Rodzaje pomp ciepła – co trzeba wiedzieć?

Wybór odpowiedniego systemu ogrzewania to jedna z kluczowych decyzji podczas budowy lub modernizacji domu. W dobie rosnącej świadomości ekologicznej i poszukiwania oszczędności coraz większą popularnością cieszą się pompy ciepła. Te nowoczesne urządzenia, wykorzystujące odnawialne źródła energii, stanowią realną alternatywę dla tradycyjnych kotłów. Aby jednak w pełni wykorzystać ich potencjał, kluczowe jest zrozumienie, jakie są rodzaje pomp ciepła, czym się charakteryzują i który z nich będzie najlepszy dla naszych potrzeb.

Jak działa pompa ciepła?

Zanim przejdziemy do omówienia poszczególnych typów urządzeń, warto zrozumieć fundamentalną zasadę ich działania. Pompa ciepła nie wytwarza energii cieplnej, a jedynie „przepompowuje” ją z jednego miejsca do drugiego. Proces ten można przyrównać do działania lodówki, tyle że w odwróconym cyklu. Kluczową rolę odgrywa tu dolne źródło zasilania, czyli medium, z którego urządzenie pobiera ciepło. Może to być grunt, woda lub powietrze.

W zamkniętym obiegu pompy krąży specjalny czynnik chłodniczy, który ma bardzo niską temperaturę wrzenia. W parowniku (jednym z głównych komponentów systemu) czynnik ten odbiera energię cieplną z dolnego źródła i odparowuje. Następnie w postaci gazowej trafia do sprężarki, gdzie pod wpływem wzrostu ciśnienia, jego temperatura gwałtownie rośnie. Gorący gaz przepływa przez skraplacz, pełniący funkcję wymiennika ciepła, gdzie oddaje pozyskaną energię cieplną do instalacji grzewczej budynku (np. do wody w systemie ogrzewania podłogowego lub grzejnikach).

Po oddaniu ciepła, czynnik ulega skropleniu, a następnie, przechodząc przez zawór rozprężny, gwałtownie obniża swoją temperaturę i ciśnienie, wracając do postaci ciekłej i rozpoczynając cykl od nowa. To właśnie efektywność tego procesu określa współczynnik efektywności energetycznej (COP/SCOP), czyli stosunek dostarczonej energii cieplnej do zużytej energii elektrycznej.

Podstawowe rodzaje pomp ciepła

Główny podział pomp ciepła opiera się na rodzaju wspomnianego wcześniej dolnego źródła. Wyróżniamy trzy podstawowe rodzaje pomp ciepła: powietrzne, gruntowe i wodne.

Powietrzna pompa ciepła

To obecnie najpopularniejszy rodzaj pomp ciepła w Polsce, co zawdzięcza przede wszystkim relatywnie niskim kosztom inwestycyjnym i prostocie montażu. Ich instalacja nie wymaga prowadzenia prac ziemnych, co jest ogromną zaletą. Pompy powietrzne pobierają energię bezpośrednio z powietrza atmosferycznego.

Pompy ciepła typu powietrze-woda

To najczęściej wybierane rozwiązanie do domów jednorodzinnych. Pompa ciepła powietrze-woda przekazuje pobrane z powietrza ciepło do wody krążącej w obiegu grzewczym, służąc zarówno do ogrzewania pomieszczeń, jak i podgrzewania wody użytkowej.

Nowoczesne pompy ciepła powietrze-woda potrafią efektywnie pracować nawet przy niskich temperaturach zewnętrznych, sięgających -25°C. Należy jednak pamiętać, że ich wydajność jest silnie uzależniona od temperatury powietrza zewnętrznego – im zimniej na zewnątrz, tym sprawność urządzenia spada. Dlatego przy bardzo silnych mrozach, aby zapewnić komfort cieplny, system często musi być wspomagany przez dodatkowe, szczytowe źródło ciepła, którym najczęściej jest zintegrowana grzałka elektryczna.

Pompy ciepła powietrze-powietrze

Działają na zasadzie podobnej do klimatyzatorów z funkcją grzania. Ciepło pobrane z zewnątrz jest oddawane bezpośrednio do powietrza wewnątrz budynku. To dobre rozwiązanie do domków letniskowych lub jako uzupełnienie istniejącego systemu grzewczego, ale rzadziej stosowane jako główne źródło ciepła w domach całorocznych.

Decydując się na powietrzną pompę ciepła, spotkamy się z podziałem na urządzenia typu monoblok oraz pompy typu split. Wersja monoblok to pojedyncza jednostka montowana na zewnątrz budynku, zawierająca cały hermetycznie zamknięty układ chłodniczy. Pompy split składają się z dwóch jednostek – zewnętrznej i wewnętrznej, połączonych rurami z czynnikiem chłodniczym. Montaż pompy split wymaga specjalistycznych uprawnień (F-gazowych).

