Gruntowa czy powietrzna? Która pompa ciepła lepiej się sprawdzi?

Co przemyśleć przed zakupem i montażem?

Pompy ciepła to urządzenia, które mają swoje szczególne wymagania i ograniczenia. Dlatego, aby wybrać najlepszy model do naszego domu, powinniśmy zlecić wykonanie projektu całej instalacji  specjaliście. W projekcie zostanie uwzględniony dobór dolnego źródła ciepła (czy będzie to grunt czy powietrze) oraz górnego (czyli instalacji grzewczej – lepsze będzie ogrzewanie podłogowe lub ścienne niż grzejniki). Poza tym na podstawie obliczeń strat ciepła budynku oraz ilości zużywanej ciepłej wody określona zostanie wymagana moc pompy. Nie warto bowiem instalować zbyt dużego urządzenia. W przypadku pompy gruntowej pociągałoby to za sobą potrzebę zastosowania większego, a w efekcie droższego dolnego źródła i samego urządzenia. Porównując oferty rynkowe, zwróćmy również uwagę na etykietę energetyczną umieszczoną na obudowie pompy. Znajdziemy tam szereg informacji, w tym o efektywności jej działania, a także o poziomie hałasu w trakcie pracy.

Co jest potrzebne, aby określić moc pompy?

Należy wykonać szczegółowe obliczenia zapotrzebowania na ciepło, a podstawą do ich wykonania są: rzuty, widoki i przekroje domu; dane na temat konstrukcji ścian, podłóg, dachu oraz współczynniki przenikania okien i drzwi; informacje na temat zastosowanego/planowanego rodzaju wentylacji. Jeśli to będzie wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła należy podać model wybranej centrali wentylacyjnej (rekuperatora); lokalizacja budynku oraz oczekiwana temperatura wewnętrzna. Biorąc to wszystko pod uwagę projektant oblicza zarówno straty ciepła dla każdego z pomieszczeń, jak i łączne, co określane jest jako projektowane obciążenia cieplne. Niekiedy informacja ta może znajdować się w dokumentacji naszego domu. Dzięki temu będziemy mogli ograniczyć nieco wydatki na etapie przygotowania inwestycji. Na podstawie tej wartości, wyrażonej w watach lub kilowatach możliwy będzie precyzyjny dobór mocy pompy ciepła

Jak zapewnić pompie ciepła optymalne warunki pracy?

W czasie działania pompa ciepła popiera energię z otoczenia i przekazuje ją do domu. Zużywa przy tym energię elektryczną, ale ilość ta może być 3-5 razy mniejsza od ilości ciepła dostarczanego do pomieszczeń. Takie parametry można jednak uzyskać jedynie, gdy zostaną zapewnione odpowiednie warunki działania całego systemu. Jednym z kluczowych elementów są niskie straty ciepła. Mówiąc inaczej budynek musi być dobrze zaizolowany. Duże znaczenie ma również rodzaj systemu grzewczego. Ważna jest też wielkość budynku, jego lokalizacja oraz jaka temperatura wewnętrza będzie utrzymywana w pomieszczeniach. Innym istotnym zadaniem pompy ciepła jest też przygotowanie ciepłej wody użytkowej (c.w.u.). Dokładna analiza tych wszystkich czynników pozwali dobrze przygotować się do tego typu inwestycji.

Specyfikacja różnych typów pomp ciepła

Pompa gruntowa

Pompa gruntowa pozyskuje ciepło z instalacji dolnego źródła czyli systemu rur umieszczonych w gruncie, przez które przepływa wodny roztwór płynu niezamarzającego. Odbiera on ciepło od gruntu otaczającego rury, a następnie trafia do pompy ciepła, gdzie przekazuje energię do obiegu ziębniczego i dalej do instalacji wewnętrznej w budynku. Do wyboru mamy dwa rodzaje instalacji:

sondy gruntowe – są to rury umieszczane pionowo, w odwiertach o głębokości zwykle do 100 m; kolektor poziomy – oznacza to, rury ułożone poziomo, nieco poniżej granicy przemarzania gruntu. Pierwsze rozwiązanie jest nieco droższe, ale za to może być stosowane nawet na działce o niewielkiej powierzchni. Wymagana odległość odwiertu od granicy posesji czy budynku to zaledwie 1,5 m, a odległość między odwiertami to 8-10 m. Zaletą sond gruntowych jest możliwość ich wykorzystania również w trybie chłodzenia pasywnego. Funkcja ta umożliwia obniżenie temperatury w domu podczas upalnego lata, a jednocześnie magazynować energię w gruncie.

