Jak wykonać podłogówkę zasilaną przez pompę ciepła?
Jak wykonać podłogówkę zasilaną przez pompę ciepła?
W naszym kraju zakłada się przede wszystkim dwa rodzaje pomp ciepła - powietrzne lub gruntowe. Z zastrzeżeniem, że tych pierwszych sprzedaje się kilka razy więcej. Przy czym jedne i drugie prawie zawsze zasilają wodne układy centralnego ogrzewania - z podłogówką lub grzejnikami ściennymi. Ogrzewanie podłogowe dominuje w nowych domach, najczęściej traktuje się je jako pierwszy wybór, optymalny w domu z niskotemperaturową pompą ciepła. I chociaż dostępne są na rynku również specjalne grzejniki, zaprojektowane z myślą właśnie o pompach, to trudno zaprzeczyć, że pompa w parze z podłogówką ma wiele zalet. Oczywiście, jeżeli taki układ zostanie prawidłowo wykonany - z poszanowaniem pewnych zasad i respektem wobec występujących i tu ograniczeń.
W Polsce dominują dwa typy pomp ciepła: powietrzne, ze względu na łatwość instalacji i niższe koszty, oraz gruntowe, cieszące się mniejszą popularnością z powodu wyższych kosztów montażu i eksploatacji. Obydwa typy zwykle zasilają systemy centralnego ogrzewania, najczęściej wykorzystując ogrzewanie podłogowe, które jest optymalne dla niskotemperaturowej pracy pomp. Pompy ciepła, działające na zasadzie przetwarzania ciepła z otoczenia, różnią się od tradycyjnych kotłów i wymagają odpowiedniego doboru oraz instalacji, aby zapewnić efektywność i ekonomiczność systemu grzewczego. Oprócz wyboru między pompami powietrznymi a gruntowymi, kluczowe znaczenie ma właściwa konfiguracja systemu ogrzewania, szczególnie przy modernizacji starszych budynków, które pierwotnie nie były projektowane z myślą o pracy z pompą ciepła. Zaleca się stosowanie ogrzewania podłogowego, które przy odpowiedniej instalacji i niskiej temperaturze zasilania współpracuje efektywnie z pompami ciepła, minimalizując koszty eksploatacji i zwiększając wydajność ogrzewania. Wybór i instalacja pompy ciepła w domu wymagają dokładnego rozważenia wielu czynników, w tym typu pompy, konfiguracji systemu ogrzewania oraz specyfikacji technicznych urządzenia, aby zapewnić optymalne warunki pracy i maksymalną efektywność energetyczną. Warto również pamiętać o możliwości zastosowania systemu biwalentnego, który łączy pracę pompy ciepła z innym źródłem ciepła, zapewniając niezawodność ogrzewania nawet w najtrudniejszych warunkach zimowych.
Pompy ciepła to szczególnego rodzaju urządzenia grzewcze. W gruncie rzeczy to ze względu na budowę i sposób działania powinniśmy je traktować jako urządzenia chłodnicze, podobnie jak lodówki i klimatyzatory. Z kotłami łączy je zaś jedynie to, że jednych i drugich używamy do ogrzewania. Chociaż warto przypomnieć, że większość obecnie dostępnych na rynku pomp można wykorzystać również do chłodzenia.
O fundamentalnych różnicach pomiędzy kotłami i pompami trzeba cały czas pamiętać, gdyż pompy trzeba dobierać do budynku i potem eksploatować inaczej niż kotły. W instalacji, w której kocioł pracował bardzo dobrze, pompa może działać fatalnie - być nieekonomiczna i niewystarczająco wydajna w czasie większych mrozów. Co znaczy, że jeżeli nie zadbamy o odpowiednią konfigurację całego systemu grzewczego, to będziemy płacić dużo, a w domu i tak będzie zimno. Mając zaś pewną podstawową wiedzę na ten temat, łatwo zrozumiemy dlaczego tak ważne jest, z jakim rodzajem ogrzewania współpracuje pompa i dlaczego w pierwszym rzędzie zalecane jest tu ogrzewanie podłogowe. Jednak i podłogówka podłogówce nierówna - ta współpracująca z pompą powinna mieć pewne szczególne cechy.
Inna zasada działania
Kocioł zużywa paliwo, zamieniając je w ciepło. Żeby uzyskać więcej ciepła musimy po prostu dostarczyć więcej paliwa. Kocioł może z powodzeniem współpracować z bardzo różnymi instalacjami grzewczymi, zaś temperatura wody w obiegu nie ma zbyt dużego wpływu na sprawność samego urządzenia. Ponadto nie jest specjalnie ważne, jakie akurat panują warunki zewnętrzne. Ten sam kocioł może działać z mocą np. 10 kW, niezależnie od tego, czy na zewnątrz będziemy mieć -20 czy +20°C. Oczywiście, z zastrzeżeniem, że to my - dzięki odpowiedniemu sterowaniu - decydujemy, jaka moc będzie potrzebna w danych warunkach.
