Pompa ciepła powietrzna czy gruntowa - co bardziej się opłaca? Koszty, korzyści i rachunki zimą

Obecnie mamy bardzo dobry moment na zakup pompy ciepła, bo ich ceny bardzo spadły. Mieliśmy bowiem wyjątkowo mroźną zimę i w wielu domach pompy ciepła nie sprawdziły się w czasie mrozów. W związku z tym w mediach zrobiono im wyjątkowo czarny PR. Jednak to nie w samych pompach tkwi problem. W większości sytuacji podstawową przyczyną problemów i niewydolności jest niewłaściwy dobór pompy do budynku. Bardzo często można powiedzieć, że pompę zainstalowano w domu, do którego nigdy nie powinna trafić. Zaś nawet najlepsza pompa ciepła nigdy nie będzie dobrze pracować, jeżeli budynek jest słabo ocieplony, nieszczelny, a do tego z instalacją grzewczą wymagającą wysokiej temperatury wody. Ten ostatni element – system centralnego ogrzewania wewnątrz budynku – jest często niedoceniany. Natomiast jego rodzaj i sposób działania ma ogromny wpływ na efektywność pompy oraz ostateczne koszty ogrzewania. Najważniejsze jest właśnie to jak mocno musi ona podgrzewać wodę. Najkrócej mówiąc – im niższa będzie temperatura wody w układzie c.o., tym lepiej. Dlatego najkorzystniejsza jest współpraca pomp ciepła z instalacją podłogową.

Jak działa pompa ciepła - czym jest źródło dolne i górne

Pompa to bardzo nietypowe urządzenie grzewcze. Traktowanie jej tak samo jak kotła jest zasadniczym błędem. Spalając paliwo kocioł wytwarza ciepło. Jego ilość zależy wprost od ilości zużywanego opału. To czy na zewnątrz panuje mróz oraz jak bardzo podgrzewana jest woda nie ma istotnego znaczenia. Kocioł o nominalnej mocy np. 15 kW uzyska tyle w każdych warunkach – nawet w największe mrozy i niezależnie od tego czy zasilać będzie instalację podłogową czy klasyczne grzejniki.

Z pompą jest zupełnie inaczej. Pompa ciepła nie wytwarza ciepła. Jedynie pobiera je z otoczenia, przetwarza na użyteczną postać oraz przekazuje do instalacji wewnątrz domu. To skąd pobiera ciepło w żargonie projektantów i instalatorów nazywa się źródłem dolnym. Może to być powietrze zewnętrzne, grunt lub wody powierzchniowe lub podziemne. Natomiast domową instalację c.o. nazywa się źródłem górnym.

Grunt jest bardzo dobrym źródłem dolnym. Problemem jest tu jednak konieczność prowadzenia szeroko zakrojonych prac oraz wysokie koszty, fot. Sofath

Podstawową zasadą jest to, że różnica temperatury pomiędzy źródłem dolnym i górnym powinna być jak najmniejsza. Od tego w dużej mierze zależy zarówno faktycznie uzyskiwana moc grzewcza, jak i sprawność pompy ciepła. Cechy i jakość samego urządzenia, oczywiście, też są bardzo ważne. Chodzi jednak o to, że nawet bardzo dobra pompa ciepła nie osiągnie satysfakcjonujących parametrów, jeżeli będzie musiała działać w niekorzystnych warunkach. Najlepiej to widać w przypadku dominujących na polskim rynku pomp typu powietrze/woda.

Im zimniej, tym gorzej dla pompy ciepła

Pompy nazywane powietrznymi odbierają ciepło z powietrza zewnętrznego. Siłą rzeczy więc duże mrozy są w ich przypadku problemem. Pompa ciepła powietrzna może mieć rewelacyjne parametry np. przy +7°C. Nieprzypadkowo jest to standardowa temperatura, tak chętnie prezentowana w katalogach i materiałach reklamowych. Jednak działanie przy -7°C, nie mówiąc już o temperaturze -15°C lub niższej to coś zupełnie innego. Tylko nieliczne pompy utrzymują wówczas stałą moc grzewczą. Natomiast sprawność wszystkich, opisywana przez współczynnik COP, wyraźnie spada w miarę obniżania się temperatury zewnętrznej. Mamy więc swoisty paradoks, coś co możemy porównać do coraz bardziej rozwierających się nożyc – im robi się zimniej, tym więcej ciepła potrzebujemy do ogrzewania. Z kolei pompie ciepła coraz trudniej je pozyskiwać i zwykle daje go mniej.

