Pompy ciepła - porady ekspertów

Dzięki ekonomicznej i przyjaznej dla środowiska pracy, pompy ciepła zyskały wielu zwolenników. Na rynku istnieje duży wybór tych urządzeń i całych instalacji, co pozwala na zaspokojenie oczekiwań nawet najbardziej wymagających użytkowników. Szybki rozwój w tej dziedzinie sprawia, że technologia ta jest stale udoskonalona.

Jeśli zdecydowaliśmy się na zastosowanie w naszym domu pompy ciepła, musimy przeanalizować jaki typ będzie dla nas najkorzystniejszy. Rodzaj pompy jest determinowany przez sposób absorbcji energii ze środowiska naturalnego. Pod tym względem wyróżniamy pompy: typu powietrze/woda – tzw. pompę powietrzną, typu woda/woda – pompę wodną oraz bezpośredniego parowania, typu grunt/woda, czyli gruntową pompę ciepła (nazywaną także solankową). Ich działanie różni się jedynie formą pozyskiwania ciepła, czyli sposobem pracy dolnego źródła ciepła. Obieg pompy i systemu grzewczego jest taki sam dla wszystkich rodzajów.

Pompa ciepła ©STIEBEL ELTRON

Wodna pompa ciepła

Wody gruntowe, jeziora, rzeki czy też ścieki utrzymują względnie stałą temperaturę w ciągu całego roku, to czyni je atrakcyjnymi efektywnymi źródłami ciepła niskotemperaturowego. Za pomocą pompy ciepła typu woda/woda (zwanej geotermalną) możliwe jest odbieranie ciepła i przekazywanie go do pomieszczeń. Wodna pompa może być również nazywana (ze względu na swoja budowę) – instalacją dwuotworową, lub systemem otwartym. Jej mechanizm działania opiera się na wykorzystaniu wody czerpanej ze studni zasilającej, która przekazuje swoje ciepło do parownika. Następnie woda przepompowywana jest z powrotem do cieku za pomocą tzw. studni zrzutowej. Odebrane ciepło jest sprężane w pompie i tak przygotowane, przekazywane jest do pomieszczenia. Przy właściwym wykonaniu jest to bardzo efektywny (ma wysoki wskaźnik COP) i bezawaryjny system. Jednak należy liczyć się z tym, że w przypadku, gdy pobierana woda zmieni swój skład chemiczny w stosunku do pierwotnego branego pod uwagę w projekcie może spowodować uszkodzenie pompy, a konkretnie parownika. Negatywny wpływ na jej działanie mają zanieczyszczenia, które mogą przyczynić się do awarii zamontowanej pompy. Aby tego uniknąć, stosuje się wymiennik ciepła, który niweluje bezpośredni kontakt parownika z wodą czerpalną.

Decydując się na wodną pompę ciepła, nie można zapomnieć o uzyskaniu pozwolenia na możliwość poboru wody, a także zgody na dokonanie odwiertów i budowy studni zasilającej i zrzutowej. Odpowiednie uregulowanie prawne jest istotne również z punktu widzenia starania się o dofinansowanie inwestycji. Konieczne jest wykonanie projektu prac geologicznych oraz zgłoszenie dokonywanego przedsięwzięcia odpowiednim organom geologicznym i administracyjnym. Wszystkie wymagane formalności są opisane w Prawie budowlanym i należy z nimi się zapoznać przed przystąpieniem do prac

Podczas rozważania zastosowania pompy woda/woda, nie należy zapominać o tym, że wymaga ona ciągłego poboru wody z dolnego źródła ciepła. Jest to cecha zależna od wydajności studni, dlatego na etapie projektowym, należy przeprowadzić analizę w celu odpowiedniego dopasowania urządzenia do panujących warunków. Wodną pompę można zastosować zarówno w zimie, jak i w lecie. W zimie ciepłem pobranym z wody ogrzewane jest pomieszczenie, natomiast w lecie chłodzone, z zastosowaniem wody z basenu lub pobliskiego stawu. W lecie pompa podgrzewa wodę, jednocześnie obniżając temperaturę pomieszczeń. Nowe rozwiązania zlikwidowały problemy zamarzania urządzenia w przypadku temperatury poniżej 0°C przez zamienną pracę wymiennika (jako parowacz i dochładzacz) – pozwala to na uzyskiwanie energii z przemian fazowych wody, zabezpieczając pompę przed uszkodzeniem.

Gruntowa pompa ciepła

Gruntowa pompa ciepła pobiera energię z ziemi. Na pewnej głębokości temperatura jest stała (bez względu na skład chemiczny gleby czy panujące warunki atmosferyczne). Pobieranie ciepła możliwe jest poprzez zastosowanie wymienników:

• kolektorów pionowych, tzw. sondy głębinowe;
• kolektorów gruntowych rurowych montowanych poziomo;
• kolektorów spiralnych płaskich – poziomych.

