Fot. www.cte.fea.plWarto też zwrócić uwagę na bezpieczeństwo związane z korzystaniem z pomp ciepła. Nie ma tu procesu spalania, wiec nie ma zagrożenia związanego z nieszczelną instalacją gazową czy pożarem. Chcąc dokonać świadomego wyboru ogrzewania domu i wody, warto dowiedzieć się nieco więcej na temat pomp ciepła.

Co to jest pompa ciepła i jak działa?

Pompa ciepła jest ekologicznym urządzeniem grzewczym, którego działanie opiera się na znanych zjawiskach i przemianach fizycznych. Jego działanie można porównać do działania lodówki lub klimatyzatora.

Ogólna zasada działania pompy ciepła opera się na zjawisku zmiany temperatury czynnika podczas jego sprężania i rozprężania. W pompie ciepła możemy wyróżnić dwa obiegi – wtórny i pierwotny. W obiegu pierwotnym czynnik krąży pomiędzy pompą a dolnym źródłem, którym może być woda, grunt lub powietrze. Czynnik pobierając ciepło z dolnego źródła wędruje do sprężarki gdzie ulega kondensacji, wskutek czego, następuje gwałtowny wzrost jego temperatury. Zjawisko to porównać można do rozpylanego dezodorantu, który ochładza się podczas rozprężania przy wylocie z puszki. W tym przypadku mamy do czynienia z sytuacją odwrotną, gdzie sprężony i gorący czynnik oddaje swoją temperaturę w wymienniku ciepła do obiegu wtórnego, czyli ciepłej wody użytkowej (c.w.u.), lub sieci grzewczej. Następnie czynnik jest rozprężany w skraplaczu, przy czym jego temperatura jest o kilka stopni niższa niż na początku cyklu. Wędruje z powrotem do dolnego źródła ciepła gdzie zostaje ponownie ogrzany.

Fot. www.praze.pl
Woda w obiegu wtórnym zostaje podgrzana do temp. ok. 50oC dzięki zjawisku sprężenia czynnika, które jest znacznie mniej energochłonny od klasycznego podgrzania.

Transport ciepła z ośrodka o niższej temperaturze do ośrodka o wyższej temperaturze możliwy jest jedynie przy udziale energii dostarczonej z zewnątrz. Jest to energia elektryczna, doprowadzona do zasilania sprężarki, jednak poprzez zachodzące w pompie zjawiska jest to energetycznie opłacalne.
 

Obieg pompy ciepła tworzą elementy:

1. Parownik - wymiennik ciepła, w którym następuje odbiór ciepła ze źródła niskotemperaturowego (dolne źródło).
2. Skraplacz - wymiennik ciepła, w którym następuje przekazanie energii wysokotemperaturowej do odbiorów ciepła (górne źródło).
3. Dolne źródło ciepła (np. grunt).
4. Sprężarka czynnika chłodniczego.
5. Zawór dławiący.
6. Górne źródło ciepła (system grzejnikowy).
 

Co to jest dolne źródło ciepła?

Dolne źródło ciepła dla pomp to „zbiornik” niskowartościowego ciepła, które w wyniku procesów termodynamicznych zamieniane jest na ciepło wykorzystywane przez nas do ogrzewania.
 

Dolnym źródłem ciepła może być:

- Woda
Takie pompy czerpią ciepło z wód powierzchniowych, gruntowych lub głębinowych w układzie otwartym.

Korzystanie z wód powierzchniowych wiąże się głównie z ich dostępnością i możliwe jest jedynie gdy mamy dostęp do zbiornika wód powierzchniowych. Należy pamiętać, że zbiornik taki powinien mieć odpowiednią wielkość lub przepływ, ponieważ chłodna woda powracająca z układu może wychłodzić wodę w zbiorniku. Istotnym minusem tego rozwiązania jest problem z poborem wód w okresie zimowym, kiedy zbiornik zamarza, oraz jego zanieczyszczenie, co wiąże się z koniecznością używania odpowiednich układów filtracyjnych. 

Rozwiązanie wykorzystujące wody gruntowe jest znacznie częściej spotykane, ze względu na małe wahania temperatur oraz znacznie mniejsze zanieczyszczenie. Tu bardziej istotny staje się skład chemiczny, który ma wpływ na wydajność i żywotność pompy. Wody gruntowe mogą znajdować się już 20 cm pod poziomem gruntu, a ich temperatura wzrasta wraz z głębokością i ulega co raz mniejszym wahaniom. Istotne jest aby nie były to wody stojące, ponieważ ich zbiornik może wychłodzić się w trakcie eksploatacji. Rozwiązanie to jest bardzo wygodne z uwagi na charakter wód, jednak niesie za sobą koszty związane z wykonaniem odwiertów umożliwiających ich pobór i zatłaczanie.

Grunt

Gruntowa pompa ciepła, korzystająca z energii uwięzionej w ziemi już od głębokości 1,5 m. Dla naszych warunków klimatycznych jest to granica, poniżej której grunt nie zamarza, a swoje ciepło zawdzięcza słońcu. Poniżej 20 metrów jego temperatura jest stała i rośnie średnio o 2,4oC/ 100m. Stosowane są tu systemy solanka - woda. Ciepło transportowane jest przez solankę zatłaczaną pod ziemię w układzie zamkniętym. W związku z tym istnieją zasadniczo dwie możliwości korzystania z ciepła zakumulowanego w ziemi:

Fot. www.cte.fea.plKolektor poziomy - układany jest zazwyczaj na głębokości 1,8 m a wydajność pompy uzależniona jest od wilgotności oraz rodzaju gleby z uwagi na różną przewodność cieplna. Najlepsza jest wilgotna gleba ilasta. Instalacja kolektorów poziomych, wiąże się też z odpowiednią wielkością działki i warto rozważyć taką inwestycję w trakcie budowy domu, kiedy ogródek nie jest jeszcze zagospodarowany.

