Pompy ciepła - budowa, dobór mocy oraz koszt inwestycji

Otaczające nas powietrze może stać się źródłem ciepła służącym do ogrzewania domu, a także przygotowania ciepłej wody do mycia, kąpieli oraz sprzątania. Urządzenia, które pobierają energię nagromadzoną w powietrzu (określane jako dolne źródło ciepła), a następnie oddają ją wodzie krążącej w instalacji grzewczej (górne źródło ciepła), to pompy ciepła typu powietrze-woda. Ich montaż jest znacznie prostszy i szybszy, a dzięki temu tańszy niż pozostałych urządzeń tego typu pobierających ciepło z gruntu lub wody. Odpada bowiem koszt wykonania projektu dolnego źródła ciepła, gdyż nie trzeba ani układać kolektora poziomego lub pionowego, ani też wiercić studni. Warto też zauważyć, że dostęp do powietrza jest całkowicie bezpłatny i nieograniczony.

Niezależnie jednak od rodzaju pompy ciepła w trakcie pracy zużywa ona energię elektryczną, która służy do napędu sprężarki, czyli głównego elementu pompującego energię cieplną z dolnego źródła.

Budowa i zlecenia montażowe

Powietrzna pompa ciepła składa się z dwóch części. Pierwszą, z wyglądu przypominającą klimatyzator, umieszcza się na zewnątrz domu. Znajdują się w niej: wentylator zasysający powietrze oraz sprężarka i parownik odbierający zawarte w powietrzu ciepło. Drugą część stawia się w domu w pomieszczeniu technicznym lub wielofunkcyjnym. Zawiera ona najczęściej zasobnik ciepłej wody, grzałkę elektryczną, pompę wymuszającą obieg w systemie grzewczym oraz automatykę sterującą pracą całego układu. Obie te części połączone są ze sobą za pomocą elastycznych rur (dzięki czemu nie przenoszą się drgania wywołane pracą wentylatora i sprężarki).

Podczas wyboru pompy inwestor powinien zwrócić uwagę na hałas, jaki generuje ona podczas pracy, szczególnie jeśli dom stoi na terenie o dość gęstej zabudowie. Przykładowo, jedne urządzenia pracują równie cicho jak lodówka, czyli wytwarzają hałas na poziomie około 40 dB, u innych zaś poziom ten dochodzi do ponad 60 dB.

Ważne jest również miejsce montażu pompy. W trakcie pracy pobiera ona około 2000 m3 powietrza na godzinę. Należy ją zatem ustawić tak, aby króciec zasysający nie był za blisko dużych drzew, co utrudniałoby dopływ powietrza. Natomiast króciec wydmuchowy odprowadzający powietrze schłodzone (ponieważ odebrane zostało od niego ciepło) nie powinien znajdować się za blisko ścian domu, aby nie doszło do ich zawilgocenia w trakcie pracy pompy. W zależności od zaleceń producenta zalecana minimalna odległość może wynosić od 30 cm do 1 m.

Zobacz: budowę powietrznej pompy ciepła

Dobór mocy

Urządzenie o za dużej mocy zwiększa niepotrzebnie koszt inwestycji, natomiast za małe powoduje zbyt częste włączenia sprężarki, co skraca jej żywotność. Dlatego najlepiej zadanie doboru mocy powierzyć projektantowi instalacji grzewczej. W swoich obliczeniach uwzględni on bowiem zapotrzebowanie budynku na ciepło oraz wymaganą ilość ciepłej wody do mycia.

Niektórzy fachowcy uważają, że powinno się dobrać moc pompy powietrznej tak, aby pokrywała 100% zapotrzebowania na ciepło, jakie otrzymano w obliczenia. Inni zaś stoją na stanowisku, że lepsza będzie pompa trochę "niedowymiarowana", czyli dobrana na około 80% zapotrzebowania na ciepło. Zakładają oni z góry, że i tak brakującą moc podczas srogich mrozów uzupełni dodatkowe źródło ciepła, na przykład grzałka elektryczna, kominek lub kocioł na gaz, olej bądź paliwa stałe.

Zazwyczaj moc pompy podawana jest przez producentów w danych technicznych dla temperatury zewnętrznej 7°C. Może być to mylące dla wielu inwestorów; w rzeczywistości bowiem wartość ta w dużym stopniu zależy od temperatury zewnętrznej powietrza. Przykładowo, mimo że odczytana z katalogu moc pompy ciepła wynosi 6 kW, to zimą przy temperaturze -15°C uzyskamy z niej tylko 2,5 kW. Natomiast przy temperaturze 15°C dostarczy ona aż 7 kW mocy. Dlatego projektant lub sprzedawca pompy powinien uprzedzić o tym przyszłego użytkownika pompy ciepła.

Sprawność

Do oceny sprawności pompy ciepła wykorzystuje się współczynnik efektywności COP (ang. coefficient of performance). Wyraża on stosunek ilości ciepła (mocy cieplnej), jaką pompa przekazuje instalacji centralnego ogrzewania do ilości pobranej przez nią energii elektrycznej. Potocznie możemy powiedzieć, że COP określa, ile kWh energii cieplnej możemy uzyskać z 1 kWh energii elektrycznej zużytej przez pompę ciepła. Jeśli współczynnik COP osiąga wartość na poziomie 4, oznacza to, że z każdej dostarczonej kilowatogodziny energii elektrycznej możemy uzyskać 4 kWh energii cieplnej.