Działanie wszystkich typów kolektorów polega na odbieraniu ciepła z głębi ziemi, przez specjalny czynnik, który nie ulega zamarznięciu. Sondy głębinowe, wykonane zwykle z tworzywa sztucznego, montuje się w odwiertach prowadzonych punktowo na głębokości od 50 do 200 m. Nie należą one do tanich rozwiązań, jednak dzięki względnie niskiej inwazyjności (w stosunku do pozostałych typów kolektorów), zapewniają dużą sprawność pompy.

Kolektory poziome nie wymagają wykonywania głębokich odwiertów, montowane są poniżej poziomu przemarzania gruntu od ok. 1,5 do 2 m. Zakłada się, że do ogrzania jednego m kw. domu, należy wykorzystać kolektor poziomy zajmujący ok. 2 m kw. powierzchni gruntu. W celu zwiększenia powierzchni wymiany ciepła, stosuje się kolektory spiralne układane płasko, które dzięki swojej budowie, pozwalają pobrać większą ilość ciepła. Niestety przy obu tych typach, należy liczyć się z większą ingerencją w obszar działki. Sprawność kolektorów układanych poziomo zależna od rodzaju gleby. Im bardziej wilgotna, tym lepiej pozyskiwane jest ciepło: najkorzystniejszym typem będzie glina, a najmniej – piasek. Możliwe jest również użycie gruntowej pompy ciepła do celów chłodniczych. Przekazywanie niższej temperatury gruntu w lecie, działa jako klimatyzator, wykorzystując efekt chłodzenia naturalnego.

Gruntowe pompy ciepła ze względu na dokonywane prace budowlane, wymagają odpowiednich pozwoleń. W przypadku sond głębinowych, należy pamiętać o wymogach stawianych przez prawo geodezyjne,kartograficzne i budowlane. Dokonanie odwiertów wiąże się z pracami geologicznymi, co niesie za sobą konieczność uzyskania pozwolenia od władz administracji geologicznej. Tak jak w przypadku wodnej pompy ciepła, należy pilnować wszystkich formalności, dlatego że jedynie legalnie wykonana inwestycja pozwala ubiegać się o dofinansowanie.

Pompa ciepła ©STIEBEL ELTRON

Powietrzna pompa ciepła?

Ze względu na brak konieczności wykonywania kłopotliwych odwiertów czy wykopów, powietrzne pompy ciepła charakteryzuje się niską inwazyjnością montażową. Dodatkowo ich zastosowanie nie wiąże się z koniecznością uzyskiwania specjalnych pozwoleń geologicznych czy budowlanych. Zasada działania powietrznej pompy ciepła polega na pozyskiwaniu ciepła z powietrza atmosferycznego, bądź ciepła odpadowego, np. z wentylacji. Ogrzane powietrze jest przetłaczane do parownika za pomocą wbudowanych w instalacji wentylatorów. Mogą one generować szumy, jednak należy pamiętać, że część zawierająca wentylatory znajduje się zwykle poza budynkiem. Dodatkowo możliwe jest zastosowanie amortyzatorów, które zniwelują wibracje oraz wytwarzany hałas. Rozróżnia się dwa rodzaje powietrznych pomp ciepła: kompaktowe oraz typu split. Urządzenia kompaktowe zawierają wszystkie elementy w jednym zespole, pozwalając na bardzo łatwy montaż. W tym rozwiązaniu konieczne jest zastosowanie szybkoobrotowych wentylatorów wpływa jeszcze na poziom wytwarzanego hałasu. W rozwiązaniach typu split (inaczej nazywanych systemem rozdzielonym), rozdziela się konstrukcję pompy ciepła na dwie jednostki, w których jedna znajduje się na zewnątrz, w jej skład wchodzą elementy wytwarzające największy hałas – co pozwala odsunąć problem poza ogrzewane pomieszczenia.

W stosunku do poprzednich rozwiązań, koszty inwestycyjne powietrznej pompy ciepła są znacznie niższe, jednak przekłada się to na jej sprawność. Ponadto ten typ pompy jest bardzo podatny na zmianę warunków pogodowych i temperaturowych. Wykorzystuje się je przede wszystkim w celach przygotowania powietrza do wentylacji – podgrzania w zimie lub ochłodzenia w lecie. Dualizm pracy powietrznej pompy ciepła umożliwia dostosowanie się do wymagań użytkowników.

Różnorodność rozwiązań

Pompa ciepła ©VIKERSOON

Pompy ciepła są udoskonalane i dopracowywane, dzięki temu uzyskuje się lepsze i bardziej ekonomiczne efekty pracy. Przykładem może być rozwój sprężarek, które mają na celu sprężenie czynnika roboczego, dzięki czemu podnoszona jest temperatura w obiegu grzewczym ze strony dolnego źródła ciepła. Jednym z innowacyjnych rozwiązań są sprężarki inwerterowe regulujące wydajność pracy pompy podczas spadków temperatury, w ten sposób zapobiegają przeciążeniom i uszkodzeniom silnika. Pozwalają na dopasowanie wydajności pompy, zmniejszając jednocześnie zużycie energii elektrycznej, co zasadniczo wpływa na obniżenie kosztów eksploatacji. Dodatkowo zabezpieczają pompę przed awariami spowodowanymi nagłymi zmianami warunków pracy. Innym rodzajem sprężarek są sprężarki typu scroll, które cechuje cicha i bezawaryjna praca. Przede wszystkim stosowane są w powietrznych pompach ciepła, gdzie generowany hałas może być uciążliwy dla użytkownika.