Rachunek ekonomiczny zwykle przemawia jednak na korzyść pomp powietrznych, fot. NIBE

Płynie stąd bardzo ważny praktyczny wniosek. Mianowicie, nigdy nie należy ograniczać się wyłącznie do sprawdzenia mocy nominalnej urządzenia. Pompa ciepła to nie kocioł, który bez problemu uzyskuje ją w każdych warunkach. Moc grzewcza pompy co do zasady nie jest wartością stałą i koniecznie musimy wziąć to pod uwagę przy jej doborze. To samo urządzenie, pracujące wciąż w tym samym domu, w instalacji, w której niczego nie zmieniamy, może zapewniać np. 10 kW przy +7°C na zewnątrz, przy -7°C zaś 8 kW oraz nawet mniej niż 5 kW przy -20°C. To są, oczywiście, tylko przykłady. Zarówno konkretne wartości jak i proporcje pomiędzy nimi znacząco się różnią dla każdego modelu pompy ciepła. Nawet pompy tego samego producenta, pochodzące z jednej linii (tego samego typoszeregu) nie są pod tym względem identyczne. Dlatego przed zakupem pompy ciepła trzeba koniecznie sprawdzić dokładną charakterystykę konkretnego modelu w zależności od temperatury źródeł dolnego i i górnego. Sprawdzenie wyłącznie pojedynczej nominalnej wartości (zwykle dla +7°C) niewiele mówi o konkretnym sprzęcie. Na tej podstawie nie można też porównywać pomp ciepła pomiędzy sobą. Bowiem któreś z nich może równie dobrze mieć wysoką moc nominalną oraz niezłą sprawność przy dodatniej temperaturze, natomiast fatalną przy dużych mrozach. Bez sprawdzenia tego w tabelach lub na wykresach nikt nie będzie w stanie powiedzieć, czy dana pompa wystarczy do ogrzewania konkretnego domu. Nie dajmy się zwieść również hasłom w stylu „Działa nawet przy -20°C”. Może to równie dobrze być rzetelna informacja, jak i marketingowy slogan. Bo co, jeżeli wprawdzie działa, ale w tych warunkach nie osiąga nawet ćwierci deklarowanej mocy nominalnej? Jej użyteczność jest więc w czasie dużych mrozów znikoma.

Co różni działanie pomp powietrznych od pomp ciepła gruntowych?

Nie sposób w tym momencie pominąć pomp typu grunt/woda oraz woda/woda. One pobierają ciepło z gruntu, wód podziemnych lub powierzchniowych. Pod względem budowy systemu grzewczego oraz specyfiki jego pracy jest mnóstwo różnic względem pomp powietrznych. Jednak pozostańmy przy problemie omawianym powyżej, czyli wpływie temperatury źródła dolnego na działanie pompy. W porównaniu z powietrzem zewnętrznym można tu mówić przede wszystkim o znacznie większej stabilności. Po prostu temperatura zewnętrzna oraz temperatura powietrza wykorzystywanego przez pompę to jedno i to samo. Czyli, gdy na zewnątrz jest +10°C to pompa odbiera ciepło z powietrza o właśnie takiej temperaturze. Nie jest to trudne i urządzenie pracuje z imponującą sprawnością. Co jednak dzieje się, jeżeli temperatura zewnętrzna spadnie do -10°C? Parametry pracy pompy bardzo wyraźnie się pogorszą. Czyli dom będzie trudniej ogrzać i zapłacimy za to o wiele więcej.

Źródłem dolnym dla pomp typu powietrze/woda jest powietrze zewnętrzne. Niestety, jego temperatura jest bardzo zmienna, fot. Galmet

Jak natomiast zadziała w analogicznych sytuacjach pompa gruntowa lub wykorzystująca wodę? W jej przypadku temperatura źródła dolnego będzie mniej więcej stała, niezależnie od tego jaka temperatura panuje na zewnątrz. Ma się rozumieć, że w czasie mrozów za ogrzewanie domu zapłacimy więcej. To nie do uniknięcia, gdyż po prostu w tych warunkach straty ciepła rosną i trzeba je zrównoważyć, aby utrzymać w domu komfortowe warunki. Jednak istotne jest to, że zarówno moc jak i sprawność pompy gruntowej pozostają praktycznie niezmienione. Czyli faktycznie możemy wykorzystać nominalną moc oraz koszt 1 kWh ciepła jest niski i niezmienny, nawet w czasie dużych mrozów. Innymi słowy – w domu będzie wystarczająco ciepło, zaś nasze rachunki nie wzrosną drastycznie nawet w najbardziej mroźną zimę.

