Pompy ciepła – rodzaje i koszty instalacji

Pompa ciepła jest maszyną cieplną wymuszającą przepływ ciepła z obszaru o niższej temperaturze (dolne źródło) do obszaru o wyższej temperaturze (górne źródło). Pompa ciepła w uproszczeniu składa się z dwóch wymienników ciepła (dolne i górne źródło ciepła) pełniących funkcje skraplacza i parownika połączonych ze sobą rurami wyposażonymi z jednej strony w sprężarkę i z drugiej strony w zawór rozprężny.

Pompa ciepła – zasada działania.

Sprężarka w pompie ciepła ma za zadanie przetłoczenie czynnika roboczego z parownika do skraplacza i dzięki zaworowi rozprężnemu również zwiększenie ciśnienia i w konsekwencji temperatury. Za sprężarką czynnik roboczy trafia do skraplacza w którym oddaje ciepło do górnego źródła ciepła i skrapla się. Za zaworem rozprężnym czynnik roboczy ulega rozprężeniu i w konsekwencji obniżeniu temperatury. W parowniku czynnik roboczy odbiera ciepło z dolnego źródła ciepła, odparowuje i trafia do sprężarki gdzie rozpoczyna się następny zamknięty cykl. Pompa ciepła na tej samej zasadzie co lodówka, tyle tylko, że lodówka wyciąga ciepło z produktów i powietrza będącego we wnętrzu lodówki i przekazuje je na zewnątrz lodówki (np. do powietrza w kuchni). Pompa ciepła natomiast wymusza przepływ ciepła z wody,ziemi lub powietrza z poza ogrzewanego obiektu, do tegoż obiektu, powodując wzrost temperatury, a więc w przypadku mieszkania wzrost komfortu cieplnego.Pompy ciepła wymuszają obieg energii cieplnej zgromadzonej w ziemi, wodzie lub powietrzu w ciepło do ogrzania np. domu czy basenu.

Rodzaje pomp ciepła

Rodzaje pomp ciepła określa się z wykorzystaniem ich dolnych źródeł ciepła. Najpopularniejszymi górnymi źródłami ciepła są: ogrzewanie podłogowe/ścienne, klimakonwektory i centralny wymiennik ciepła z systemem ogrzewania nadmuchowego.

Pompa ciepła typu „solanka-woda” lub gruntowa/ziemna pompa ciepła wykorzystuje energię cieplną zgromadzoną w gruncie/ziemi. Instalacja tego typu składa się z rur wypełnionych zazwyczaj z mieszaniny glikolu i wody (potocznie solanka) lub alkoholu etylowego (rzadziej stosowany z powodu gorszych właściwości fizycznych, palność, lotność). Obecnie nie wykorzystuje się już roztworu chlorku sodu i wody.Dolnym źródłem ciepła dla pomp ciepła typu „solanka-woda” może być:

• płaski kolektor gruntowy,
• spiralny kolektor gruntowy,
• sonda pionowa.

Sprawdź ceny pomp ciepła

Pompy ciepła typu „woda-woda” wykorzystują jako dolne źródło ciepła wodę gruntową lub zbiornik wodny (rzeka, jezioro). Najczęstszym sposobem pozyskiwania wody są zespołu studni (co najmniej 2) stanowiących czerpnię wody do pompy ciepła i zrzut wody schłodzonej. Aby móc wykorzystać tego typu instalację teren musi posiadać odpowiednie warunki geologiczne (odpowiednia głębokość wód gruntowych i przepuszczalność gwarantującą wymaganą wydajność).

Pompy ciepła typu „powietrze-woda” wykorzystują energię cieplną zawartą w powietrzu atmosferycznym do zasilania górnego źródła ciepła. Dolnym źródłem ciepła dla pomp ciepła tego typu są wymienniki ciepła (zazwyczaj lamelowe) instalowane zazwyczaj poza budynkiem z wymuszonym obiegiem powietrza. Pompy ciepła typu „powietrze-woda” są instalacjami najmniej wymagającymi i najłatwiejszymi w instalacji.

