Wybór pompy ciepła bez błędów - jak dopasować do polskiego klimatu

Czego dowiesz się z artykułu?

Pompy ciepła łączą w sobie efektywność energetyczną z ekologicznym podejściem do ogrzewania. Choć na pierwszy rzut oka urządzenia te przypominają tradycyjne kotły, ich zasada działania opiera się na zupełnie innych mechanizmach. Pompy ciepła nie generują ciepła same z siebie, lecz pozyskują je z otaczającego środowiska - ziemi, powietrza lub wody - a następnie przekazują do systemu grzewczego budynku.

Przyszłość ogrzewania należy do pomp ciepła

Biorąc pod uwagę coraz bardziej restrykcyjne podejście do konwencjonalnych źródeł energii, można sądzić, że przyszłość należy do pomp ciepła. Już teraz dominują one np. w Skandynawii, ale również na rynku polskim zyskują na popularności. Sprzyjają temu z pewnością różne programy państwowego wsparcia, jak np. „Czyste Powietrze”. Dzięki nim inwestycja związana zakupem pompy ciepła w modernizowanym domu może się znacznie szybciej zwrócić. Są też dopłaty do pomp ciepła instalowanych w nowych domach - Moje Ciepło.

Koszty inwestycyjne przy pompie ciepła są dość duże, głównie ze względu na wyższą cenę samej pompy ciepła względem kotła gazowego. W przypadku pompy typu powietrze/woda trzeba się liczyć z dodatkowym wydatkiem przynajmniej 20 000 zł. Pompa gruntowa będzie zaś wyraźnie droższa, dodatkowe wydatki wyniosą raczej ok. 40 000 zł. Tu trzeba bowiem wykonać instalację po stronie źródła dolnego, czyli tzw. kolektor poziomy lub odwierty. Przy czym wariant poziomy wchodzi w grę tylko w przypadku dużych działek.

Na czym polega działanie pompy ciepła

Zadaniem pompy ciepła jest dostarczanie energii cieplnej do instalacji centralnego ogrzewania oraz przygotowywanie c.w.u. W odróżnieniu od kotła pompa nie generuje ciepła poprzez spalanie paliwa, lecz pozyskuje je z otoczenia - z gruntu, powietrza lub wody, czyli tzw. źródła dolnego. Proces ten opiera się na działaniu obiegu termodynamicznego, w którym kluczową rolę odgrywa czynnik roboczy krążący w zamkniętym układzie. Początkowo znajduje się on w parowniku w stanie ciekłym i ma niską temperaturę. Pod wpływem ciepła z otoczenia odparowuje, przechodząc w stan gazowy. Następnie trafia do sprężarki, gdzie zostaje sprężony - jego ciśnienie i temperatura znacząco wzrastają. W dalszym etapie gaz kierowany jest do skraplacza, w którym oddaje energię cieplną do instalacji grzewczej, a sam ulega skropleniu. Ochłodzony czynnik przepływa przez zawór rozprężny, gdzie obniża się jego ciśnienie i temperatura, po czym wraca do parownika, a cykl rozpoczyna się od nowa.

Warto skorzystać z dofinansowania do zakupu i montażu pompy ciepła z programów „Czyste Powietrze” (domy remontowane) lub „Moje Ciepło” (nowe domy), fot. Galmet

Do pracy pompy niezbędne jest zasilanie elektryczne. Dlatego istotne jest, aby urządzenie było odpowiednio dobrane do potrzeb konkretnego budynku - zarówno pod względem mocy, jak i rodzaju źródła dolnego. Niewłaściwy dobór może prowadzić do nadmiernego zużycia energii elektrycznej i wysokich kosztów eksploatacji. Z tego powodu montaż pompy ciepła najlepiej przewidzieć już na etapie projektowania domu. Umożliwia to nie tylko racjonalne rozmieszczenie elementów systemu, takich jak jednostka zewnętrzna czy zasobniki, ale też optymalny dobór parametrów całej instalacji grzewczej z pompą.

Rodzaje pompy ciepła - najefektywniejsze pompy gruntowe

Spośród pomp ciepła to modele gruntowe uchodzą za najefektywniejsze. Pompy ciepła gruntowe wykorzystują energię zgromadzoną w ziemi, która działa jak naturalny magazyn ciepła, zasilany zarówno energią promieniowania słonecznego, jak i ciepłem pochodzącym z wnętrza Ziemi. Aby ciepło to mogło zostać przekazane do instalacji grzewczej, konieczne jest wykonanie instalacji dolnego źródła ciepła w formie kolektorów gruntowych. Najpopularniejsze są układy poziome i pionowe, a także - rzadziej stosowane - systemy z bezpośrednim odparowaniem.