Współczynnik COP podczas pracy pompy ciepła ulega znacznym wahaniom. Jego wartość zależy od temperatury dolnego źródła, czyli powietrza, oraz od temperatury zasilania górnego źródła, czyli instalacji grzewczej i przygotowującej ciepłą wodę.

Dodatkowe źródło ciepła

W naszych warunkach klimatycznych powietrzna pompa ciepła nie powinna być jedynym źródłem ciepła w domu jednorodzinnym. Jeśli temperatura na dworze spadnie poniżej -20°C, wentylator zasysający powietrze zostaje automatycznie wyłączony, gdyż praca pompy staje się nieekonomiczna (pompa więcej zużywa prądu niż wytwarza ciepła). I wówczas powinno się załączyć dodatkowe źródło ciepła, którym może być nie tylko kocioł na gaz, olej lub paliwa stałe, ale też kominek czy po prostu grzałka elektryczna. Z tego względu powietrzne pompy ciepła poleca się przede wszystkim na tych terenach, gdzie średnioroczne temperatury zewnętrzne są stosunkowo wysokie, czyli na północy Polski w rejonie nadmorskim.

I choć na temperaturę zewnętrzną nie mamy wpływu, warto wiedzieć, dla jakiej jej wartości korzystanie z powietrznej pompy staje się nieopłacalne w stosunku do ogrzewania olejowego lub gazowego. Mówiąc inaczej, kiedy należy wyłączyć pompę ciepła?

Ciepło z powietrza wentylacyjnego

Otóż, jeśli w domu oprócz pompy ciepła pracuje kocioł na olej opałowy, należy go włączyć, gdy temperatura na dworze spadnie poniżej -15°C. Wtedy jego sprawność będzie na tym samym poziomie co powietrznej pompy ciepła, a przy dalszym spadku temperatury stanie się oczywiście większa.

Natomiast w układzie pompy ciepła współpracującej z kondensacyjnym kotłem gazowym (ma bardzo wysoką sprawność - nawet 107%) powinien on ją zastąpić, gdy temperatura zimą spadnie poniżej -5°C. Przy tej wartości temperatury praca kotła będzie bardziej opłacalna niż pompy ciepła.

Dobra współpraca

Pompę ciepła poleca się przede wszystkim do współpracy z instalacjami niskotemperaturowymi. Im niższa jest temperatura zasilania układu centralnego ogrzewania, tym wyższa będzie sprawność pompy ciepła, czyli współczynnik COP. Z tego względu najlepsze jest ogrzewanie podłogowe, ścienne lub sufitowe - ich temperatura zasilania nie przekracza 40°C. Pompa ciepła może także zasilać stalowe grzejniki płytowe lub aluminiowe członowe - chociaż aby taki układ pracował efektywnie, temperatura zasilająca grzejniki nie powinna przekraczać 50°C. Niestety, grzejniki zasilane niższą temperaturą nie zawsze mogą zapewnić odpowiedni komfort cieplny w domu. Dlatego zwiększa się ich powierzchnię - nawet dwukrotnie - lub projektuje kilka grzejników w danym pomieszczeniu zamiast jednego. Oczywiście zwiększa to koszty układu grzewczego.

Koszt inwestycyjny

Choć instalacja powietrznej pompy ciepła nie wymaga tak dużego zakresu prac jak pompy pobierającej ciepło z gruntu lub wody, to i tak koszt zakupu urządzenia i jego montażu może być nawet dwukrotnie większy niż kotłowni gazowej. W zależności między innymi od mocy pompy, stopnia jej wyciszenia podczas pracy i marki producenta musimy się liczyć z wydatkiem rzędu 25-50 tys. zł.

***

Choć zakup pompy ciepła typu powietrze-woda nie jest tanim rozwiązaniem, warto się nim zainteresować. Wraz z ociepleniem klimatu będzie rosła efektywność działania tego urządzenia - im bowiem wyższa temperatura zewnętrzna, tym większa sprawność pompy. W związku z tym fachowcy przewidują, że staną się one najbardziej popularne spośród wszystkich rodzajów pomp ciepła. Ponadto zwracają oni uwagę na niewysoki koszt ich serwisowania. Wynika to stąd, że urządzenie zewnętrzne, którego główną częścią jest sprężarka, działa w zasadzie bezawaryjnie. Podkreślają również i to, że opłacalność jej stosowania będzie rosła, wraz ze wzrostem cen gazu i oleju opałowego. Nie bez znaczenia jest też fakt, że obecnie właściciele domów jednorodzinnych mają możliwość wzięcia preferencyjnego kredytu ekologicznego. W jego ramach niektóre banki udzielają pożyczki na instalacje wykorzystujące energie odnawialne, która może być oprocentowana tylko 1% w skali roku. Niektóre gminy oferują inwestorom specjalne dotacje, jeśli zamontują oni instalację grzewczą z wykorzystaniem pompy ciepła.

***

Ciepło z powietrza wentylacyjnego. Na rynku dostępne są również pompy powietrzne, które umożliwiają odzyskanie ciepła z powietrza usuwanego z wnętrza domu i przekazanie go do wody krążącej w instalacji grzewczej. Dzięki temu mogą być wykorzystane do ogrzewania domu i przygotowania ciepłej wody.

Czytaj także:

Ogrzewamy dom pompą ciepła i kolektorami słonecznymi

Pompy ciepła - drogie dziś na tanie jutro

Ogrzewamy dom energooszczędny pompą ciepła