Kolektor poziomy może być nieco tańszy, ale za to zajmuje sporo miejsca. Najczęściej wybiera się go raczej w terenie, w którym występuje wysoki poziom wód gruntowych. W takim przypadku występuje intensywny przepływ ciepła w gruncie i długość jakie musimy umieścić w gruncie jest mniejsza. Zwróćmy też uwagę na to, że stosując tę opcję nie schłodzimy pomieszczeń w lecie, gdyż grunt szybko osiąga temperaturę na poziomie 16-18o C, co nie pozwala na efektywne obniżenie temperatury we wnętrzach.

Pompa powietrzna

Powietrze otaczające budynek jako dolne źródło ciepła dla pompy powietrznej zapewnia niski koszt inwestycji oraz niewielki zakres prac montażowych.  W przypadku wystąpienia warunków skrajnych i utrzymującego się przez kilka, kilkanaście dni silnego mrozu pompa powietrza jest wspomagana tzw. szczytowym źródłem ciepła jakim jest z reguły grzałka elektryczna. Na rynku dostępne są trzy modele powietrznych pomp ciepła:

monoblokowa zewnętrzna – całe urządzenie, poza zasobnikiem ciepłej wody, znajduje się na zewnątrz, czyli tj. w ogrodzie lub przy ścianie domu. W nim umieszczone są najważniejsze elementy systemu, tj. sprężarka, wymiennik ciepła odbierający energię od powietrza zewnętrznego, wentylator, wymiennik ciepła przekazujący energię do instalacji wewnętrznej oraz pompa obiegowa;

monoblokowa wewnętrzna – kompletne i hermetyczne urządzenie przeznaczone jest do ustawienia w domu. Powietrze trafia do pompy przez czerpnię ścienną i po oddaniu energii opuszcza pompę kanałem wyrzutowym;

typu split – składa się z jednostki zewnętrznej i wewnętrznej. W pierwszej z nich znajduje się sprężarka oraz wymiennik ciepła odbierający ciepło od powietrza oraz wentylator. Z kolei jednostka wewnętrzna zawiera wymiennik ciepła przekazujący energię do instalacji wewnętrznej i pompę obiegową

Co ma wpływ na koszty zakupu i montażu ?

Pompa gruntowa

Nakłady początkowe zależą przede wszystkim od wielkości budynku i standardu izolacji termicznej. W nowych, dobrze ocieplonych i stosunkowo niedużych domach (np. 100-150 m2 ), wystarczające jest zastosowanie gruntowej pompy ciepła o mocy 5-7 kW. Natomiast w budynku modernizowanym o większej powierzchni może to być nawet 15-20 kW. Co więcej, rośnie również koszt instalacji dolnego źródła. Przykładowo dla pompy o mocy 5-7 kW koszt takiej instalacji może wahać się od 10 000 do 20 000 zł, a dla urządzenia o mocy 20 kW może to być już około 40 000 zł lub więcej (mają na to wpływ m.in. warunki geologiczne, ceny rur, glikolu, itd.).

Rodzaj wewnętrznej instalacji grzewczej. W nowym budynku z ogrzewaniem podłogowych integracja gruntowej pompy ciepła z instalacją grzewczą zwykle jest dość prosta. Najczęściej wystarczy zastosować dwie rury do połączenia z rozdzielaczami instalacji podłogowej. Czasem niezbędne są dodatkowe elementy jak zbiornik buforowy czy zawór nadmiarowo-upustowy. Natomiast, gdy planujemy podział instalacji, np. na dwa obiegi obsługujące osobno parter i piętro, wówczas niezbędne będą oddzielne grupy pompowe, zbiornik buforowy oraz kolejne elementy systemu regulacji. Oznacza to oczywiście wzrost kosztów materiałów i robocizny.

Zużycie c.w.u. W ofercie pomp gruntowych dostępne są urządzenia kompaktowe z wbudowanym zbiornikiem ciepłej wody o pojemności 180-220 l oraz modele do współpracy z osobnym zasobnikiem. Koszt obu tych rozwiązań będzie różny, podobnie jak czas montażu i wydatki związane z zakupem dodatkowego osprzętu. Najczęściej rozwiązania kompaktowe – stosowane w domach, w których dobowe zużycie wody nie przekracza 200- 250 l – są nieco tańsze. Z kolei, jeśli potrzebny będzie zestaw rozdzielony, należy zwrócić uwagę na to, aby zbiornik był przystosowany do współpracy z pompą ciepła. Oznacza to zastosowanie w nim większego wymiennika ciepła – zwykle jest to wężownica. Montaż zbyt małego zbiornika i do tego z małą powierzchnią wężownicy może wiązać się nawet z brakiem możliwości korzystania z pompy ciepła w tzw. trybie ciepłej wody.