Wady i zalety pomp ciepła w zależności od rodzaju dolnego źródła

Sprawność pomp ciepła

Sprawność wszystkich rodzajów pomp zależy w dużym stopniu od wymaganej temperatury zasilania górnego źródła ciepła i z tego powodu pomp ciepła nie wykorzystuje się z tradycyjnymi grzejnikami ściennymi (im wyższa temperatura górnego źródła ciepła tym niższa sprawność pompy ciepła). Korzystając z pomp ciepła możemy otrzymać „za darmo” do około ¾ energii ze środowiska naturalnego, a „płacimy” jedynie za ¼ energii elektrycznej zużytej do napędu sprężarki, czyli z poboru mocy 1 kW energii elektrycznej otrzymujemy około 4 kW mocy energii cieplnej. Iloraz energii cieplnej (lub ziębniczej) pompy ciepła w stosunku do pobranej energii elektrycznej potrzebnej do jej działania nazywamy efektywnością cieplną pompy ciepła – współczynnik COP (ang. Coefficient Of Performance). Zmienne warunki pracy (różnica temperatur, obciążenie mocy) pomp ciepła wpływają na obniżenie ich średniorocznych sprawności. Producenci pomp ciepła często deklarują wysokie sprawności wyrażane współczynnikiem COP na poziomie 6 i wyższych. Nie oznacza to, że pompa ciepła będzie w warunkach pracy mieć taką sprawność, ale że w warunkach laboratoryjnych osiągnięto taką sprawność. Aby oszacować sprawność pompy ciepła w planowanej instalacji trzeba skorzystać z tabel sprawności producenta uwzględniających temperatury zarówno dolnego jak i górnego źródła ciepła.

Jednym z decydujących czynników mających znaczenie przy wyborze systemu ogrzewania są koszty eksploatacyjne. Ponadto, dobrze dobrana do danego budynku pompa ciepła jest kompletnie bezobsługowa. Nie trzeba martwić się paliwem i konserwacją instalacji (jak w przypadku kotła węglowego). Obowiązki związane z eksploatacją pompy ciepła ograniczają się do regularnych opłat za energię elektryczną.Inną zaletą wykorzystywania pomp ciepła jest brak konieczności wykonywania przyłączy gazowych, a także komina odprowadzającego spaliny. Mimo, iż stosowanie pomp ciepła do ogrzania powierzchni obiektu lub wody jest tańsze od np. ogrzewania elektrycznego, sama inwestycja jest znacznie droższa. Zazwyczaj w projektowanych instalacjach grzewczych pompy ciepła stanowią źródło energii zarówno do systemu centralnego ogrzewania jak i przygotowywania ciepłej wody użytkowej. Pompa ciepła może współpracować z innymi źródłami energii: kotłem olejowym lub gazowym, kominkiem, kolektorami słonecznymi itp. Źródła energii konwencjonalnej doskonale wypełniają zapotrzebowanie szczytowe na energię. Działanie różnych źródeł energii, współpracujących ze sobą, jest zarządzane przez mikroprocesorowy sterownik pompy ciepła. Dzięki niemu, oprócz swoich wewnętrznych funkcji możemy między innymi wprowadzić:

• programowanie pogodowe – różne temperatury w zależności od pory roku i pogody,
• programowanie dobowe – różne temperatury w zależności od pory dnia i nocy,
• programowanie ekonomiczne – ustawienie zróżnicowanych wartości dla np. różnych taryf cenowych za energię elektryczną.

Koszt instalacji pompy ciepła

Koszt inwestycyjny poniesiony przez inwestora bardzo zależy od rodzaju wybranych składowych instalacji. W przypadku wyboru gruntowej pompy ciepła inwestor ponosi dodatkowy koszt związany z instalacją dolnego źródła ciepła. Najczęściej wykorzystuje się płaskie kolektory gruntowe na głębokości 1,2 do 2 metrów i odwierty do głębokości zazwyczaj nie przekraczającej 100 - 200 m. Koszt wykonania dolnych źródeł ciepła dla domu o wielkości 150-200 m2 i średniej izolacyjności cieplnej (moc cieplna 10-15 kW) wynosi około 10 - 15 tys. zł brutto dla kolektorów płaskich i 13 - 20 tys. zł brutto dla sond pionowych. Zdecydowana większość kosztów przypada na koszty robót ziemnych przez co koszt w dużej mierze zależy od miejsca wykonania instalacji, rodzaju gruntu i dostępnej konkurencji firm wykonujących kolektory czy odwierty. Koszt samej pompy ciepła również posiada dużą granicę rozbieżności cenowej która kształtuje się od 30 do 50 tys. zł. Koszt pompy ciepła (wraz z instalacją dolnego źródła ciepła) zależy od jakości jej wykonania czy zastosowanych technologii (rozbudowana automatyka, rodzaj i efektywność pomp/sprężarek, wytrzymałość).

Łukasz Zywar - krn.pl