Natomiast pompa sama nie wytwarza ciepła. Ona pobiera je z otoczenia domu, przetwarza i przekazuje do pomieszczeń. Obrazowo można ją porównać do pompy studziennej, przetłaczającej wodę do zbiornika hydroforowego w budynku. Taka pompa pobiera wodę ze źródła (studni), przetransportowuje do budynku i nadaje określone ciśnienie, tak aby rurami do kranów popłynęła w odpowiedniej ilości i pod wystarczającym ciśnieniem. Inaczej nie będziemy mogli z niej wygodnie korzystać. Problemy mogą pojawić się na różnych etapach - w studni zabraknie wody, pompa będzie zbyt słaba, żeby przetłoczyć ją do budynku, ciśnienie w zbiorniku będzie zbyt niskie lub będzie on zbyt mały, wreszcie z racji zbyt małej średnicy rur i złego doboru baterii strumień wody w kranie czy pod prysznicem będzie niewystarczający.
Pompa nie wytwarza ciepła. Ona odbiera je z otoczenia domu i zmienia na użyteczną dla nas postać. (fot. Nibe-Biawar)
Nasza pompa ciepła pod wieloma względami będzie funkcjonować podobnie. Pobiera ciepło z otoczenia - powietrza, gruntu lub wody - czyli tzw. źródła dolnego. Każde z nich może się w pewnych warunkach okazać zbyt mało wydolne. Z powietrza zewnętrznego trudno jest odbierać ciepło w czasie dużych mrozów, instalacja gruntowa może być za mała, zaś zasoby wód gruntowych mogą się zupełnie dosłownie wyczerpać. Zauważmy, że jeżeli ze źródła dolnego nie będziemy mogli pobrać wystarczającej ilości ciepła, to i cała reszta układu z pompą nie będzie prawidłowo działać.
Pompa musi następnie niejako przetworzyć pobrane ciepło - przekazać je wodzie, krążącej w układzie c.o., podgrzewając ją do odpowiednio wysokiej temperatury. To odpowiednik przetłoczenia wody przez pompę studzienną do zbiornika i nadania jej określonego ciśnienia. Jednak co w praktyce oznacza określenie odpowiednio wysoka temperatura wody grzewczej? Musi być ona wystarczająca, żeby przy danym sposobie ogrzewania wnętrz - podłogówką lub grzejnikami - ogrzewanie było skuteczne.
Chyba nikomu nie trzeba tłumaczyć, że na potrzeby podłogówki wystarcza niższa temperatura wody (ok. 35°C), niż do zasilania typowych grzejników (ok. 55°C). I tu mamy przyczynę dla której to właśnie podłogówka jest bardziej polecana. Po prostu pompa podgrzewająca wodę do niższej temperatury ma ułatwione zadanie. Działa wówczas lepiej, zużywając mniej prądu i osiągając wyższą moc grzewczą. Wracając do naszej analogii z pompą w studni możemy powiedzieć, że to sytuacja w której pompa podnosi wodę na mniejszą wysokość i nie musi nadawać jej zbyt wysokiego ciśnienia. W takiej sytuacji jej wydajność znacznie wzrasta.
Jest jednak i pewne podobieństwo pomiędzy instalacją grzewczą w pomieszczeniach (rurociągami oraz podłogówką lub grzejnikami) oraz instalacją wodną rozprowadzoną po budynku, wyposażoną w krany, prysznic, deszczownicę itd. Typowy grzejnik, który wymaga wysokiej temperatury zasilania, to trochę tak jak deszczownica, która nie będzie prawidłowo działać, jeżeli strumień wody będzie zbyt mały, a jej ciśnienie niskie.
Tak więc zarówno pompa ciepła, jak i pompa studzienna jest tylko częścią pewnego układu, którego pozostałe elementy bardzo mocno wpływają na jej działanie.
Wykres: Liczba sprzedanych pomp ciepła w Polsce w latach 2012-2023
Pompy ciepła można dzielić, uwzględniając rozmaite kryteria. Jednak najpopularniejszy jest ten uwzględniający rodzaj źródła dolnego, czyli element otoczenia, z którego pompa pobiera ciepło.
Może nim być:
powietrze zewnętrzne;
grunt;
wody podziemne lub powierzchniowe (staw, rzeka).
W praktyce liczą się dwa pierwsze, gdyż mało kto ma na działce odpowiednie warunki, żeby móc wykorzystywać ciepło pochodzące z wód.
Obecnie ponad 90% sprzedawanych w Polsce pomp ciepła to urządzenia typu powietrze/woda. Zaś 10 lat temu najpopularniejsze były pompy gruntowe. (fot. Haier (Iglotech))
Na polskim rynku możemy obecnie mówić o zdecydowanej dominacji pomp powietrznych. Ich podstawową zaletą jest łatwość montażu. Nie trzeba bowiem wykonywać żadnej instalacji po stronie źródła dolnego - powietrze przetłacza wbudowany w pompę wentylator.
Brak instalacji po stronie źródła dolnego ma jednak jeszcze dwa bardzo ważne aspekty, poza łatwiejszym wykonawstwem.
Pierwszy jest taki, że nie ma wówczas istotnego znaczenia wielkość działki, stopień jej zagospodarowania czy rodzaj gruntu. Pompę można założyć więc na posesjach dużych i małych, dopiero zagospodarowywanych i z wypielęgnowanym przez lata pracy ogrodem. Brak prac ziemnych to ogromny plus zwłaszcza przy remontach. Trzeba jednak zasygnalizować, że na bardzo małych działkach, np. w zabudowie szeregowej, z montażem pomp powietrznych może być jednak problem. Bowiem całkiem realne jest wówczas ryzyko, że dopuszczalny poziom poziomu hałasu na granicy działki zostanie przekroczony. To powinien ocenić specjalista.