Pompa powietrzna

Jak już wspomniano wcześniej koszty zakupu pompy ciepła zależą od wielkości budynku, standardu izolacji termicznej i rodzaju instalacji grzewczej. Im większy dom i grosza izolacja termiczna, tym wyższa wymagana moc pompy ciepła. Natomiast, gdy weźmiemy pod uwagę dwa domy o tej samej wielkości i analogicznym poziomie strat ciepła, nieco wyższy może być koszt pompy 
która będzie zasilać grzejniki o wysokiej temperaturze pracy, np. 55-60o C niż instalację podłogową o temperaturze 30-35o C. W pierwszej opcji niezbędny może być model o nieco wyższej mocy lub innej konstrukcji.

Rodzaj wewnętrznej instalacji grzewczej. W nowym domu, wyposażonym w instalację ogrzewania podłogowego koszt dodatkowych akcesoriów wymaganych do połączenia pompy ciepła z instalacją wewnętrzną może być nieznaczny. Dotyczy to zwłaszcza modeli kompaktowych z wbudowanym zbiornikiem ciepłej wody. Takie urządzenie można zwykle połączyć bezpośrednio z instalacją podłogową oraz wodną. Należy przy tym ściśle przestrzegać wytycznych producenta. Natomiast, gdy łączymy pompę ciepła z rozbudowaną instalacją składającą się, np. z ogrzewania podłogowego i grzejników czy też większej ilości obiegów grzewczych, niezbędne jest zastosowanie szeregu akcesoriów. Są to, np. zbiornik buforowy, pompy obiegowe, zawór mieszający, naczynia wzbiorcze, itd. W nowym domu możemy zatem znacząco zredukować koszty montażu decydując się jednolitą instalację grzewczą, np. podłogową. Uwaga! Czasami porównując dwie pompy ciepła możemy nie wiedzieć, iż jedno z urządzeń wyposażone zostało w szereg elementów i dostępnych funkcji podczas, gdy drugie wymaga zastosowania co najmniej kilku elementów dodatkowych. Dotyczy to także sterowania – część sterowników zapewnia od razu możliwość wykorzystania automatyki pogodowej i termostatu pokojowego, a także zarządzanie pracą obiegu przygotowania ciepłej wody i pracą pompy cyrkulacyjnej. Dlatego zawsze należy porównywać kompletne oferty obejmujące cenę urządzenia, wymagany osprzęt oraz robociznę.
Zużycie c.w.u. W zależności od dobowego zużycia wody możemy rozważać zastosowanie kompaktowej pompy ciepła z wbudowanym zbiornikiem c.w.u. lub osobnego urządzenia i zasobnika c.w.u. Wariant kompaktowy ma najczęściej zbiornik 180- 20 l (w zależności od producenta). Rozwiązanie to stosuje się zwykle w domach, w których liczba mieszkańców nie przekracza 3-4 osób, a w łazienkach nie zastosowano wanny o dużej pojemności czy deszczownicy. W przypadku większych rodzin lub planowanego zastosowania komfortowego wyposażenia łazienek niezbędny będzie zasobnik o większej pojemności. Należy też uwzględnić to, że zbiorniki mogą mieć różną klasę energetyczną – np. A, B lub C (te pierwsze są najdroższe, za to mają najniższe straty ciepła).  

System sterowania

Bardzo ważnym elementem systemu z pompą ciepła (niezależnie od jej rodzaju) jest odpowiedni sterownik. Chodzi tu nie tylko o zapewnienie oczekiwanego komfortu wewnątrz pomieszczeń, ale i o uzyskanie wysokiej sprawności urządzenia, a ta jest tym wyższa, im niższa jest temperatura wody w instalacji grzewczej. Najlepszy byłby sterownik, który w sposób ciągły będzie oceniał jaka jest minimalna temperatura wody, która pozwoli ogrzać pomieszczenia i uruchamiać pompę ciepła, gdy temperatura wody w instalacji grzecznej spadnie. To zadanie realizują jednie sterowniki pogodowe. Uwaga! Bardzo często mamy również możliwość zdalnej kontroli systemu grzewczego z pompa ciepła przez specjalną aplikację zainstalowaną na smartfonie. Dzięki temu dostosujemy np. parametry pracy pompy instalacji do naszych potrzeb. Ponadto możemy szybko zareagować, jeśli dojdzie do jakiejkolwiek awarii w systemie grzewczym.