Fot. www.cte.fea.plKolektor pionowy - wiąże się z wykonaniem 50 - 200 m odwiertów na naszej działce. Oczywiście niesie to za sobą znaczne koszty inwestycji, jednak odpowiednio dobrane rozwiązanie daje stabilność temperatury oraz gwarantuje wyższą sprawność pompy. Stosując to rozwiązanie potrzebujemy znacznie mniej miejsca na działce i warto rozważyć je jeszcze przed budową domu. Odwierty można zlokalizować bezpośrednio pod nim przez co unikniemy strat związanych z doprowadzeniem czynnika z odwiertu do domu.

W przypadku źródła ciepła jakim  jest grunt ciężko jednoznacznie stwierdzić, które rozwiązanie jest korzystniejsze. Wiele czynników decyduje tu o całkowitych kosztach inwestycji. Kolektory poziome w gruncie o małej przewodności cieplnej będą musiały być znacznie dłuższe, przez co ich powierzchnia też będzie duża. Przy instalacji sond pionowych warto ustalić gęstość strumienia cieplnego, ponieważ jest on zmienny w zależności od regionu. Istotne staje się też podłoże geologiczne.

Fot. ViessmanPompy ciepła działające w systemie powietrze - woda czy powietrze - powietrze są co raz częściej spotykane z uwagi to, że przy ich montażu nie jest konieczne wykonywanie prac ziemnych. Dostęp do źródła ciepła mamy niemalże zawsze. Istotną wadą tego typu rozwiązania jest to, że nie pracują przy bardzo niskich temperaturach sięgających -15oC przez co warto wyposażyć się w awaryjne źródło ciepła wspomagające działanie pompy. Taki system jest zazwyczaj montowany standardowo a w naszym klimacie takich dni jest bardzo niewiele.  

Na rynku istnieje wiele rozwiązań pomp korzystających z powietrza. Układ powietrze - woda służący do podgrzewania wody użytkowej lub ogrzewania pomieszczeń w instalacji c. o., natomiast powietrze - powietrze ogrzewa dom działając odwrotnie niż klimatyzator. Te pompy działają zazwyczaj w systemie zwanym "split" charakteryzującym  się rozdzieleniem podstawowych elementów pompy na dwie części: cichy w pracy moduł wewnętrzny zawierający przede wszystkim  układ hydrauliczny instalacji co oraz moduł instalowany na zewnątrz budynku z parownikiem, wentylatorem - służący do pobierania ciepła z otoczenia. Częstym rozwiązaniem są też kompaktowe pompy powietrze - woda z wbudowanym zbiornikiem ciepłej wody i możliwością podłączenia chłodnego, wychodzącego powietrza do wentylacji budynku.

Na co zwrócić uwagę przy zakupie?

Pompa ciepła powinna pracować oszczędnie, to znaczy, przy możliwie jak najmniejszym zużyciu prądu wytwarzać jak najwięcej ciepła. W charakterystyce produktu wytwórcy podają tzw. wartość COP jako miarę efektywności energetycznej. Nowoczesne urządzenia uzyskują w optymalnych warunkach bardzo wysoką wartość COP, wynoszącą nawet 5,0. Oznacza to, że pobierając jeden kilowat mocy pompa jest w stanie wytworzyć 5 kilowatów energii cieplnej z czego 4 kilowaty są bezpłatne. Warunkiem wysokiej wartości parametru jest niska temperatura na zasilaniu, dlatego powinny być wykorzystywane w odbiornikach wymagających energii niskotemperaturowej jak ogrzewanie podłogowe a nie w grzejnikach. Przy zakupie warto również zwrócić uwagę dla jakich warunków wyliczony został współczynnik COP, ponieważ wraz ze zmianą temperatury źródła zmienia się jego wartość.

Szczególnie ważne przy wyborze pompy ciepła jest precyzyjne zaplanowanie instalacji. Należy pamiętać, że dobierając urządzenie dla domu jednorodzinnego, powinniśmy zagwarantować moc pompy na poziomie 80% jego zapotrzebowania na ciepło. Pozostałą moc zapewnia zamontowany w pompie dogrzewacz elektryczny. Instalacja o zbyt dużej mocy generować będzie znaczne koszty eksploatacyjne ( większa sprężarka - większe zużycie energii ), ale również jej koszt będzie wyższy. Należy również odpowiednio dobrać dolne źródło, biorąc pod uwagę warunki pozyskania energii, oraz zadbać o to, aby nie wychłodzić jego zasobów.

Główne zalety zastosowania pompy ciepła:

- ekologiczna, przyjazna dla środowiska,
- wysoki współczynnik efektywności COP (nawet do 85%),
- brak konieczności podłączenia do gazu,
- nie potrzeba miejsca na skład surowca np. węgla,
- prosta do zabudowy,
- niskie koszty eksploatacyjne,
- długa żywotność,
- możliwość podłączenia instalacji z ogrzewaniem podłogowym lub z tradycyjnymi kaloryferami.