Drugi ważny aspekt wiąże się z kosztami. Skoro nie wykonujemy instalacji po stronie źródła dolnego, to nie wydajemy na nią pieniędzy. W rachunku kosztów inwestycji mamy więc oszczędność przynajmniej kilku, a częściej kilkunastu tysięcy zł. Ponadto same pompy powietrzne są często tańsze od modeli gruntowych (chociaż nie jest to regułą). Dla znakomitej większości budujących cena ma zaś zasadnicze znaczenie. Gdyby nie relatywna taniość pomp powietrznych, nigdy nie zdobyłyby one takiej popularności.
W przypadku pomp powietrznych instalacja po stronie źródła dolnego jest po prostu niepotrzebna. Wystarcza wbudowany w jednostkę zewnętrzną wentylator o dużej wydajności. (fot. Viessmann)
Czy te pompy mają jakieś słabe strony? Oczywiście, że tak, nie ma urządzeń idealnych. Podstawowy problem wynika ze specyfiki powietrza jako źródła dolnego. Im jest ono zimniejsze, tym trudniej pozyskiwać z niego ciepło. Efekt jest taki, że spada sprawność pompy, czyli za pozyskanie tej samej ilości ciepła płacimy więcej.
Co bardzo ważne, moc grzewcza większości pomp także wówczas spada. Innymi słowy, dostajemy mniej ciepła w warunkach, kiedy najbardziej go potrzebujemy. Trzeba jednak podkreślić, że to zjawisko nie dotyczy w równym stopniu wszystkich pomp. Wręcz przeciwnie, zróżnicowanie bywa bardzo duże nawet wśród modeli jednego producenta. Dlatego przede wszystkim sam dobór pompy to zadanie dla naprawdę dobrego fachowca. Sprawdzenie samych klas energetycznych oraz pobieżne przejrzenie danych katalogowych to o wiele za mało.
Ponadto, jeżeli możliwości pompy okażą się niewystarczające w skrajnych warunkach, to trzeba zaplanować jakąś formę jej wspomagania. Mogą do tego posłużyć wbudowane grzałki elektryczne, kocioł, kominek, elektryczne grzejniki. Możliwości jest wiele i wybór najlepszej dla nas trzeba uzgodnić z fachowcem. W zupełnie innej sytuacji będzie chociażby ktoś, kto już ma kocioł przewidziany jako drugie źródło ciepła, niż ktoś, kto miałby go dopiero kupić.
Mniej niż 10 lat temu, to pompy gruntowe zakładano w naszym kraju najczęściej. Jednak obecnie sprzedaje się ich kilka razy mniej, niż modeli powietrznych. Chociaż ostatnio widać znów pewien wzrost zainteresowania nimi - sprzedaż systematycznie rośnie.
Odmienne źródło dolne oznacza zupełnie inny zakres prac związanych z montażem urządzenia. Główna ich część to nie założenie samej pompy, lecz wykonanie instalacji po stronie źródła dolnego.
W grę wchodzi przy tym kilka różniących się zasadniczo rozwiązań.
Może to być:
kolektor poziomy;
kolektor pionowy (odwierty);
układ z bezpośrednim odparowaniem.
W pierwszym z nich dość płytko pod powierzchnią (1,5-2,0 m) zakopuje się wężownice z rur wypełnionych płynem niezamarzającym, popularnie nazywanym solanką lub glikolem. To krążący w rurach płyn odbiera ciepło z ziemi i przekazuje je do pompy. Budowa takiego układu jest dość prosta, o ile mamy do dyspozycji duży jeszcze niezagospodarowany teren. Właśnie duża powierzchnia jest tu podstawowym ograniczeniem, gdyż na potrzeby domu o powierzchni ogrzewanej 150 m2, może to być np. 500 m2 działki. Co bardzo ważne, terenu którego nie wolno zabudować, wybrukować, ani obsadzić wysokimi drzewami. Do gruntu musi bowiem swobodnie docierać promieniowanie słoneczne i woda deszczowa, gdyż to one odnawiają zasoby ciepła tak płytko pod powierzchnią. Właściciele małych działek mogą więc z zasady skreślić ten wariant. Zwykle również ci, którzy mają już zagospodarowaną działkę.
Natomiast sondy pionowe to nic innego, jak głębokie na kilkadziesiąt metrów odwierty, w których umieszczono rury odbierające ciepło. Najkrócej mówiąc - zamiast zajmować dużą powierzchnię - idziemy w głąb. Nie ma tu znaczenia sposób zagospodarowania terenu, gdyż ciepło czerpane jest z głębi ziemi. Jest to więc wydajny energetycznie układ nawet na małe działki. Jego zasadniczą wadą jest natomiast wysoki koszt wykonania odwiertów.
Wreszcie, system z bezpośrednim odparowaniem jest szczególnym wariantem obu wymienionych wcześniej. Tu jednak w rurach nie krąży płyn niezamarzający, lecz od razu czynnik roboczy pompy. Pozwala to nieco podnieść sprawność energetyczną układu, gdyż eliminujemy pośrednictwo przekazywania ciepła pomiędzy płynem niezamarzającym oraz czynnikiem roboczym. Jednak układy z bezpośrednim odparowaniem nie są popularne, specjalizują się w nich nieliczne firmy.
