.u.). Do tego potrzeba sprężarki zasilanej energią elektryczną. Niektóre rodzaje pomp ciepła pozwalają także na chłodzenie pomieszczeń poprzez odwrócenie obiegu czynnika chłodniczego. Pracują wtedy na zasadzie, na jakiej działa lodówka, a ich efektywność niejednokrotnie jest lepsza od klasycznej klimatyzacji. To, który typ urządzenia będzie optymalny dla konkretnego budynku, zależy od wielu różnych czynników. Poznaj je podczas lektury!

Działanie pompy ciepła – rodzaje dolnego źródła ciepła, wykorzystanie odnawialnych źródeł energii

Pompy pozyskują ciepło z trzech głównych źródeł – powietrza, gruntu i wody. Do jego przepływu wykorzystuje się odpowiednio ukierunkowane procesy termodynamiczne. Same urządzenia praktycznie nie wytwarzają ciepła. To oznacza, że wydajność pompy jest uzależniona w głównej mierze od warunków zewnętrznych. Najbardziej zmienna jest temperatura powietrza, na określonych głębokościach ziemi i zbiorników wodnych temperatura nie spada poniżej określonego poziomu. Moc pompy ciepła i jej rodzaj należy dopasować do:

• warunków klimatycznych w danej lokalizacji;
• powierzchni do ogrzania
• preferencji domowników (oczekiwanych temperatur w pomieszczeniach);
• istniejącej lub planowanej instalacji grzewczej (górnego źródła ciepła);
• efektywności energetycznej budynku.

Głównymi miernikami wydajności i jakości są inne współczynniki – COP, SCOP oraz SPF. Określają stosunek energii zużytej na działanie urządzenia do ilości energii termicznej potrzebnej do realizacji wszystkich zadań takiej pompy. COP dotyczy efektywności w warunkach zdefiniowanych przez producenta, SCOP opisuje wydajność w całym sezonie (w warunkach określanych przez normy), natomiast SPF służy do analizy konkretnej realizacji i wychwycenia ewentualnych błędów w montażu.

Ilość źródeł ciepła w budynku – rodzaje pomp ciepła a tryby pracy

Niedoskonałości projektu, niekorzystne warunki zewnętrzne, źle dobrane urządzenie czy duże straty ciepła w budynku mogą spowodować, że konieczne będzie podłączenie drugiego źródła ciepła w budynku – np. pieca gazowego lub ogrzewania elektrycznego. Niektóre rodzaje pomp ciepła mają wbudowaną grzałkę, która zaczyna pracę przy określonej temperaturze zewnętrznej. Część inwestorów świadomie decyduje się na instalację hybrydową, z uwagi na bilans kosztów inwestycji w pompę ciepła i eksploatacji. Tym samym urządzenia mogą pracować w trybie:

• monowalentnym;
• monoenergetycznym;
• biwalentnym równoległym;
• biwalentnym alternatywnym.

Rodzaje pomp ciepła – powietrzne pompy ciepła typu powietrze-woda i powietrze-powietrze. Instalacje monoblok i split

Podstawowym rodzajem pomp ciepła użytkowanych w Polsce są pompy powietrzne. W 2021 r. stanowiły ok. 86% sprzedanych urządzeń grzewczych wykorzystujących OZE. Są stosunkowo tanie i proste do zainstalowania, a przy tym wystarczająco wydajne. Problemy z ekonomiczną pracą pompy i przekazaniem ciepła do budynku mogą pojawiać się przy temperaturach rzędu -25°C. Takie mrozy odnotowuje się praktycznie tylko w rejonach górskich, wokół tzw. polskiego bieguna zimna i czasami na Kielecczyźnie. Typy pomp powietrznych to:

• pompy ciepła powietrze-woda – przekazują energię termiczną z powietrza na zewnątrz do instalacji wodnych. Mogą to być standardowe grzejniki, systemy ogrzewania podłogowego, ściennego lub sufitowego, a także zbiorników c.w.u.;
• pompy ciepła powietrze-powietrze – ich funkcjonalność ogranicza się do transferu energii cieplnej z powietrza na zewnątrz do powietrza wewnątrz.