Pompa gruntowa czy powietrzna - różnica w kosztach i montażu

Niestety, wykonanie gruntowej lub wodnej instalacji po stronie źródła dolnego kosztuje niemało. Decydując się na pompę ciepła gruntową trzeba się liczyć z dodatkowym wydatkiem w granicach 20-50 tysięcy złotych. O tyle będzie tańsza powietrzna pompa ciepła o porównywalnej jakości. Każdy musi sam zdecydować, czy uznaje wydanie takiej sumy za uzasadnione. Przy czym chodzi nie tylko o pieniądze.

Najtańszy wariant gruntowy, w postaci tzw. kolektora poziomego wymaga przeznaczenia na niego kilkuset metrów kwadratowych powierzchni działki. Dla właścicieli typowych posesji, po ok. 1000 m2 , to zbyt wiele. Bowiem takiego terenu, gdzie na głębokości ok. 1,5 m zakopano pętle z rur wypełnionych płynem niezamarzającym, nie wolno zabudować, wybrukować ani nawet obsadzić wysokimi drzewami lub inną mocno zacieniającą roślinnością. Tu słońce i woda deszczowa muszą swobodnie docierać do gruntu, odnawiając jego zasoby ciepła. Możemy więc założyć w takim miejscu trawnik, rabatki z kwiatami, a jeszcze lepiej drenaż przydomowej oczyszczalni ścieków. Rzecz w tym, że grunt wilgotny, wręcz przesiąknięty wodą znacznie lepiej gromadzi i przekazuje ciepło niż suchy piasek.

Dla tych, którzy nie chcą lub nie mogą poświęcić tak dużej powierzchni alternatywą jest wykonanie kolektora pionowego. Tu też mamy rury z płynem niezamarzającym, lecz umieszczone w kilku odwiertach głębokich na kilkadziesiąt metrów każdy. Co do zasady, im głębiej, tym lepiej, gdyż temperatura gruntu rośnie wraz z głębokością. Kilkadziesiąt metrów pod powierzchnią nie tylko nie ma mowy o przemarzaniu, tam temperatura może sięgać kilkunastu stopni. Można by powiedzieć, że to idealne źródło dolne – ciepłe i zajmujące niewielką przestrzeń. Problemem są jednak koszty. Głębokie odwierty, umieszczenie w nich rur, staranne wypełnienie otworów pochłania kilkadziesiąt tysięcy zł. Przy czym cena zależy nie tylko od liczby i głębokości otworów lecz także od charakteru gruntu. W przypadku tych skalistych problemem jest nie tylko wyższa cena, ale również fakt, że nie każda firma dysponuje sprzętem odpowiednim do takich robót.

Kolejna możliwość to wykorzystanie wód podziemnych (układ z dwoma studniami) lub powierzchniowych (kolektor rurowy na dnie stawu lub rzeki). Niestety, dla większości inwestorów pozostaje to możliwość wyłącznie teoretyczna. Bowiem w praktyce wody podziemne bardzo często zawierają na tyle dużo zanieczyszczeń, głównie żelaza i manganu, że ich czerpanie (pierwsza studnia), po czym wtłaczanie pod ziemię (druga studnia) okazuje się bardzo kłopotliwe. Jeszcze mniej osób dysponuje dostępem do sporego stawu lub rzeki.

Przeczytaj

Może cię zainteresować

Wybór pompy ciepła do domu jednorodzinnego Pompy ciepła Buderus - innowacyjne rozwiązania dla... Zawór przeciwzamrożeniowy - czy ochroni pompę ciepła w...