Całkiem uzasadnione jest tu pytanie o zalety systemu gruntowego. Po co męczymy się z wykonaniem układu dolnego źródła i wydajemy na to niemałe pieniądze? Przede wszystkim temperatura takiego źródła jest dość stabilna przez cały sezon grzewczy, nawet w czasie największych mrozów. Ponadto jest dość wysoka, szczególnie w przypadku głębokich odwiertów (ok. 10°C). To wszystko przekłada się na wysoką sprawność, a więc oszczędną pracę. Przy czym układ jest przewidywalny, zawsze dysponujemy w nim określoną mocą grzewczą. Nie musimy więc martwić się o to czy dom będzie niedogrzany w czasie dużych mrozów. W związku z tym zwykle nie jest potrzebne używanie drugiego źródła ciepła jako wspomagania. Zasadniczą wadą jest jednak wysoki koszt inwestycji.
Kryzys czy korekta?
Ostatnie lata na rynku pomp ciepła w naszym kraju były bardzo nietypowe. Sprzedaż mniej więcej podwajała się z roku na rok. Natomiast w 2022 r. po prostu wystrzeliła - z racji wojny za wschodnią granicą i obaw o dostępność gazu, węgla i innych paliw. Z kolei w 2023 r. sprzedaż wyraźnie spadła. Jednak trzeba podkreślić, że i tak była wyraźnie większa niż w roku 2021 r. Można się pokusić o stwierdzenie, że to nie tyle kryzys na tym rynku, lecz jedynie korekta. Swoisty powrót do normalności po ewidentnej anomalii w 2022 r.
Trudno przewidywać jednak, jakie będą kolejne lata. Niewątpliwie jednak pomp będzie przybywać, coraz częściej trafiają one przy tym do domów remontowanych.
Spadek sprzedaży ma jednak pewne zalety dla budujących. Poprawiła się dostępność pomp. W okresie największego zapotrzebowania w 2022 r., trzeba było na nie czekać nawet po kilka miesięcy. Ponadto ceny nieco spadły, szczególnie jeżeli uwzględnimy inflację, czyli obniżenie się realnej wartości pieniądza. W takich warunkach łatwiej też wynegocjować rabat.
Tym co bardzo uderza w rynek pomp ciepła są jednak wysokie ceny prądu. Ważne jest przy tym jak ma się ona do cen paliw - gdy te są wysokie, ceny ciepła pozyskiwanego przez pompę wypadają korzystniej. Warto też pamiętać o tym, że użytkownicy pomp ciepła mogą obniżyć koszty ogrzewania inwestując w panele PV. Własny prąd z fotowoltaiki oznacza bowiem mniejsze zużycie drogiego prądu z sieci. Warto myśleć o przystosowaniu pomp do działania w takich układach.
W remontowanym domu
Jakie są najważniejsze różnice pomiędzy budynkami nowymi i modernizowanymi? Przede wszystkim chodzi o to, że tych drugich raczej nie projektowano z myślą o ogrzewaniu pompami ciepła. Nie tylko cechują je dość duże straty ciepła, ale ponadto ich instalacje grzewcze są dostosowane do zasilania wodą o wysokiej temperaturze. Bowiem dla większości pomp górną granicę możliwości stanowi 55°C na zasilaniu, pożądana jest zaś wartość 35-40°C. Natomiast grzejniki w liczących kilkanaście lat budynkach dobierano najczęściej przyjmując temperaturę zasilania 75°C. Bardzo często nawet podłogówkę robiono zakładając, że będzie ona zasilana wodą o temperaturze ponad 40°C. W przypadku zasilania układu c.o. przez kocioł nie było to najmniejszym problemem, gdyż nawet gazowe kotły kondensacyjne w takich warunkach działają bardzo dobrze i z wysoką sprawnością. Natomiast przyjęcie wyższej temperatury zasilania ma pewne zalety - grzejniki mogą być mniejsze (a więc i tańsze), zaś pompy obiegowe przetłaczają mniej wody, co pozwala przyjmować umiarkowane średnice rur, przepustowość zaworów itd.
Czy to znaczy, że takie nieco starsze instalacje nie nadają się do zasilania przez pompy ciepła? Na szczęście tak nie jest. Pamiętajmy, że maksymalna temperatura wody, dla jakiej zaprojektowano instalacje jest potrzebna bardzo rzadko, tylko w czasie mrozów ok. -20°C. Natomiast przez przynajmniej 90% sezonu wystarcza niższa temperatura. Natomiast to czy przepływ wody będzie wystarczający, czy jakieś elementy go zbytnio nie tłumią, albo czy nie trzeba zmienić ustawień zaworów i pomp to zadanie dla fachowca, który modernizuje system grzewczy. Osobną kwestią pozostaje to, że wielu z nich nie chce się do tego specjalnie przyłożyć i "marnować" czasu na pracochłonną regulację hydrauliczną instalacji. To "zmarnowanie" wzięliśmy w cudzysłów, bo tak naprawdę, jeżeli nie zrobi tego porządnie instalator, to marnowane będą pieniądze inwestora. To w jego domu pompa będzie działać gorzej i generując wyższe koszty eksploatacji.
Na pocieszenie można powiedzieć, że w bardzo wielu domach instalacje grzewcze są w praktyce przewymiarowane, jak mawiają fachowcy. Chodzi o to, że grzejniki bardzo często zakładano większe niż to konieczne, rury mają dość dużą średnicę, pompy obiegowe zaś nie pracują na maksimum swych możliwości. Ponadto w wielu domach z czasem docieplano ściany, wymieniano okna itd. Straty ciepła w rzeczywistości więc malały, zaś w instalacji c.o. wszystko zostawało po staremu. W efekcie stawała się ona właśnie nieco przewymiarowana, co przydaje się, gdy zakładamy niskotemperaturową pompę ciepła.