Poziome kolektory gruntowe to układ rur, przez które krąży niezamarzający roztwór wodno-glikolowy. Instalacja układana jest na głębokości ok. 1,5-2 m, co zapewnia względnie stabilną temperaturę otoczenia. To rozwiązanie wymaga dużej działki. Powierzchnia nad kolektorami nie może być zabudowana i utwardzona, nie można też na niej sadzić drzew głęboko korzeniących się. W przypadku kolektorów pionowych rurami wymiennika ciepła są odwierty w gruncie, które sięgają na głębokość od kilkudziesięciu do nawet 150 m. W tym przypadku działka nie musi być duża. Niestety, ten wariant jest kosztowny, co wynika z konieczności wykorzystania sprzętu wiertniczego.

Układy z bezpośrednim odparowaniem są najrzadziej stosowaną odmianą. Czynnik roboczy pompy ciepła krąży bezpośrednio w kolektorze wykonanym z rur miedzianych, pełniąc jednocześnie funkcję parownika. Rozwiązanie to eliminuje jeden z wymienników ciepła, co przekłada się na wyższą sprawność układu, jednak jego popularność jest niewielka, gdyż wyspecjalizowane w tej technologii firmy są nieliczne.

Jak działa powietrzna pompa ciepła - split i monoblok

Pompy powietrzne pozyskują energię cieplną bezpośrednio z otaczającego powietrza. Mimo że jego temperatura jest zmienna i spada szczególnie wtedy, gdy zapotrzebowanie na ciepło jest największe, modele powietrzne cieszą się dużą popularnością. Wynika to głównie z niższych kosztów inwestycyjnych oraz prostszej instalacji w porównaniu do pomp ciepła gruntowych.

Instalacja centralnego ogrzewania z powietrzną pompą ciepła w domu o pow. 120 m2 to koszt ok. 66 tys. zł, fot. Vaillant

Na rynku dostępne są dwa główne typy powietrznych pomp ciepła - split i monoblok. W systemie typu split jednostka zewnętrzna (zawierająca m.in. sprężarkę, wentylator i parownik) połączona jest z jednostką wewnętrzną (zawierającą skraplacz i pompę obiegową) za pomocą rur z czynnikiem chłodniczym. Taki układ wymaga montażu przez instalatora z odpowiednimi uprawnieniami chłodniczymi.

Z kolei pompa ciepła typu monoblok ma wszystkie elementy zamknięte w jednej obudowie i jest fabrycznie napełniona czynnikiem roboczym. Łączy się ją z instalacją budynku poprzez przewody hydrauliczne, które należy odpowiednio zabezpieczyć przed zamarzaniem. Zaletą powietrznych pomp ciepła jest możliwość ich montażu niezależnie od wielkości działki czy stanu zagospodarowania terenu. Dzięki temu nie ingerują w istniejącą zieleń i elementy zagospodarowania działki.

Natomiast wadą powietrznych pomp ciepła pozostaje niższa efektywność w porównaniu do modeli gruntowych, szczególnie przy niskich temperaturach zewnętrznych. W praktyce często konieczne jest wspomaganie pracy pompy przez dodatkowe źródło ciepła - np. kocioł gazowy lub kominek z płaszczem wodnym - co określa się mianem układu biwalentnego.

Czym charakteryzują się wodne pompy ciepła?