Gruntowe pompy ciepła

Gruntowe pompy ciepła, nazywane też solankowymi, wykorzystują energię geotermalną. Ich największą zaletą jest niezwykle stabilna i wysoka efektywność przez cały rok. Dzieje się tak, ponieważ temperatura gruntu na głębokości kilku metrów pozostaje względnie stała i przez cały rok utrzymuje dodatnią temperaturę, niezależnie od warunków panujących na powierzchni. Dzięki temu gruntowa pompa ciepła pracuje ze stałą, wysoką wydajnością i zazwyczaj nie wymaga dodatkowego źródła ciepła.

Dolne źródło dla pomp gruntowych realizowane jest na dwa sposoby:

• Wymiennik poziomy (kolektory poziome): To system rur z tworzywa sztucznego, wypełnionych niezamarzającym płynem (solanką), układany na dużej powierzchni działki, poniżej strefy przemarzania (zazwyczaj 1,2-1,5 m). Ich instalacja jest tańsza niż w przypadku wymiennika pionowego, ale wymaga posiadania znacznej powierzchni działki (orientacyjnie 1,5-2 razy większej niż ogrzewana powierzchnia domu).
• Wymiennik pionowy (kolektor pionowy): To rozwiązanie idealne dla małych działek. Polega na wykonaniu jednego lub kilku głębokich odwiertów (od 30 do nawet 200 metrów), w których umieszcza się sondy geotermalne. Ten rodzaj wymiennika ciepła zapewnia najlepszy odbiór energii, ponieważ na większych głębokościach temperatura jest jeszcze bardziej stabilna. Wykonanie odwiertów pod pompę ciepła, często w formie studni głębinowej, znacząco podnosi koszt inwestycji, jednak przekłada się na najwyższą możliwą do uzyskania efektywność energetyczną. Pompa ciepła gruntowa z wymiennikiem pionowym to inwestycja, która zwraca się w postaci bardzo niskich kosztów eksploatacyjnych. Dodatkową zaletą pomp gruntowych jest możliwość tzw. chłodzenia pasywnego latem, które jest znacznie tańsze niż klimatyzacja.

Pompy ciepła wodne

Ostatni rodzaj pomp ciepła to wodne pompy ciepła, które jako dolne źródło wykorzystują energię zgromadzoną w wodach gruntowych. To najbardziej wydajny, ale jednocześnie najrzadziej stosowany rodzaj pompy ciepła, głównie ze względu na specyficzne wymagania. Wodna pompa ciepła osiąga najwyższy współczynnik efektywności energetycznej, ponieważ wody podziemne mają stabilną, dodatnią temperaturę w ciągu całego roku (ok. 8-12°C).

Instalacja takiego systemu wymaga wykonania co najmniej dwóch studni głębinowych – jednej czerpalnej, z której pobierana jest woda, oraz drugiej zrzutowej, oddalonej o kilkanaście metrów, do której odprowadzana jest schłodzona woda. Kluczowe są tu odpowiednie zasoby ciepła, czyli wydajność ujęcia wodnego oraz jakość samej wody (musi być czysta i mieć odpowiedni skład chemiczny).

Wybierając pompę ciepła – na co zwrócić uwagę?

Decyzja o tym, jaki rodzaj pompy ciepła wybrać, jest złożona i powinna być poprzedzona dokładną analizą. Kluczowe czynniki to:

1. Zapotrzebowanie cieplne budynku: Odpowiednio dobrana moc urządzenia jest kluczowa dla efektywności całego systemu i komfortu mieszkańców. Należy precyzyjnie obliczyć, ile energii potrzeba do ogrzania budynku i przygotowania ciepłej wody użytkowej.
2. Warunki lokalne: Wielkość i ukształtowanie działki zdeterminują, czy możliwy jest montaż wymiennika poziomego. Warunki geologiczne i hydrologiczne zdecydują o możliwości wykonania odwiertów pod kolektor pionowy lub studni dla wodnej pompy ciepła.
3. Rodzaj instalacji grzewczej: Pompy ciepła najefektywniej współpracują z systemami niskotemperaturowymi, takimi jak ogrzewanie podłogowe. Przy tradycyjnych grzejnikach konieczne może być zastosowanie pompy wysokotemperaturowej lub przewymiarowanie grzejników.
4. Budżet: Powietrzne pompy ciepła są najtańsze w zakupie i montażu. Gruntowe pompy ciepła i wodne to znacznie większy wydatek początkowy, który jednak z czasem zwraca się w postaci niższych rachunków.

Podsumowanie

Podsumowując, różne rodzaje pomp ciepła oferują szeroki wachlarz możliwości. Niezależnie od wybranego rozwiązania, pompa ciepła to inwestycja w ekologiczny, oszczędny i komfortowy system grzewczy, który doskonale wpisuje się w przyszłość budownictwa.

Coraz częściej łączy się ją również z instalacją fotowoltaiczną, co pozwala na niemal darmowe ogrzewanie domu i podgrzewanie wody użytkowej. Staranne wybierając pompę ciepła, zapewniamy sobie niezawodne źródło ciepła na długie lata.