Równocześnie trzeba jednak podkreślić, że jeżeli dom ma bardzo słabą izolację, stare okna itd., czyli ciepło ucieka z niego w ogromnych ilościach, to po prostu nie da się skutecznie ogrzewać go pompą ciepła. W takiej sytuacji, zanim ją założymy, najpierw powinniśmy przeprowadzić kompleksową termomodernizację.
Pomieszczenie z pompą jest czyste. Dzięki temu możemy w dawnej kotłowni wygospodarować np. pralnię lub łazienkę. (fot. Airwell (Hydropol Dekor))
W nowym budynku
W przypadku dopiero projektowanych lub właśnie wznoszonych budynków możemy zoptymalizować instalację c.o., uwzględniając specyficzne cechy pomp ciepła. Przede wszystkim chodzi o zachowanie jak najniższej temperatury wody w obiegu. Właśnie z tego względu pierwszym wyborem jest zwykle ogrzewanie podłogowe. Rezygnujemy z niego, jeżeli z jakichś powodów nie mogłoby działać prawidłowo, czyli nie byłoby wystarczająco skuteczne, a przy tym oszczędne. Jeżeli np. koniecznie chcemy mieć w jakimś wnętrzu puszysty dywan albo klasyczny gruby parkiet z drewna, to robienie podłogówki traci sens. W takiej sytuacji założenie np. specjalnych grzejników dostosowanych do pracy z wodą o niskiej temperaturze nie tylko ma sens. To tak naprawdę konieczność, gdyż oczekiwanie, że podłogówka będzie dobrze działać w warunkach, które taką pracę uniemożliwiają jest po prostu absurdalne. Alternatywą wobec podłogówki może być także inny rodzaj ogrzewania płaszczyznowego - sufitowe lub ścienne. Nie są one w naszym kraju specjalnie popularne, ale podstawowa zasada ich działania jest dokładnie ta sama, co w przypadku ogrzewania podłogowego. Duża powierzchnia wymiany ciepła rekompensuje niską temperaturę przekazującego je elementu (podłogi, sufitu, ściany). W efekcie ilość ciepła trafiającego do pomieszczenia i tak jest wystarczająca.
Co więc zrobić, jeżeli zamierzamy wybudować dom i od razu wiemy, że będzie ogrzewany pompą ciepła? Przede wszystkim uprzedźmy o tym jak najwcześniej wszystkich tych, którzy będą ten projekt opracowywać. W takim budynku pożądane, a nawet konieczne, może być bowiem chociażby pogrubienie izolacji cieplnej podłogi, albo pogrubienie jastrychu (wylewki) w którym zatopione będą rurki. To wymaga zaś uwzględnienia przy wyznaczaniu wysokości kondygnacji i skrajnych stopni schodów, wysokości otworów drzwiowych, obciążenia stropów itd.
Ponadto pamiętajmy, że nie można psuć warunków pracy pompy. Taka zmiana jak zastąpienie płytek panelami to tylko z pozoru drobiazg. Może zaś oznaczać konieczność podniesienia temperatury wody w obiegu.
W nowym domu wykonanie podłogówki nie jest trudne. Robi się ją od razu z myślą o specyficznych wymaganiach pompy ciepła. (fot. Pipelife)
Jakiej mocy potrzebujemy?
Wiele osób bardzo się dziwi, gdy okazuje się, że np. kocioł o mocy 25 kW mają wymienić na pompę 9 kW. Albo kiedy dostają oferty na pompy ciepła i jedna z nich ma np. 8 kW, druga zaś zaledwie 5 kW. Wielu z nich w podobnej cenie wybierze tę mocniejszą, w przekonaniu, że przyniesie im to gwarancję wydajnego ogrzewania nawet przy dużych mrozach. Jednak tu mogą bardzo się pomylić. Bowiem moc pomp ciepła to szczególnie trudny temat, w którym to co wydaje się słuszne na pierwszy rzut oka, w rzeczywistości wcale takie nie jest.
Przede wszystkim trzeba podkreślić, że moc pompy ciepła nie jest wartością stałą. Przeciwnie, jest uzależniona zarówno od temperatury po stronie źródła dolnego, jak i górnego. Przy czym korzystna jest jak najwyższa temperatura źródła dolnego, oraz jak najniższa temperatura źródła górnego. Pogorszenie któregokolwiek z tych parametrów powoduje spadek mocy urządzenia, niejednokrotnie wręcz drastyczny. Najlepiej widać to na przykładzie pomp powietrznych, gdyż temperatura powietrza zewnętrznego zmienia się w bardzo szerokim zakresie. W sezonie grzewczym może przecież wynosić zarówno +10°C, jak i -20°C. Równocześnie trzeba podkreślić, że poszczególne modele bardzo się pod tym względem różnią. Niektóre utrzymują nominalną moc grzewczą nawet do -15°C czy -20°C, inne zaś mogą mieć przy -15°C zaledwie 30% mocy nominalnej. Także podniesienie temperatury po stronie źródła górnego w rozmaitym stopniu przekłada się na uzyskiwaną moc. Co więcej, nie sposób wskazać tu jakiejś prostej zależności - pompy o tej samej klasie energetycznej i w podobnej cenie mogą mieć zupełnie inną charakterystykę.
