|
Z artykułu dowiesz się:Jeszcze kilka lat temu pompy ciepła uważane były za drogą i wymyślną fanaberię, w dodatku mało kto rozumiał, jak te urządzenia działają. W 2010 r. montowano je w Polsce w 3 na 100 nowych domów. W ubiegłym już w co ósmym. Rynek pomp ciepła typu powietrze/woda do instalacji centralnego ogrzewania urósł przez ostatni rok o 55% (dane Polskiej Organizacji Rozwoju Technologii Pomp Ciepła PORT PC)!
Ogromny wzrost popularności pomp ciepła wynika z kilku powodów: większej wiedzy inwestorów, spadku cen tych urządzeń, łatwości założenia wersji powietrznej w porównaniu z gruntową. Nie bez znaczenia są względy ekologiczne, czyli dbałość o środowisko naturalne i jakość powietrza, którym oddychamy.
Pompa ciepła - jak to działa?
W domowym systemie grzewczym pompa ciepła ma takie samo zadanie, jak kocioł gazowy czy węglowy - służy do zasilania w ciepło instalacji centralnego ogrzewania (c.o.) oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej (c.w.u.). Przy czym kocioł wytwarza ciepło, spalając gaz lub węgiel, a pompa tylko je pompuje i przetwarza, nie jest jego źródłem. Jej zadaniem jest przenoszenie energii cieplnej dostępnej w otoczeniu budynku - zmagazynowanej w ziemi, wodzie, powietrzu. Miejsce, z którego pompa pobiera ciepło, nazywa się źródłem dolnym, instalację grzewczą, do której jest ono przekazywane, źródłem górnym.
Do pracy pompa potrzebuje zasilania energią elektryczną - tę może dostarczać elektrownia (w naszym kraju produkująca prąd zwykle w procesie spalania węgla) albo domowa instalacja fotowoltaiczna (która zmienia w prąd energię promieniowania słonecznego). To drugie rozwiązanie jest bardziej ekologiczne. 1 kW energii pobranej z sieci pozwala pozyskać z otoczenia od 2 do 4 kW energii cieplnej.
Stosunek ilości ciepła dostarczonego do budynku do ilości energii elektrycznej wykorzystanej przez pompę to wskaźnik COP - podstawowy parametr opisujący sprawność pompy ciepła. Jeżeli pobierając 1 kW z sieci otrzymujemy 4 kW ciepła, współczynnik COP wynosi 4 (lub 400%).
Urządzenie działa na takiej samej zasadzie jak chłodziarka, która odbiera ciepło z chłodzonych produktów i oddaje je do pomieszczenia. Pompa ciepła pompuje je z otoczenia (nawet jeśli jego temperatura jest niska) do wnętrza domu. W przeciwieństwie do kotłów nie potrzebuje komina, przyłącza gazowego, magazynu na opał.
Źródło dolne pompy ciepła - czym może być?
To ze źródła dolnego pochodzi ciepło wykorzystywane przez pompę. Może nim być grunt, woda albo powietrze, w których kumuluje się głównie energia promieniowania słonecznego.
Do niedawna najpopularniejsze były pompy gruntowe, czerpiące ciepło z ziemi. Są dość kosztowne, ale i efektywne. Ostatnio lepiej sprzedają się pompy typu powietrze/woda (powietrzne) - nie tak skuteczne, lecz przystępne cenowo i łatwe w instalacji. Pompy wodne są najefektywniejsze, jednak stosuje się je rzadko. Po prostu tylko nieliczni inwestorzy mają dostęp do wystarczająco głębokiego (minimum 3 m) jeziora czy stawu albo ochotę i możliwość wybudowania studni (czerpnej i zrzutowej), pozwalających na spożytkowanie ciepła z wód podziemnych.
|
| Gruntowa pompa ciepła to urządzenie wielkością przypominające lodówkę - kotłownia nie jest potrzebna. (fot. Alpha-Innotec (Hydro-Tech)) |
Pompy gruntowe pobierają ciepło za pomocą kolektorów poziomych lub pionowych. Kolektor poziomy to rozległy układ rur z tworzywa, zakopanych nieco poniżej strefy przemarzania, na głębokości 1,5-2 m. Wypełnia je niezamarzający płyn, zwany zwyczajowo solanką - najczęściej roztwór glikolu. Krążąc w rurach, płyn odbiera ciepło od gruntu i przekazuje je do parownika.
Wydajność kolektora poziomego jest związana z rodzajem podłoża i nasyceniem go wodą. Najlepsza jest ziemia gliniasta i mokra - 1 m2 ma wydajność cieplną na poziomie 30-40 W. W przypadku gleby suchej, niespoistej (piasków), wydajność spada do 8-10 W/m2. Przykładowo: przy wydajności gruntu 15 W/m2 i parametrach użytkowych pompy ciepła 10 kW mocy grzewczej i COP 4 na kolektor poziomy potrzeba 500 m2 działki.