Wykorzystują energię cieplną zgromadzoną w wodach gruntowych lub powierzchniowych. Temperatura wody podziemnej jest stabilna przez cały rok i wynosi przeciętnie około 8-12°C, co sprzyja wysokiej efektywności energetycznej tego typu instalacji. Pod względem sprawności wodne pompy ciepła przewyższają zarówno powietrzne, jak i gruntowe, jednak w praktyce mają ograniczone zastosowanie. W przypadku dolnego źródła w postaci wód gruntowych konieczne jest bowiem wykonanie dwóch studni - czerpnej i zrzutowej. Woda pobrana z jednej studni przepływa przez wymiennik ciepła pompy, po czym - po odebraniu z niej ciepła - trafia do drugiej studni. Wymagane jest przy tym spełnienie warunku odpowiedniej jakości wód gruntowych - ich nadmierne zanieczyszczenie żelazem lub manganem może prowadzić do zapychania wymiennika i obniżenia efektywności całego systemu. Alternatywą są poziome kolektory umieszczane na dnie naturalnego lub sztucznego zbiornika wodnego. Działają one na podobnej zasadzie jak gruntowe kolektory poziome, lecz mają tę przewagę, że temperatura wody w zbiorniku zmienia się wolniej niż temperatura gruntu, a problem z jakością wo- dy w tym przypadku nie występuje. Tego rodzaju rozwiązanie znajduje jednak zastosowanie wyłącznie tam, gdzie inwestor ma dostęp do odpowiedniego zbiornika wodnego – a to jednak rzadkość.

Przeczytaj

Może cię zainteresować

Czy pod pompę ciepła potrzebny jest fundament? Bufor ciepła 1000 l - kiedy warto stosować, a kiedy nie? Cykl defrost w powietrznej pompie ciepła. Dlaczego jest...

Dowiedz się więcej

Zobacz więcej Zobacz mniej

Jak odbiornik ciepła w systemie z pompą ciepła?

Każdy system grzewczy z pompą ciepła składa się z dwóch podstawowych elementów: źródła dolnego, z którego urządzenie pobiera energię, oraz źródła górnego - czyli instalacji wewnętrznej, która przekazuje to ciepło do pomieszczeń. Źródłem górnym może być zarówno klasyczna instalacja grzejnikowa, jak i ogrzewanie płaszczyznowe. Znacznie bardziej efektywne jest to drugie rozwiązanie. Wynika to bezpośrednio z parametrów pracy pompy ciepła. O ile kotły grzewcze pracują zwykle z temperaturą wody zasilającej rzędu 55–75°C, pompy ciepła osiągają optymalną sprawność przy znacznie niższych temperaturach, zazwyczaj w przedziale 35-40°C. W takim układzie potrzebna jest duża powierzchnia wymiany ciepła, a tę zapewniają właśnie systemy płaszczyznowe - najczęściej ogrzewanie podłogowe, ale również ścienne lub sufitowe.

Nie oznacza to jednak, że pompy ciepła nie mogą współpracować z grzejnikami. Jest to rozwiązanie powszechnie stosowane w domach modernizowanych, w których wykonanie ogrzewania podłogowego wiązałoby się z koniecznością gruntownego remontu. W takich przypadkach należy jednak dobrać grzejniki o większej powierzchni i przystosowane do pracy z wodą o niższej temperaturze, np. 45°C. Czasem wymagane są także zmiany w układzie hydraulicznym, takie jak instalacja bufora ciepła.

Jak dobrze wybrać pompę ciepła?

Rosnąca popularność pomp ciepła sprawia, że na rynku pojawia się coraz więcej ofert, nie zawsze jednak gwarantujących oczekiwany komfort i niskie zużycie energii. Nierzadko użytkownicy skarżą się na zawyżone rachunki za prąd, co zazwyczaj wynika z błędów na etapie doboru pompy ciepła lub jej nieprawidłowej instalacji. Kluczem do uniknięcia takich sytuacji jest staranna analiza parametrów technicznych i dopasowanie pompy ciepła do realnych warunków konkretnego budynku - najlepiej przy wsparciu doświadczonego projektanta lub instalatora.

Pompa ciepła powinna cechować się możliwie najwyższą klasą efektywności energetycznej (obecnie najwyższa to A+++), a przede wszystkim korzystnym współczynnikiem COP (Coefficient of Performance). Określa on stosunek ilości wytworzonego ciepła do zużytej energii elektrycznej. Przykładowo, jeśli pompa ma COP równy 4, oznacza to, że z 1 kW energii elektrycznej generuje 4 kW mocy cieplnej, z czego aż 3 kW pochodzi z otoczenia - czyli jest darmowe. Typowe wartości COP w nowoczesnych pompach ciepła przeznaczonych do domów jednorodzinnych mieszczą się w zakresie od 3 do 5. Współczynnik COP nie jest jednak stały. Zależy od wielu czynników – przede wszystkim od różnicy temperatur między źródłem dolnym (np. powietrzem zewnętrznym) a temperaturą wody w instalacji grzewczej. Im niższa temperatura źródła dolnego i wyższa temperatura zasilania, tym niższy COP. Z tego powodu warto analizować nie tylko jego wartość przy temperaturze +7°C (często podawaną przez producentów), ale też charakterystykę pracy pompy ciepła w niższych temperaturach – np. przy -10°C, które występują w sezonie grzewczym w wielu regionach Polski.

