Rodzaje pomp ciepła – jaką wybrać?

Przed wyborem odpowiedniej do naszych potrzeb pompy, warto dowiedzieć się w jaki sposób funkcjonują. Nazwa tego urządzenia nie jest przypadkowa, ponieważ pompa ciepła jest podobna do pompy hydraulicznej pod względem zasady działania.

Tak jak w pompie hydraulicznej, która przenosi ciecz z dolnego zbiornika do górnego, w pompie cieplnej – ciepło jest transportowane z chłodniejszego źródła, czyli tzw. źródła dolnego, do źródła znacznie cieplejszego, nazywanego źródłem górnym. Proces ten jest możliwy dzięki zachodzącym w pompie reakcjom termodynamicznym.  Sposób działania oraz rodzaje pomp ciepła dobrze obrazuje poniższa ilustracja:

Widać na niej, że możliwymi dolnymi źródłami energii, z których ciepło może być pobierane, są powietrze, woda oraz grunt, a źródłami górnymi, do których ciepło może być oddawane, są powietrze oraz woda.

Pompa sama w sobie nie wytwarza ciepła tylko je przekazuje. Pełni, więc funkcję kondensatora dostarczanego ciepła. Przepływ ciepła jest możliwy dzięki sprężarce będącej częścią instalacji. Pompa potrzebuje zewnętrznego źródła zasilania – prądu. Urządzenie to wyglądem przypomina lodówkę, ale na tym nie koniec – również w jego wnętrzu takie same reakcje termodynamiczne jak w przypadku lodówki.

Jakie są zalety pomp ciepła? Po pierwsze są to urządzenia bardzo ekologiczne, ponieważ korzystają z odnawialnych źródeł energii takich jak woda, powietrze, czy ziemia. Warto zauważyć, że są to źródła magazynujące ogromne pokłady, niewykorzystanej energii cieplnej. Po drugie eksploatacja pomp ciepła jest znacznie bardziej ekonomiczna niż tradycyjnych instalacji grzewczych. Zakup takiego urządzenia może okazać się dla nas wspaniałą inwestycją. Poza tym ich użytkowanie jest bardzo bezpieczne – nie wydzielają żadnych szkodliwych substancji itp.

Na co warto zwrócić uwagę przed wyborem pompy ciepła? Przede wszystkim na nasze możliwości finansowe. Niektóre instalacje pomp ciepła są dość kosztowne, ale bardzo często wiąże się to z ich zwiększoną skutecznością. Należy pamiętać, że rodzaj pompy powinien być przed wszystkim dopasowany do indywidualnych cech terenu, na którym planujemy ją zainstalować. Warto zastanowić się nad wyborem właściwej pompy ciepła już na etapie projektowania naszego domu. Wybór pompy ciepła nie należy do najłatwiejszych, dlatego opinia fachowca może kazać się niezbędna. Pomoże  on nam dobrać najbardziej optymalne rozwiązanie.

Zanim przejdziemy do omówienia poszczególnych typów pomp ciepła, pamiętajmy, że nazwy rodzajów pomp ciepła są połączeniem nazwy źródła dolnego ze źródłem górnym, np. grunt-powietrze, woda-woda, czy powietrze-woda.

Źródło dolne – powietrze

Pompy powietrzne to najtańsze i najłatwiejsze w montażu pompy cieplne, dostępne na rynku. Ich istotną zaletą jest to, że przy ich instalacji nie trzeba wprowadzać żadnych zmian na poziomie fundamentów budowlanych. 

Wyróżniamy dwa rodzaje powietrznych pomp ciepła: powietrze-powietrze oraz powietrze-woda. Pompy typu powietrze-powietrze w działaniu są bardzo podobne do klimatyzatorów, poza tym, że zamiast ochładzać powietrze wewnątrz pomieszczenia, ogrzewają je. Ciepło przechodzi do wnętrza przez nawiewy, podczas gdy w klimatyzatorach jest ono odprowadzane na zewnątrz budynku.

Natomiast pompa powietrze-woda sprawia, że ciepło przenoszone jest do instalacji grzewczej, takiej jak kaloryfery czy ogrzewanie podłogowe.  Ogrzana woda może być transportowana do zbiorników na gorącą wodę, co pozwoli zasilać domowe źródła wody, takie jak krany czy prysznice. 

Wadą powietrznych pomp cieplnych jest to, że są one skuteczne jedynie w temperaturach wyższych niż -15/-20^oC. W tak niskich temperaturach znacznie spada ich wydajność i może być konieczne wykorzystanie alternatywnego źródła ogrzewania. Decydując się na to rozwiązanie grzewcze, warto zabezpieczyć się na takie okazje, wybierając alternatywne urządzenie, które będzie zastępowało pompę podczas dużych mrozów. Tak niskie temperatury zdarzają się na szczęście w Polsce sporadycznie. Poza tym rozkładając koszty ogrzewania na cały sezon grzewczy, pompa okazuje się rozwiązaniem, pozwalającym zaoszczędzić połowę kosztów ogrzewania grzejnikami elektrycznymi.