W kolektorze pionowym rury umieszcza się w odwiertach o głębokości od 30 do 200 m. To rozwiązanie droższe, lecz nie wymagające tak dużej parceli i lepsze pod względem eksploatacyjnym, z powodu wyższej i stabilnej temperatury gruntu na większych głębokościach. W przypadku pomp korzystających z ciepła zawartego w gruncie i wodzie, współczynnik COP wynosi przeważnie od 4 do 5.
|
| Wykop pod poziomy kolektor gruntowy. (fot. Clima Komfort) |
|
| Pionowy kolektor gruntowy - sonda w odwiercie. (fot. Sofath (De Dietrich) |
Dla pomp powietrznych typu powietrze/ woda, czyli takich, które czerpią ciepło z powietrza zewnętrznego i oddają je wodzie krążącej w obiegu grzewczym, współczynnik COP waha się od 2 do 3 (przy -10°C). Nie są to wartości tak korzystne, jak w przypadku pomp gruntowych, ale pompa powietrzna nie wymaga budowy instalacji dolnego źródła, nie ma zatem związanych z tym wydatków. Inwestora nie ogranicza powierzchnia działki ani dostęp do wód, nie ma większego ryzyka popełnienia błędów wykonawczych, a z montażem można się uwinąć w jeden dzień.
Modele powietrzne mogą pracować efektywnie nawet przy temperaturze zewnętrznej wynoszącej -25°C. Wtedy jednak przyda się wsparcie ze strony drugiego urządzenia grzewczego - kotła czy kominka. Ewentualnie wbudowanej w pompę grzałki elektrycznej.
Źródło górne pompy ciepła - z czym najlepiej współpracuje pompa ciepła?
To instalacja grzewcza, do której trafia ciepło ze źródła dolnego. Dla sprawności pompy ciepła kluczowa jest różnica temperatury między dolnym i górnym źródłem - im mniejsza, tym pompie łatwiej "przepchnąć" ciepło między nimi.
Przy zastosowaniu pionowych kolektorów gruntowych, albo wód podziemnych, dopływająca do wymiennika ciepła ciecz ma temperaturę 5-10°C. Kolektor poziomy ułożony na dnie zbiornika wodnego zapewnia 4°C, z poziomego kolektora gruntowego da się uzyskać solankę o temperaturze koło 0°. Dla powietrza przyjmuje się +2°C.
Tradycyjne instalacje grzewcze z kaloryferami projektowano zakładając, że kocioł dostarczy do nich wodę o temperaturze ok. 70°C. W systemach z grzejnikami i gazowymi kotłami kondensacyjnymi temperaturę nośnika ciepła obniżono do 55°C. Płaszczyznowe ogrzewanie podłogowe da się zaplanować tak, żeby woda o temperaturze zaledwie 30-40°C spełniała swoje zadanie, czyli ogrzewała budynek.
Jak widać, najmniejsza różnica temperatury między źródłem dolnym i górnym jest wtedy, gdy tym drugim jest ogrzewanie płaszczyznowe - w Polsce w praktyce najczęściej podłogowe. Podłogówka ma jednak pewne ograniczenia. W domu słabo izolowanym termicznie przy dużych mrozach może okazać się za słaba.
Dlatego decydując się na ogrzewanie wyłącznie lub prawie wyłącznie pompą ciepła, należy zadbać o jak najlepszą termoizolację budynku. Do ogrzania dobrze ocieplonego domu wystarczy moc 50 W/m2. W energooszczędnym na 1 m2 powierzchni potrzeba 20 W mniej, w budynkach starych, nieocieplonych na 1 m2 wychodzi nawet 200 W mocy grzewczej! Pompa ciepła takiego domu nie ogrzeje.
|
| Pompa ciepła najlepiej sprawdzi się we współpracy z ogrzewaniem podłogowym. (fot. Archiwum BD) |
Pompy powietrze/woda - czym się charakteryzują?
To ostatnio, jak już wspomnieliśmy, prawdziwy hit na rynku urządzeń grzewczych. Stosuje się je zarówno do zasilania centralnego ogrzewania, jak i do podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Na tym drugim polu pompy małej mocy skutecznie konkurują z kolektorami słonecznymi - ich cena jest niższa od kosztu instalacji solarnej, a montaż o wiele mniej kłopotliwy. W domach, w których c.w.u. podgrzewa kocioł na paliwo stałe, umożliwią wyłączenie go z eksploatacji w sezonie letnim, co daje oszczędności i znacząco zwiększa komfort życia.