Łatwiejszym do zrozumienia wskaźnikiem pozwalającym ocenić efektywność pompy ciepła w dłuższym okresie jest SCOP - sezonowy współczynnik efektywności. Uśrednia on wartość COP w całym sezonie grzewczym, z uwzględnieniem zmiennych warunków temperaturowych. Należy jednak pamiętać, że SCOP obliczany jest zwykle dla warunków klimatycznych nieco łagodniejszych, niż panujące na znacznym obszarze naszego kraju.

Kolejnym parametrem, który wymaga starannego doboru, jest moc pompy ciepła. Zależy ona od wielu czynników: powierzchni budynku, charakterystyki przegród zewnętrznych, jakości izolacji termicznej, zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową oraz sposobu eksploatacji pompy ciepła (czy będzie pracować samodzielnie, czy we współpracy z innym źródłem ciepła). W praktyce w dobrze ocieplonym domu jednorodzinnym o powierzchni 150 m2 najczęściej wystarcza pompa ciepła o mocy nominalnej ok. 10 kW. Należy jednak pamiętać, że podawana moc pompy ciepła dotyczy najczęściej warunków przy +7°C na zewnątrz. Przy niższych temperaturach zewnętrznych - zwłaszcza w przypadku pomp powietrznych - rzeczywista moc grzewcza może wyraźnie spadać.

Nawet bardzo dobre parametry techniczne nie gwarantują jeszcze, że konkretna pompa ciepła będzie odpowiednio działać w danym budynku. Na rynku funkcjonują firmy oferujące pompy ciepła, które nie spełniają deklarowanych przez producentów standardów. Dlatego wybierając pompę ciepła, warto korzystać z tzw. listy ZUM (Zielone Urządzenia i Materiały), dostępnej pod adresem www.lista-zum.ios.edu.pl. Znajdują są tam pompy ciepła, które przeszły badania potwierdzające zgodność z deklarowanymi parametrami technicznymi.

Dlaczego warto wybrać pompę ciepła: podsumowanie

Nie ma co ukrywać, że największe wydatki wiążą się z zakupem pompy ciepła do ogrzewania domu, szczególnie modelu gruntowego, ze względu na konieczność wykonania instalacji ziemnej po stronie tzw. źródła dolnego. To wszystko z zastrzeżeniem, że różnice w cenach są bardzo duże, nawet w ramach poszczególnych grup. Jeżeli zaś chodzi o koszty eksploatacji to kolejność jest odwrotna - najtańsze jest ogrzewanie pompą ciepła, najdroższe zaś gazem. Niestety, nie sposób w dłuższej perspektywie przedstawić jakiekolwiek sensowne prognozy. Można jedynie przypuszczać, że obecne tendencje jeszcze się nasilą. Przede wszystkim za sprawą wejścia w życie ETS2. To system handlu prawami do emisji dwutlenku węgla (CO₂). Obecnie takie opłaty ponosi już energetyka i przemysł, a pośrednio również my, chociażby w rachunkach za prąd. Jednak od 2027 r. takimi opłatami zostaną obłożone również paliwa używane do ogrzewania budynków mieszkalnych oraz do napędu pojazdów. Trudno dokładnie określić, jak bardzo zdrożeją paliwa kopalne, czyli gaz, węgiel i olej opałowy, bo prawami do emisji CO₂ handluje się spekulacyjnie na giełdzie. Możemy się jednak spodziewać, że cena ciepła z gazu ziemnego wzrośnie na początek o przynajmniej 60%, w przypadku węgla kamiennego będzie to jeszcze więcej. Założenie całego systemu jest zaś takie, że ceny mają szybko rosnąć, zmuszając użytkowników do rezygnacji z paliw kopalnych i na rzecz ekologicznego ogrzewania, jakim są pompy ciepła. Wybierając dziś sposób ogrzewania trzeba się więc liczyć z perspektywą znacznego wzrostu cen, prawdopodobnie jeszcze zanim zakończymy budowę domu.