Stosunkowo nowym rozwiązaniem na polskim rynku są absorpcyjne pompy ciepła, które dzięki swojej budowie, pozwalają zastąpić sprężarkę mechaniczną, sprężarką termiczną. Proces sprężania w tym rozwiązaniu opiera się na przemianach chemicznych. Przy czym napędzane są one głównie gazem ziemnym. Stosuje się je przede wszystkim w systemach klimatyzacyjno-wentylacyjnych do ogrzewania i chłodzenia pomieszczeń. Zaletą absorpcyjnych pomp ciepła jest ich wysoka sprawność, niestety rozwiązanie to wymaga wysokiej szczelności instalacji oraz dokładnej kontroli ze względu na zastosowany w niej gaz. Niektórzy producenci oferują instalacje z funkcją przegrzewu antybakteryjnego ze zintegrowanym zasobnikiem ciepłej wody, która jest wykorzystywana w celach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych. Jak wiadomo, wysokie temperatury sprzyjają rozwojowi flory bakteryjnej, a w instalacjach ciepłej wody należy szczególnie zwracać uwagę na bakterię Legionelli, rozwijającą się w stojącej wodzie o temperaturze 30–50oC. Do organizmu ludzkiego przedostaje się najczęściej drogą kropelkową, powodując choroby, które mogą doprowadzić do śmierci. Dlatego wszystkie układy ciepłej wody, klimatyzacji oraz wentylacji powinny zabezpieczać przed nią użytkowników. Taki wymóg jest regulowany prawnie. Przegrzew instalacji realizowany w pompach ciepła pozwala na zabicie bakterii, zapewniając bezpieczne użytkowanie.

Powietrzna pompa ciepła ©STIEBEL ELTRON

Podczas zakupu pompy ciepła, należy również zwrócić uwagę na zastosowaną wewnątrz automatykę. Regulacja funkcji grzewczej pozwala na programowanie parametrów termicznych, dostosowując pracę pompy do potrzeb użytkownika. Zmiana temperatury może być realizowana ze względu na porę dnia, czy też stan pogody, zapewniając odpowiednie warunki w każdej chwili. Dodatkowa funkcja włączania i wyłączania pompy ciepła w okresach mniejszego zapotrzebowania na ciepło, zapewnia mniejsze zużycie jej elementów, przyczyniając się do zwiększenia ich wytrzymałości i dłużej żywotności. Automatyka może również być dostosowana do tworzenia systemów biwalentnych (to system, który wykorzystuje dwa lub więcej źródeł ciepła). Dzięki takiemu rozwiązaniu, można dostosować instalację do najbardziej optymalnego i przyjaznego użytkownikowi sposobu działania.

Anna Janik
AGH Akademia Górniczo-Hutnicza
Wydział Górnictwa i Geoinżynierii
Inżynieria Środowiska

Zdaniem ekspertów

Nie tylko ogrzewanie podłogowe czy ścienne

Pompy ciepła wysokiej jakości nie mają problemów z pracą z temperaturami maksymalnymi na poziomie 60°C, co umożliwia projektantowi swobodny dobór grzejników dla parametrów 55/45°C. Przykładowo pompy ciepła STIEBEL ELTRON z automatyką sterującą WPMWII obsługują jeden układ bezpośredni np. grzejnikowy 55/45°C, drugi układ ogrzewania podłogowego lub ściennego (oba układy posiadają oddzielne, niezależne krzywe grzewcze), trzeci układ do CWU z temperaturą maksymalną 55°C.

Artur Karczmarczyk
główny konsultant ds. techniki systemowej
Stiebel Eltron

artykuł pochodzi z kwartalnika
Kreator Projekty wydanie 01/2013
więcej o kwartalniku czytaj na
Kreator Projekty.pl

Wystarczy pompa ciepła

Pompa ciepła dobierana jest tak, aby zapewnić 100 proc. zapotrzebowania na ciepło. Najlepiej nie łączyć jej z żadnym dodatkowym źródłem energii, a w okresach szczytowego zapotrzebowania na ciepło (który przypada zazwyczaj na kilka najmroźniejszych dni w roku) wykorzystać istniejące zasilanie w energię elektryczną i dogrzewać dom wbudowaną w pompę ciepła grzałką elektryczną. W przypadku modernizacji instalacji grzewczej, może zaistnieć potrzeba zastosowania dodatkowego źródła ciepła, gdyż pompa może ogrzać wodę w instalacji CO maksymalnie do temperatury 55°C.

Artur Haber
specjalista ds. pomp ciepła
Vikersønn Polska