Zaś to właśnie pełną charakterystykę trzeba znać, żeby wiedzieć jaka dobrać moc pompy. Tak naprawdę mocą nominalną, czyli dla pomp powietrznych podawaną dla temperatury zewnętrznej +7°C możemy się w większości przypadków w ogóle nie przejmować. Zapotrzebowanie na ciepło w pomieszczeniach oraz ogólnie dla całego budynku, wyznacza się bowiem dla warunków skrajnych, ok. -20°C, w zależności od regionu kraju. To jest więc nasz punkt wyjścia. Nie znaczy to jednak, że pompa musi koniecznie pokrywać w pełni straty ciepła występujące w takich warunkach. Tak duże mrozy występują przecież rzadko. Znacznie bardziej uzasadnione jest zwykle sprawdzenie jak duże zapotrzebowanie na ciepło będzie przy np. -10°C, dobranie pompy, która będzie miała odpowiednią moc w takich warunkach, oraz uwzględnienie drugiego źródła ciepła, które będzie używane poniżej tej temperatury. Mogą nim być grzałki elektryczne wbudowane w pompę, kocioł, grzejniki elektryczne, a nawet kominek. Taki układ z dwoma źródłami ciepła nazywa się biwalentnym. Trzeba podkreślić, że graniczną temperaturę przy której uruchamiamy wspomaganie (tzw. punkt biwalencji) należy dobrać indywidualnie. Może to być równie dobrze np. 0°C. Wszystko zależy od tego jaka będzie charakterystyka pompy, którą planujemy założyć, jakie ma być drugie źródło ciepła, jaka jest charakterystyka domu i jego instalacji grzewczej, jak duży nakład pracy (choćby rozpalanie w kotle) jesteśmy w stanie zaakceptować. Wreszcie kwestia kosztów. Z jednej strony chodzi o wydatki na ogrzewanie, z drugiej zaś o koszty inwestycyjne. Przecież w zupełnie innej sytuacji będzie ktoś, kto kocioł już ma, niż ktoś, kto dopiero musi go kupić.
W przypadku pomp ciepła większa moc oznacza zwykle także znaczny wzrost ceny i gabarytów urządzenia. Dlatego nie należy dobierać jej ponad rzeczywiste potrzeby. (fot. Galmet)
Grzałka, czyli najprostszy układ biwalentny
Z kwestią mocy oraz biwalentnego sposobu pracy wiąże się kwestia tego czy warto kupić pompę wyposażoną w grzałkę elektryczną. Ponadto wiele osób boi się, że jej działanie drastycznie zwiększy rachunki za prąd. Przede wszystkim trzeba się zastanowić, czemu w ogóle służy obecność grzałki.
Może ona:
zapewniać wyższą moc grzewczą, gdy sama pompa nie jest w stanie dostarczyć dość ciepła w czasie dużych mrozów;
uruchamiać się, gdy pompa typu powietrze/woda w ogóle się wyłączy, czyli przy skrajnie niskiej temperaturze zewnętrznej (od -15 do -30°C w zależności od modelu);
stanowić rezerwowe ogrzewanie, na wypadek awarii pompy.
Trzeba zaznaczyć, że grzałka w praktyce włącza się rzadko. Czas kiedy jest niezbędna to zwykle zaledwie kilka procent sezonu grzewczego, a w niektórych latach, jeśli zima jest łagodna, może nie zadziałać wcale. Dlatego nie ma co się obawiać istotnego wzrostu wysokości rachunków. Nie zmienia to jednak faktu, że bez niej moc grzewcza samej pompy sporadycznie może się okazać niewystarczająca. Myśląc o kosztach, warto sobie też uświadomić, że jeżeli potrzebujemy pompy o mocy np. 12 kW, żeby w pełni pokryć straty ciepła występujące przy -20°C, to bardziej opłacalne może być kupienie tańszej pompy 9 kW, ale z grzałką, która pokryje pojawiający się naprawdę rzadko niedobór mocy.
Osobna kwestia, to grzałka stanowiąca zabezpieczenie na wypadek awarii. Pamiętajmy, że w naszym klimacie długotrwałe wyłączenie ogrzewania może doprowadzić do bardzo poważnych szkód. Jeżeli temperatura w domu spadnie poniżej 0°C zniszczenie grozi wszystkim elementom, które są napełnione wodą - instalacji grzewczej, wodociągowej, przyborom sanitarnym. Ponadto może dojść do zalania pomieszczeń, jeżeli zamarzająca woda rozsadzi gdzieś rury. Oczywiście, ryzyko jest największe, jeżeli taka awaria zdarzy się, gdy my wyjedziemy zimą na kilka dni, choćby na narty. Grzałka na wypadek awarii pompy to trochę tak, jak zabezpieczenia w instalacji elektrycznej, albo pasy bezpieczeństwa w samochodzie - jeżeli nigdy nie będą musiały zadziałać to świetnie, lecz rezygnowanie z nich byłoby nierozsądne.
Szczególnie w przypadku pomp powietrznych warto wybierać modele wyposażone w grzałki. Są one zabezpieczeniem na czas największych mrozów. (fot. Bosch Home Comfort)
Priorytet - niska temperatura zasilania
Ta sama pompa może mieć bardzo różną sprawność, wyrażoną przez współczynnik COP, w zależności od tego do jak wysokiej temperatury będzie musiała podgrzewać wodę. Przypomnijmy - im temperatura wody zasilającej jest niższa, tym oszczędniej, czyli lepiej. W związku z tym staramy się dążyć do tego, żeby instalacja grzewcza mogła pracować wystarczająco efektywnie przy bardzo niskiej temperaturze wody. Przy czym trzeba uprzedzić, że w przypadku pompy, nawet różnica 5°C to już dużo. Gdyby zamiast pompy w instalacji był kocioł, różnicy byśmy nie zauważyli w rachunkach.
