Pompa ciepła: najlepsza, czyli jaka

Tekst: Tomasz Walczak (doktorant w Zakładzie Problemów Eko-Budownictwa IPPT PAN oraz doradca ds. energii odnawialnych w firmie EnergyConsulting.

Tak naprawdę nie ma urządzeń idealnych. Są tylko takie, które lepiej od innych sprawdzają się w określonych warunkach. Dotyczy to również pomp ciepła.

Budując dom, musimy podjąć wiele ważnych decyzji o charakterze technicznym, które mają wpływ na późniejsze koszty jego utrzymania: poczynając od wyboru konstrukcji budynku, poprzez system wentylacji, na sposobie ogrzewania kończąc. Oczywiście chcielibyśmy, aby nasz dom był jak najtańszy w utrzymaniu, a zastosowane w nim źródło ciepła - bezobsługowe, i najlepiej - ekologiczne. Może to zapewnić pompa ciepła. Pozostaje tylko pytanie, jaką wybrać.

Nasze warunki

Żaden odpowiedzialny fachowiec nie dobierze pompy ciepła bez poznania warunków, w jakich będzie ona funkcjonować. W dużej mierze przesądzają one bowiem o tym, jaka pompa sprawdzi się przy ogrzewaniu domu. Zanim podejmie decyzję, powinien więc wiedzieć:

- w jakiej strefie klimatycznej znajduje się nasz dom;

- jaki jest poziom wód gruntowych na działce;

- jaki jest skład chemiczny wód gruntowych;

- jaki jest przekrój geologiczny ziemi w najbliższym sąsiedztwie;

- jakie jest zapotrzebowanie na ciepło i czy pompa będzie jedynym źródłem ciepła.

Zwykle tylko część tych informacji możemy podać od razu, a większość trzeba dopiero sprawdzić. Najlepiej zacząć od rozmów z najbliższymi sąsiadami, dopytując się, czy mają studnię, na jakiej głębokości jest w niej woda, czy były trudności z jej wierceniem i w końcu, czy robili badania wody. Jeśli sąsiedzi nie pomogą, pozostaje nam wykonanie odwiertu próbnego, chyba że nie mamy dostępu do wodociągu i będziemy robić własną studnię. W trakcie jej wiercenia powinniśmy zdobyć prawie wszystkie informacje dotyczące gruntu i wód gruntowych. Dopiero po ich przeanalizowaniu instalator może wybrać pompę zapewniającą odpowiednie zaopatrywanie domu w ciepło, a jednocześnie - optymalną pod względem opłacalności inwestycji.

Jak dobrać pompę ciepła? - sytuacja 1: dom w województwie mazowieckim, III strefa klimatyczna



Jak dobrać pompę ciepła? - sytuacja 2: dom w okolicach Szczecina, I strefa klimatyczna



Jak dobrać pompę ciepła? - sytuacja 3: dom w okolicach Ustrzyk Dolnych, IV strefa klimatyczna



Jak dobrać pompę ciepła? - sytuacja 4: dom na Mazurach, III strefa klimatyczna



Skąd czerpać energię

Chcąc najprościej scharakteryzować pompę ciepła, można powiedzieć, że jest to urządzenie grzewcze, które "pompuje energię cieplną", czyli podnosi jej temperaturę. Energia ta jest pobierana z dolnego źródła ciepła - którym mogą być wody gruntowe lub powierzchniowe, ścieki, grunt, a także powietrze oraz energia słoneczna - i oddawana w górnym źródle ciepła, czyli do instalacji grzewczej w naszym domu. Energia elektryczna czerpana przez pompę z sieci energetycznej służy jedynie do napędu sprężarki, czyli głównego elementu pompującego energię cieplną.

Wybór dolnego źródła ciepła jest pierwszą i chyba najważniejszą decyzją, jaką trzeba podjąć, planując zainstalowanie pompy ciepła. W domach jednorodzinnych dolnym źródłem ciepła zwykle jest powietrze zewnętrzne, wody gruntowe albo grunt.

Energia z powietrza

Jako dolne źródło ciepła najłatwiej jest wykorzystywać powietrze zewnętrzne. Wystarczy na zewnątrz budynku umieścić wymiennik ciepła, czyli coś na kształt chłodnicy, przez który wentylator wymusi przepływ powietrza. Na powierzchni wymiennika powietrze będzie oziębiane, a więc będzie oddawać pompie część swojej energii cieplnej. Bardzo często cała powietrzna pompa ciepła jest umieszczana na zewnątrz domu. Wygląda jak duże pudło, w którym są dwa otwory: przez jeden z nich powietrze jest zaciągane, a przez drugi wyrzucane. Do budynku są wprowadzone tylko rurki z ciepłą wodą.

Niestety, taka pompa nie jest stabilnym źródłem ciepła. Dzieje się tak dlatego, że ilość energii zawartej w powietrzu zależy od jego wilgotności (oczywiście w dużym uproszczeniu): im jest ono zimniejsze, tym mniej wilgoci się w nim znajduje i tym mniejszą ma pojemność energetyczną. Poniżej 0°C jego pojemność energetyczna bardzo spada, stąd sprawność pompy ciepła również mocno maleje. Przy temperaturze -10°C powietrzna pompa ciepła dostarcza już prawie tyle samo energii, ile pobiera z sieci. Przy niewiele niższej w ogóle się wyłącza. Dlatego takie pompy zawsze powinno się instalować z zapasowym źródłem ciepła.