Dowiedz się więcej

• Monoblok czy split? Wybór, który ułatwia montaż
• Pompa ciepła do cwu i kocioł na pellet - jak sprawdzi się ten duet?
• Sposób na tanią ciepłą wodę - pompa ciepła Ecodan QUHZ CO2
• Hybrydowa pompa ciepła - wszystko, co musisz o niej wiedzieć
• Kiedy pompa ciepła się opłaca?
• Klimatyzator zamiast pieca? Wybór zależy od rodzaju posiadanych grzejników
• Jaka powinna być temperatura czynnika w pompie ciepła?
• Dlaczego warto wybrać pompę ciepła do ogrzewania domu?
• Na co zwrócić uwagę kupując pompę ciepła?
• Pompa ciepła czy kocioł pelletowy?
• Czy pod pompę ciepła potrzebny jest fundament?
• Bufor ciepła 1000 l - kiedy warto stosować, a kiedy nie?
• Jakie są dotacje na pompę ciepła 2023 roku?
• Pompa obiegowa do domu jednorodzinnego - na co zwrócić uwagę?

Zobacz więcej Zobacz mniej

W ostatecznym rozrachunku koniecznie trzeba uwzględnić jeszcze jeden czynnik. Tym bardziej, że to on niejednokrotnie okazuje się decydujący. Chodzi o zakres i poziom trudności samego montażu pompy. Pod tym względem pompy powietrzne są absolutnie bezkonkurencyjne. Można je zainstalować bardzo szybko (nawet w jeden dzień) i to praktycznie bez ingerencji w działkę. W przypadku nowego domu, gdy posesja nie jest jeszcze zagospodarowana, prowadzenie prac ziemnych jest do przyjęcia. Chociaż i tak może być dość uciążliwe. Zupełnie inaczej wygląda jednak sytuacja w domach już istniejących. Tam określenie „prace ziemne” należy odczytywać jako konieczność zrujnowania ogrodu. Wiele osób się na to nie zdecyduje. Przy czym znaczenie ma nie tylko powierzchnia ostatecznie zajmowana przez chociażby odwierty. Przecież najpierw na działkę musi wjechać ciężki sprzęt, każdy odwiert to również hałda błota wydobyta z odwiertu.

Dlaczego pompa ciepła działa dobrze z ogrzewaniem podłogowym?

Pompy ciepła to generalnie urządzenia niskotemperaturowe. Dla większości z nich maksimum to zaledwie 55°C, tylko do takiej temperatury są w stanie podgrzewać wodę. Ogrzewanie podłogowe także jest niskotemperaturowe. Dlaczego standardowo przyjmuje się w takim układzie zaledwie 35°C na zasilaniu. Wiedząc o tych cechach łatwo jest zrozumieć dlaczego właśnie podłogówka jest traktowana jako pierwszy wybór w domach ogrzewanych pompami ciepła. W takim układzie pompa pracuje najlepiej, uzyskując wysoką moc oraz dobrą sprawność.

Podwyższenie temperatury wody w układzie c.o., właściwie nieuniknione w domach wyposażonych w grzejniki, po prostu psuje te parametry. Trzeba jednak bardzo mocno podkreślić, że zasadniczą sprawą jest tu temperatura do jakiej pompa musi podgrzewać wodę, nie sam fakt czy ta woda zasila instalację podłogową, czy grzejnikową. Może się to niektórym wydać zaskakujące, ale pod tym względem instalacje podłogowe potrafią się w istotny sposób różnić. Istotny przynajmniej, jeżeli źródłem ciepła jest pompa. Jeżeli bowiem w układzie c.o mamy kocioł, to dla jego pracy nie ma większego znaczenia czy przygotowuje wodę o temperaturze 35, 45 czy 55°C. Ani moc, ani sprawność się praktycznie nie zmienią. Natomiast dla pompy ciepła już 10°C różnicy to dużo i taki wzrost odbije się negatywnie na pracy urządzenia. Oczywiście, nie musi to jeszcze oznaczać drastycznego spadku. Jedne pompy radzą sobie lepiej, inne zaś gorzej przy takich podwyższonych parametrach. Pisaliśmy już o tym jak ważne jest sprawdzenie dokładnej charakterystyki pompy, tu możemy to jedynie powtórzyć. Co bardzo ważne, każde urządzenie jest projektowane z myślą o określonych warunkach pracy. Fakt, że jakaś pompa ma np. wyższą klasę energetyczną przy 55°C na zasilaniu nie znaczy wcale, że przy 35°C również będzie lepszym wyborem. Jedna z nich może być po prostu zoptymalizowana z myślą o nowych domach, wyposażonych w podłogówkę z góry zaprojektowaną jako jak najbardziej niskotemperaturowa.