Do decyzji inwestora

Pompa gruntowa

Wykonanie systemu grzewczego z gruntową pompą ciepła to proces wieloetapowy, co wiąże się z szeregiem wydatków. Najpierw ponosimy koszty dokumentacji projektowej zawierającej określenie strat ciepła z budynku, dobór pompy ciepła, instalacji dolnego źródła i całego osprzętu oraz średnic rur. Jeśli zostały przewidziane odwierty pionowe, musimy dodatkowo zlecić zapłacić za projekt prac geologicznych, który przedkładamy w powiatowym wydziale ochrony środowiska. Gdy nie ma zastrzeżeń ze strony urzędu, możemy przystępować do wykonania instalacji. W trakcie ich trwania firma wiertnicza wykonując odwierty bada charakterystykę gruntu i porównuje z szacunkowymi danymi zawartymi w projekcie. Po zamontowaniu pionowych sond sprawdzana jest ich szczelność, a rury instalacji dolnego źródła wprowadzane są do budynku. Tu montowana jest pompa ciepła i podłączana do instalacji grzewczej oraz podgrzewacza wody. Orientacyjny całkowity koszt systemu dla nowego, dobrze ocieplonego domu o powierzchni 150 m2 wynosi około 45 000-65 000 zł.

Pompa powietrzna

Montaż pompy ciepła typu powietrze obejmuje również niewielki zakres prac ziemnych. Zapłacimy zatem za wykonanie wykopu na  głębokość nieco poniżej poziomu przemarzania, a następnie złoża żwirowego, do którego będą odprowadzane skropliny. Jeśli robimy opaskę drenażową wokół domu, można ją doprowadzić też pod miejsce posadowienia cokołu. Następnie montowana jest rura o dużej średnicy, na przykład 110 mm, wewnątrz której skropliny będą kapały na złoże żwirowe. Kolejną czynnością jest wykonanie cokołu i posadowienie pompy ciepła. Stąd prowadzone są dwie rury do jednostki wewnętrznej, skąd zasilana jest instalacja grzewcza i podgrzewacz wody. Ostatnie etapy montażu tej pompy to sprawdzanie szczelności, płukanie i napełnianie systemu. Koszt instalacji dla nowego domu o powierzchni 150 m2 wynosi od 25 000 do 40 000 zł. Uwaga! Ze względu na wysokie koszty z zakupem i montażem pompy ciepła właściciele domów jednorodzinnych mogą skorzystać z kilku programów, które stanowią znaczne wsparcie finansowe. Są to m.in. Czyste Powietrze, Mój Prąd 5.0 i Moje Ciepło. Ponadto w programie Czyste Powietrze istnieje możliwość prefinansowania inwestycji lub uzyskania kredytu na korzystnych warunkach. Co więcej, koszty  które nie zostały objęte dofinansowaniem, można stopniowo odliczać od podatku w ramach ulgi termomodernizacyjnej.

Współpraca pompy ciepła i fotowoltaiki

Pompa ciepła podczas pracy pobiera energię elektryczną. To, ile jej zużyje zależy od wielkości budynku, standardu izolacji termicznej oraz wymaganej temperatury zasilania systemu grzewczego. W niewielkim, dobrze izolowanym domu z instalacją podłogową potrzeba od 2000 do 3000 kWh prądu na rok. Z kolei w domu o dużej powierzchni, a do tego z kiepską izolacją i z grzejnikami wymagającymi zasilania wodą o wysokiej temperaturze, pobór prądu może wynieść 10 000 kWh (a czasem więcej) na rok. Wraz ze wzrostem cen energii będzie to oznaczało coraz wyższe obciążenie budżetu domowego. Poza redukcją zużycia energii przez ocieplenie budynku i optymalizacją pracy instalacji, roczny koszt ogrzewania możemy obniżyć również przez montaż instalacji fotowoltaicznej (w skrócie PV). Stosując to rozwiązanie będziemy mogli wykorzystać część generowanej energii na potrzeby zasilania sprzętu AGD i RTV oraz podgrzewania wody do mycia czy też ogrzewania pomieszczeń (wiosną i jesienią). Z reguły bieżąca konsumpcja energii nie przekracza 20% ilości produkowanej w skali roku przez system fotowoltaiczny. Pozostała ilość jest sprzedawana do sieci, a uzyskany przychód służy do opłacania zakupu energii czynnej. Dzięki temu roczny koszt eksploatacji pompy ciepła jest niższy.