Powietrzne pompy ciepła mimo swoich ewidentnych wad mają jednak zalety. Przede wszystkim są to niska cena i prostota montażu. Sprawdzają się w niektórych regionach - środkowej Polsce i na Wybrzeżu, gdzie średnie temperatury sezonu grzewczego oscylują wokół 0°C. Dni, kiedy temperatura spada dużo poniżej zera, jest tam stosunkowo niewiele. Czasami więc analiza ekonomiczna wykazuje, że takie rozwiązanie jest optymalne dla konkretnego budynku.

Energia z wód gruntowych

Kolejnym sposobem poboru energii przez pompę ciepła jest wykorzystanie wód gruntowych. Do tego celu trzeba wywiercić dwie studnie. Z pierwszej czerpie się wodę, z której jest odbierana część energii. Do drugiej zrzuca się wodę ochłodzoną (o kilka stopni).

Układ jest efektywny i działa bezawaryjnie, gdy są spełnione trzy podstawowe warunki:

  • pompę ciepła można umieścić w ciepłym pomieszczeniu - dzięki temu woda krążąca w układzie nie zamarznie;

  • woda gruntowa ma odpowiedni i niezmienny w czasie skład chemiczny. Jeśli będzie miała na przykład zbyt wysoką zawartość żelaza czy manganu, na pewno dojdzie do zatkania wymiennika w pompie lub studni zrzutowej;

  • wydajność obu studni jest wystarczająca.

    System dwóch studni jest bardzo tani w wykonaniu i ma bardzo dużą sprawność energetyczną. Cechuje go stałość parametrów cieplnych przez cały sezon grzewczy, niezależnie od warunków atmosferycznych.

    Energia z ziemi

    Do zasilania pompy ciepła można również pobierać energię z gruntu. Zazwyczaj służą do tego plastikowe rurki wypełnione roztworem glikolu lub solanką, czyli czynnikiem roboczym pobierającym ciepło z gruntu i transportującym je do sprężarki. Mogą to być też rurki miedziane wypełnione propanem.

    Układ takich rurek nazywa się kolektorem. Gdy zdecydujemy się na kolektor poziomy, rurki układa się poziomo - równolegle do siebie lub w spiralach - na głębokości 1,2-1,8 m. Na taki kolektor potrzeba mniej więcej dwa razy więcej powierzchni działki niż wynosi powierzchnia domu. Jest to rozwiązanie stosunkowo tanie w wykonaniu, ale jego wydajność w dużej mierze zależy od wilgotności gruntu. Im jest on bardziej nasycony wodą, im więcej jest w nim składników mineralnych i im mniejsza jest jego porowatość, tym lepsze są jego właściwości akumulacyjne i przewodność cieplna. Zdarza się, że suchy grunt, mocno nagrzany na jesieni i zapewniający wtedy pompie bardzo wysoką sprawność, pod koniec sezonu grzewczego jest już mocno przechłodzony, a wydajność pompy znacznie spada. Gdy dodatkowo kolektor jest za mały w stosunku do potrzeb energetycznych domu, może dojść do awaryjnego wyłączenia pompy. Dlatego zaleca się przewymiarowywanie dolnego źródła pomp pobierających energię z gruntu oraz taki dobór ich mocy, aby nie zabrakło jej nawet przy niższych temperaturach gruntu.

    Jeśli powierzchnia działki jest niewielka, można zastosować kolektor pionowy (sondy gruntowe). Wykonuje się wówczas odwierty głębokości od 20 do 100 m. W każdy wsadza się pojedynczą lub podwójną rurkę zakończoną kształtką przypominającą literę U. W rurkach krąży czynnik roboczy, który odbiera energię od gruntu. Taki kolektor wymaga bardzo mało miejsca na działce i charakteryzuje się bardzo stabilnymi parametrami pracy, ale niestety jest dość drogi.

    Bez projektu ani rusz

    Jak widać, jest sporo możliwości zasilania pompy ciepła w energię. Z podanych wcześniej przykładów, pokazujących różne sytuacje, w których dobierano pompę ciepła, wynika jedno: nie można jednoznacznie odpowiedzieć na pytanie, jaka pompa jest najlepsza. Wybór rozwiązania wymaga za każdym razem analiz technicznej i ekonomicznej. Pewne jest, że należy szukać rozwiązań najtańszych, a jednocześnie najlepiej spełniających oczekiwania inwestora. Projekt techniczny całego systemu powinien więc zrobić doświadczony projektant, który dobierając dolne źródło ciepła, krytycznie spojrzy na możliwości poboru energii w danej okolicy, a następnie projektując odbiór energii w budynku, doradzi, co zrobić, aby zminimalizować jej zużycie. To umożliwi dobór pompy o mniejszej mocy, która będzie tańsza.

    Przygotowanie projektu technicznego da nam również możliwość rzetelnego porównania ofert od różnych firm na wykonanie całego systemu. Bardzo często w jednej z nich uwzględnia się kosztowny element instalacji - przydatny, ale nie zawsze konieczny, a w innej ofercie go nie ma i nie proponuje się nic w zamian. Ta druga oferta jest oczywiście niższa cenowo. Pamiętajmy też, że każdy handlowiec musi bronić swojej koncepcji i każdy ma trochę racji. Zwykle jednak handlowcy nie biorą pod uwagę całości problemów związanych z systemem grzewczym i jego dopasowaniem do konkretnego budynku.

    Zapisz się na NEWSLETTER. Co tydzień najnowsze wiadomości o budowie, remoncie i wykańczaniu wnętrz w Twojej poczcie e-mail: Zobacz przykład





  • Skomentuj:

    Pompa ciepła: najlepsza, czyli jaka