Źródło dolne – grunt

Na rynku dostępne są następujące pompy: bezpośrednie parowanie-woda, bezpośrednie parowanie-bezpośrednie skraplanie oraz najbardziej popularna – solanka-woda. Pompa typu solanka-woda to rury, w których znajduje się glikol zmieszany z wodą, potocznie nazywany solanką. Najważniejszą cechą tego roztworu jest to, że nie zamarza nawet w minusowych  temperaturach, pozwalając na utrzymanie temperatury w zakresie od -2 do 5^oC.Przy gruntowych pompach cieplnych bardzo istotny jest typ instalacji. Wyróżniamy kolektory powierzchniowe (poziome) oraz sondy głębinowe (poziome). Przyjrzyjmy się cechą obu rozwiązań.

Kolektory powierzchniowe:

To układ rur z tworzywa sztucznego lub miedzianych o średnicy około 1 cala, ułożonych poziomo lub spiralnie. Bardzo istotne jest by były zainstalowane poniżej poziomu zamarzania gleby, który w Polsce wynosi  od 0,8 do 1,4m. Z reguły zakłada się je na głębokości od 1,5 do 2m, gdzie gleba ma stałą temperaturę od 0 do 8^oC. Rury muszą być zainstalowane na powierzchni trzy lub cztery razy większej od powierzchni ogrzewanego budynku. Dlatego też przed jej instalacją dobrze wiedzieć czy będziemy dysponowali odpowiednią przestrzenią. Istotnym parametrem, przy wyborze kolektora powierzchniowego jest również rodzaj gleby na której znajduje się nasza działka. Jej jakość wpływa bowiem również na ilość przestrzeni potrzebnej na instalacje. Skuteczność kolektora w glebie gliniastej i wilgotnej jest nawet trzykrotnie większa niż w piaszczystej i suchej. Aby ogrzać dom o powierzchni ok. 200m², trzeba ułożyć rury na 330m² na wilgotnym podłożu  lub na 1000m² w przypadku podłoża suchego. To olbrzymia różnica, dlatego też ten parametr jest tak istotny i nie należy go bagatelizować. Poza tym teren, na którym zainstalowany jest kolektor nie może być zacieniony ani zalesiony – nie powinny znajdować się nad nim żadne budowle czy rośliny. Dlaczego? Dostęp do promieni słonecznych i wody na tym terenie nie może być ograniczony, ponieważ gleba musi się odnawiać. Warto zwrócić uwagę na wszystkie powyższe parametry zwłaszcza, jeśli dopiero planujemy zakup działki. Najlepiej gdy zadanie obliczenia wydajności całej instalacji zleci się fachowcowi np. geologowi lub wiertnikowi. A co jeśli nasza działka jest mniejsza i nie spełnia powyższych wymagań? Rozwiązaniem są

Sondy głębinowe:

Ten typ instalacji sprawdza się, gdy chcemy zamontować pompę ziemną, ale możemy przeznaczyć na to niewielką część działki. Wiąże się to z koniecznością wykonania odwiertów na głębokość od kilkudziesięciu do 150m, a nawet głębszych, jeśli myślimy o ogrzewaniu budowli przemysłowych. To znacznie droższe rozwiązanie niż instalacja kolektorów powierzchniowych, ale jego niewątpliwym plusem jest to, że nie musimy martwić się o stabilność źródła ciepła przez cały rok. Poza tym sondy są bardziej ekonomiczne - do uzyskania 1kW mocy potrzebna jest rura na głębokości 20m. By zaspokoić potrzeby cieplne domu o zapotrzebowaniu 10kW należy, więc wykonać odwiert na głębokość aż 200m. Wiąże się to również z koniecznością uzyskania niezbędnych pozwoleń na odwierty. Na szczęście nie musimy wykonywać jednego dużego odwiertu, możemy rozłożyć zapotrzebowanie energetyczne na kilka mniejszych odwiertów. Trzeba pamiętać jednak, że nie mogą one znajdować się zbyt blisko siebie.

Źródło dolne  - woda

Dostępne są dwie wersje pomp wodnych: woda-woda oraz woda-powietrze. Ciepło pobiera się w nich z wód gruntowych, które mają stałą temperaturę rzędu 8-10^oC. Potrzeba do tego celu minimum dwóch studni głębinowych (może być ich znacznie więcej). Jedna ze studni – tzw. czerpana, służy do pobierania wody i odbierania z niej ciepła. Ochłodzona w ten sposób woda przechodzi następnie do studni zrzutowej.

Alternatywą do wiercenia takich studni jest zbiornik wody stojącej, do której mamy dostęp np. Staw czy jezioro. Temperatura na dnie takiego zbiornika jest stała i wynosi 8^oC. Minusem takiego rozwiązania jest to, że woda z jeziora lub stawu jest zanieczyszczona, co wiąże się z potrzebą jej filtrowania oraz wymiany elementów przenoszących wodę, ponieważ te z czasem rdzewieją. Biorąc pod uwagę tą wadę, okazuje się, że taka instalacja ma co prawda wysoką efektywność, ale jej wykorzystanie jest dość kosztowne i opłaca się przede wszystkim w obiektach o bardzo dużym zapotrzebowaniu cieplnym.