Tu właśnie tkwi przyczyna popularności ogrzewania podłogowego w domach z pompą ciepła. Z założenia jest to bowiem układ niskotemperaturowy, w którym temperatura wody nie przekracza 35-40°C. Faktycznie zaś, gdy zapotrzebowanie na ciepło nie jest zbyt wysokie, może być jeszcze niższa przez sporą część sezonu.
W domu z grzejnikami, utrzymywanie zbliżonej temperatury wody zwykle nie wchodzi w grę. Wyjątkiem są grzejniki o specjalnej konstrukcji, zwykle wyposażone w ciche wentylatory wymuszające ruch powietrza i zwiększające w ten sposób wymianę ciepła. Najczęściej to tzw. klimakonwektory lub specjalne odmiany grzejników kanałowych. Jednak nie są one tanie i większość inwestorów zdecyduje się raczej na podłogówkę. Wyjątkiem są sytuacje, gdy ogrzewania podłogowego z jakichś względów nie można zastosować, bo np. nie zamierzamy usuwać grubego parkietu z naturalnego drewna.
Podłogówka z pompą
Ogrzewanie podłogowe występuje w wielu wariantach, takie podłogi są też wykańczane w rozmaity sposób. Nie każdy z nich będzie polecany w przypadku, gdy w instalacji c.o. mamy pompę ciepła. Jak więc wybrać ten optymalny i czym powinien się on różnić od wersji zaprojektowanej z myślą o zasilaniu z kotła?
Podkreślmy jeszcze raz - najważniejszą cechą dobrej podłogówki w układzie z pompą ciepła jest takie jej wykonanie, aby zapewniała wystarczająco wydajne ogrzewanie, przy zachowaniu najniższej możliwej temperatury wody zasilającej. Jeżeli od tej zasady odstąpimy, to nie dziwmy się później, że nasze ogrzewanie jest albo w pewnych warunkach nieskuteczne (duże mrozy) albo koszty jego eksploatacji rozczarowują. W ogóle ogrzewanie z pompą ciepła jest bardzo wrażliwe na wszelkie błędy, musi być więc zaplanowane i wykonane z wielką starannością i fachowością. To co w systemie z kotłem by uszło, tu będzie działać źle.
Charakterystyczną cechą instalacji podłogowych zaprojektowanych z myślą o pompie jest niska temperatura zasilania oraz mała różnica pomiędzy zasilaniem i powrotem. Standard to 35/30°C (zasilanie/powrót), podczas gdy w układach z kotłem jest to zwykle 40/30°, chociaż dopuszcza się nawet temperaturę zasilania do 55°C.
Niska temperatura zasilania jest zrozumiała, jednak skąd to zmniejszenie różnicy pomiędzy zasilaniem i powrotem? Przede wszystkim sama pompa lepiej pracuje w takich warunkach. Ponadto średnia temperatura wody, czyli właśnie wypadkowa pomiędzy zasilaniem i powrotem, jest wówczas wyższa. Co z kolei oznacza większą moc cieplną. Mała różnica temperatury wody, oznaczana jako Δt (delta t), i wynosząca tylko 5 stopni (5 K), jest standardem w przypadku pomp ciepła. Natomiast w instalacjach grzewczych z kotłami jest ona przynajmniej dwa razy większa. Stare instalacje projektowano zakładając zaś różnicę aż 20 K (90/70°C - zasilanie/powrót). Nie jest to wcale bez znaczenia. Przy dużej różnicy pomiędzy zasilaniem i powrotem strumień przepływającej wody może być dużo mniejszy, gdyż "zostawia" ona po drodze znacznie większą część swojego ciepła. Przecież wychładzając taką samą ilość wody o 10 stopni (10 K), odbierzemy od niej dwa razy więcej ciepła, niż w sytuacji, gdy Δt wynosi zaledwie 5 K. Trzeba o tym pamiętać, szczególnie gdy zakładamy pompę ciepła w starej instalacji, w ramach termomodernizacji. Nominalny przepływ wody będzie musiał być teraz przynajmniej dwa razy większy. Trzeba do tego dostosować pompy, zawory, rury.
Druga ważna kwestia to rozstaw rur w pętlach ogrzewania podłogowego. Gdy robi się je z myślą o pompie to jest mały, ok. 10 cm. Zaś w instalacjach z kotłem jest to raczej 15 do 20 cm. Gęstsze ułożenie rurek powoduje, że nie zmieniając temperatury wody w obiegu uzyskujemy wyższą temperaturę powierzchni podłogi, a więc również wyższą moc grzewczą. Jednak na sprawę można spojrzeć również od drugiej strony - skoro tak, to możemy obniżyć temperaturę zasilania, a moc grzewcza podłogi i tak będzie wystarczająca.
Takie zagęszczanie ma jednak pewne wady. Rury nieco trudniej ułożyć i zużywa się ich więcej. Jednak przede wszystkim nie można układać zbyt długich pętli z rur, gdyż powoduje to zwiększenie oporów przepływu. Przypomnijmy zaś, że przepływy muszą być duże, skoro woda jest niezbyt gorąca, zaś różnica pomiędzy zasilaniem i powrotem mała. W praktyce oznacza to często, że pętli (obwodów) trzeba ułożyć więcej.