Powietrzne rodzaje pomp ciepła mogą składać się z jednego lub dwóch modułów. To instalacje monoblok oraz split. Pojedyncze jednostki pompy ciepła montuje się najczęściej na zewnątrz budynku. Na rynku dostępne są także pompy typu monoblok przeznaczone do wnętrz. Urządzenia typu split składają się z dwóch połączonych ze sobą części:

• na zewnątrz pracują parownik, sprężarka, wentylator, zawór rozprężny;
• wewnątrz działają elementy zabezpieczające, pompa obiegowa, skraplacz i ewentualnie elektryczny podgrzewacz.

Rodzaje pomp ciepła – gruntowe pompy ciepła. Pionowe i poziome wymienniki ciepła

W najzimniejszych rejonach kraju, jeżeli inwestor nie jest zainteresowany ogrzewaniem biwalentnym, montuje się głównie pompy gruntowe. Są znacznie droższe i wymagają przeprowadzenia zaawansowanych prac ziemnych na działce – czasami konieczne jest uzyskanie odpowiedniego pozwolenia – za to przy odpowiednim wykonaniu zapewniają oczekiwane temperatury w każdych warunkach. Wymiana ciepła odbywa się za pośrednictwem specjalnych kolektorów, które mogą być ułożone poziomo lub pionowo. Jak łatwo się domyślić, w pierwszym przypadku potrzeba odpowiednio przygotowanego terenu o dość dużej powierzchni. Natomiast w drugim należy wykonać głębokie odwierty, czasami nawet na 100 metrów i więcej.

W Polsce występują 4 strefy głębokości przemarzania. Wyznaczają poziom, na którym temperatura gruntu nie spada już poniżej 0°C. Im głębiej, tym więcej energii geotermalnej do wykorzystania. Montaż pompy ciepła z wymiennikiem gruntowym generuje najwyższe koszty. Najwięcej ciepła za pośrednictwem kolektorów poziomych można pozyskać z gruntów mokrych i gliniastych wilgotnych, a najmniej z piaszczystych. Wykonanie odwiertów do kolektorów pionowych musi przebiegać w zgodzie z prawem geologicznym i górniczym.

Rodzaje pomp ciepła – wodne pompy ciepła. Ogrzewanie domu dzięki zbiornikowi wody

Zasoby ciepła do ogrzewania domu czerpane są głównie ze stawów, jezior oraz specjalnie wykopywanych studni głębinowych. Buduje się także instalacje wykorzystujące rzeki, potoki czy prądy morskie, jednak ich wykonanie generuje znacznie wyższe koszty. Każdy wodny rodzaj pompy ciepła wymaga zgłoszenia lub uzyskania pozwolenia na budowę. Wszystko zależy od konkretnych warunków wodno-gruntowych.

Jeżeli w pobliżu nie ma żadnego zbiornika lub cieku, trzeba wykopać przynajmniej 3 studnie – jedną czerpalną i dwie zrzutowe. Eksploatacja wymaga kontroli i dbałości o:

• czystość wymiennika ciepła;
• skład pobieranej wody;
• głębokość lustra wody;
• stan studni odprowadzających.

Podział pomp ciepła ze względu na system grzewczy. Instalacje wysoko- i niskotemperaturowe

Pompy ciepła są najbardziej efektywne w instalacjach niskotemperaturowych. Warto o tym pamiętać na etapie projektowania i budowy domu jednorodzinnego. Temperatura czynnika grzewczego wynosi w takich systemach 35–45°C. Rozwiązania niskotemperaturowe to ogrzewanie:

• podłogowe;
• ścienne;
• sufitowe;
• konwekcyjne.

Wysokotemperaturowe pompy ciepła współpracują z tradycyjnymi grzejnikami. Podgrzewają wodę grzewczą do ok. 45–60°C. Taki system jest ok. 30% droższy w eksploatacji. Niektórzy specjaliści zwracają uwagę, że c.w.u. o wyższej temperaturze zapewnia nieco lepszy poziom higieny.

Wybór pompy – podstawowe porównanie głównych rodzajów pomp ciepła

Na zdecydowanej większości obszaru Polski optymalnym wyborem będzie pompa powietrze-woda i ogrzewanie płaszczyznowe. Warto jednocześnie zainwestować w fotowoltaikę i magazyny energii elektrycznej. Jeżeli do zasilania pompy wykorzystasz prąd z własnej minielektrowni, możesz zredukować rachunki za ogrzewanie nawet do zera. Skontaktuj się z przedstawicielami Da Vinci Green Energy i umów się na przeprowadzenie audytu energetycznego!