Zasadniczo pompy powietrze/woda dzielą się na 2 grupy: split i monoblok.
Urządzenia typu split składają się z dwóch jednostek - zewnętrznej i wewnętrznej. W tej pierwszej, odpowiadającej za pozyskiwanie energii z otoczenia, jest wentylator, powietrzny wymiennik ciepła, będący parownikiem pompy, sprężarka i zawór rozprężny. W drugiej, montowanej w budynku i odpowiedzialnej za przekazywanie ciepła do instalacji grzewczej, znajduje się skraplacz i pompa obiegowa c.o.
|
| Pompa typu split składa się z dwóch jednostek, z których jedna jest na zewnątrz, a druga wewnątrz domu. (fot. Daikin) |
Urządzenia typu monoblok mają w jednej obudowie wszystkie podzespoły. Ustawia się je zwykle na zewnątrz domu, do którego biegnie tylko przewód zasilający oraz dwie rury - zasilanie i powrót z instalacji c.o.
 |
| Pompa ciepła powietrze/woda typu monoblok. (fot. Nibe Biawar) |
Oba rozwiązania mają wady i zalety. Pompy typu monoblok są łatwe w instalacji, czynnikiem chłodniczym napełniono je w fabryce, zatem monter nie musi posiadać tzw. uprawnień chłodniczych. Jego zadanie sprowadza się do ustawienia sprzętu i przeprowadzenia przewodów transportujących ciepło do systemu c.o. Te należy jednak zabezpieczyć na wypadek zamarznięcia w sytuacji, gdy podczas mrozów dojdzie do zatrzymania pracy pompy, wynikającego na przykład z przerwy w dopływie energii elektrycznej.
Problemem jest też hałas działającego urządzenia, dlatego trzeba je ulokować daleko od sypialni. Jednocześnie niezbyt daleko od domu, bo im dłuższe rury, tym większe straty ciepła.
Pompy typu split napełnia się czynnikiem chłodniczym przy instalacji, co wymaga wyższych kwalifikacji od wykonawcy. Za to nie ma ryzyka zamarznięcia przewodów łączących jednostki, bo krąży w nich czynnik chłodniczy. Jednostka zewnętrzna może być oddalona od wewnętrznej nawet o 30 m, hałas nie przeszkadza więc mieszkańcom.
|
| Niewielka powietrzna pompa ciepła umożliwia podgrzewanie wody użytkowej do 55°C. (fot. Galmet) |
4 tryby pracy pompy ciepła
Pompę ciepła można wykorzystywać na cztery sposoby (w czterech trybach):
W trybie monowalentnym urządzenie w 100% pokrywa zapotrzebowanie budynku na ciepło. Tak pracują pompy gruntowe i wodne w domach o wysokim standardzie energetycznym. W przypadku wersji powietrznych, tylko niektóre modele mogą tak działać. Problemem są bowiem okresy dużych mrozów. Jeżeli nie chcemy dodawać drugiego urządzenia grzewczego, a pompa nie daje rady, możemy wybrać tryb monoenergetyczny. Wspiera ją wtedy wbudowana grzałka, ewentualnie kocioł elektryczny.
Lepsze efekty ekonomiczne zapewnia tryb biwalentny alternatywny, w którym w razie znacznego spadku sprawności pompy zastępuje ją inne, w danej sytuacji efektywniejsze źródło ciepła. W tym trybie pompa współpracuje z kotłem gazowym, olejowym lub na paliwo stałe i pokrywa od 60 do 80% rocznego zapotrzebowania na ciepło.
Jeszcze lepszym rozwiązaniem jest tryb biwalentny równoległy, w którym pompę wspiera urządzenie elastycznie dopasowujące moc grzewczą do potrzeb, np. gazowy kocioł kondensacyjny. W tym wariancie, od określonej temperatury zewnętrznej oba urządzenia pracują jednocześnie, przy czym im temperatura niższa, tym udział kotła jest większy. Gdy koszty pozyskania energii z otoczenia przekraczają koszty ciepła z kotła, pompa jest wyłączana.
Koszty instalacji pompy ciepła
Najtańsze są powietrzne pompy ciepła małej mocy (zwykle 1,5-2,5 kW) przeznaczone tylko do grzania c.w.u. - te można kupić w cenie od 5 do 12 tys. zł. Model powietrze/woda o mocy ok. 10 kW, który ogrzeje dom i podgrzeje wodę, to wydatek 20-35 tys. zł.
Pompa gruntowa kosztuje 35-45 tys. zł (cena samego urządzenia). Razem z montażem i budową źródła dolnego nakłady wyniosą nie mniej niż 50-60 tys. zł.
Janusz Werner
Fot. otwierająca: De Dietrich
Dodaj komentarz