Zwiększając zagęszczenie rurek podnosimy temperaturę podłogi bez podnoszenia temperatury wody w obiegu. (fot. RWC)
Trzecia sprawa to sposób wykończenia podłogi. Użyte materiały nie tylko muszą być dopuszczone do stosowania na podłogach ogrzewanych. Ponadto nie mogą nadmiernie tamować przepływu ciepła. Dlaczego rozdzielamy te sprawy? Sam fakt dopuszczenia przez producenta do stosowania materiału na ogrzewanych podłogach oznacza jedynie deklaracje producenta, że dany produkt nie ulegnie uszkodzeniu, przyspieszonemu starzeniu, nie będzie wydzielał szkodliwych substancji. Nie musi to jednak oznaczać, że nie utrudni on w odczuwalny sposób oddawania ciepła przez podłogę. Innymi słowy, moc grzewcza może spaść. Czyli trzeba będzie podnieść temperaturę wody w obiegu, żeby zrównoważyć negatywny wpływ wykładziny dywanowej lub paneli jako posadzki. A przecież robimy wszystko, żeby tego uniknąć!
To, na ile dany materiał utrudnia oddawanie ciepła opisuje jego opór cieplny R. W przypadku podłogówki, ta wartość nie powinna przekraczać 0,15 m2·K/W.
Dla typowych materiałów posadzkowych R wynosi:
0,02 m2·K/W - płytki ceramiczne grubości 10 mm na zaprawie klejowej, cienkie panele winylowe;
0,06 m2·K/W - parkiet 12 mm;
0,12 m2·K/W - parkiet 24 mm, panele laminowane wraz z podkładem;
0,15 m2·K/W - dywan lub wykładzina 15 mm.
Dlatego na opakowaniu wykładziny lub paneli sprawdzajmy jaki jest opór cieplny R. Na przykład panele z tzw. rdzeniem mineralnym będą pod tym względem lepsze niż typowe panele laminowane. Pamiętajmy jednak także o tym, że duże znaczenie może mieć zastosowany podkład. Standardowe wykonuje się z materiałów o właściwościach termoizolacyjnych - piankowych tworzyw sztucznych, korka, miękkich płyt pilśniowych. Specjalne, dobrze przewodzące ciepło robi się zaś z materiałów mineralnych.
Zamiast drewna lepiej ułożyć wyglądający podobnie gres. Płytki ceramiczne to pod względem technicznym niemal idealny materiał wykończeniowy na ogrzewanie podłogowe. (fot. Purmo)
Redaktor: Jarosław Antkiewicz
FAQ Pytania i odpowiedzi
Jakie są najpopularniejsze rodzaje pomp ciepła w Polsce i dlaczego?
W Polsce najpopularniejsze są pompy powietrzne, głównie ze względu na ich łatwość montażu i niższe koszty w porównaniu z pompami gruntowymi. Pompy powietrzne nie wymagają instalacji po stronie źródła dolnego, co jest ich zasadniczą zaletą.
Dlaczego pompy ciepła traktuje się inaczej niż kotły i jakie są tego konsekwencje dla użytkowania?
Pompy ciepła działają na zasadzie odbierania ciepła z otoczenia i przekazywania go do pomieszczeń, w przeciwieństwie do kotłów, które wytwarzają ciepło przez spalanie paliwa. Z tego powodu pompy ciepła wymagają innego dobierania do budynku i eksploatacji, mogą być nieekonomiczne i niewydajne, jeśli system grzewczy nie jest odpowiednio skonfigurowany.
Czym różni się ogrzewanie z pompą ciepła od ogrzewania kotłowego?
Główna różnica polega na zasadzie działania; pompa ciepła pobiera ciepło z otoczenia, podczas gdy kocioł generuje ciepło przez spalanie paliwa. Pompa ciepła może być również wykorzystywana do chłodzenia, co dodatkowo odróżnia ją od kotłów.
Jakie są kluczowe aspekty do rozważenia przy wyborze pompy ciepła do nowego domu lub domu remontowanego?
Ważne jest, aby uwzględnić specyficzne cechy pomp ciepła, takie jak ich współpraca z niskotemperaturowym systemem ogrzewania, np. ogrzewaniem podłogowym, oraz konieczność dostosowania instalacji do możliwości pompy. W domach remontowanych kluczowe może być dostosowanie istniejącego systemu grzewczego do pracy z pompą ciepła.
Dlaczego ogrzewanie podłogowe jest zalecane przy użyciu pomp ciepła?
Ogrzewanie podłogowe jest zalecane, ponieważ działa efektywnie przy niższych temperaturach wody, co jest optymalne dla pomp ciepła. System ten zapewnia równomierne rozprowadzenie ciepła i pozwala na efektywniejsze wykorzystanie ciepła generowanego przez pompę ciepła.
Człowiek wielu zawodów, instalator z powołania i życiowej pasji. Od kilkunastu lat związany z miesięcznikiem i portalem „Budujemy Dom”. W swojej pracy najbardziej lubi znajdywać proste i praktyczne rozwiązania skomplikowanych problemów. W szczególności propaguje racjonalne podejście do zużycia energii oraz zdrowy rozsądek we wszystkich tematach związanych z budownictwem.
W wolnych chwilach, o ile nie udoskonala czegoś we własnym domu i jego otoczeniu, uwielbia gotować albo przywracać świetność klasycznym rowerom.
Skomentuj
