Darmowy chłód z głębi ziemi. As w rękawie właścicieli pomp ciepła
Darmowy chłód z głębi ziemi. As w rękawie właścicieli pomp ciepła
(fot. Daikin)
Zimą grzeją, a latem... chłodzą. Choć pompy ciepła kojarzą się przede wszystkim z ogrzewaniem domów, to w istocie urządzenia te potrafią odwrócić naturalny ruch ciepła, działając na tej samej zasadzie co domowa klimatyzacja czy lodówka. Wyjaśniamy krok po kroku ten niezwykły mechanizm.
Wszyscy doskonale znamy naturalny kierunek ruchu ciepła, czyli od ciała cieplejszego do chłodniejszego. Zachodzi on tak długo, aż temperatura się wyrówna, wówczas ustaje. Właśnie dlatego, jeżeli zostawimy filiżankę gorącej herbaty na zbyt długo na stole, to najpierw zrobi się letnia, potem zaś zimna. Chociaż zimna oznacza w tym przypadku jedynie temperaturę powietrza w pokoju. Samoistnie się ona bardziej nie oziębi, dlatego jeżeli chcielibyśmy zrobić z niej herbatę mrożoną, to będziemy musieli jednak skorzystać z lodówki. Notabene, lodówka także jest szczególnym rodzajem pompy ciepła.
Pompa ciepła umożliwia odwrócenie tego naturalnego kierunku ruchu ciepła. Ona odbiera ciepło z otoczenia, czyli używając żargonowych określeń tzw. źródła dolnego, przekazuje je zaś do wnętrza budynku, czyli tzw. źródła górnego. Najłatwiej jest to zrozumieć na przykładzie dominujących w naszym kraju pomp typu split działających w systemie powietrze/woda. Składają się one z dwóch jednostek - zewnętrznej i wewnętrznej. Pomiędzy nimi przepływa gazowy czynnik roboczy. Zasadnicze elementy każdej pompy ciepła to:
dwa wymienniki ciepła, czyli parownik i skraplacz;
sprężarka;
zawór rozprężny.
Czynnik ulega rozprężeniu w parowniku, czyli wymienniku ciepła znajdującym się w jednostce zewnętrznej. Wówczas odbiera on ciepło z otoczenia (z powietrza zewnętrznego). Następnie jest sprężany przez sprężarkę. Wówczas jego objętość maleje, za to temperatura rośnie. Trafia on do drugiego wymiennika ciepła, czyli do skraplacza w jednostce wewnętrznej. Od takiego gorącego czynnika ciepło może już odebrać woda krążąca w instalacji grzewczej budynku. Na koniec czynnik roboczy przepływa przez zawór rozprężny i trafia do parownika. Tam znów może odebrać ciepło z otoczenia i cały cykl zaczyna się od początku.
Parownik odbiera ciepło z otoczenia, natomiast skraplacz umożliwia jego przekazanie do instalacji c.o.
Klimatyzator ukryty w... podłodze
Wyjątkową cechą pompy ciepła jest możliwość wykorzystywania pomp służących do ogrzewania również do chłodzenia. Mamy tu przecież dwa zupełnie przeciwstawne efekty - ogrzewanie i chłodzenie. Wszystko dlatego, że zasada działania pompy ciepła i klimatyzatora jest w istocie taka sama. Różnica polega zaś na odwrotnym kierunku przepływu ciepła oraz tym, do którego z zastosowań zoptymalizowano konkretne urządzenie. W efekcie przez instalację podłogową, sufitową, ścienną lub grzejniki przepływa nie woda podgrzewana lecz ochładzana. Trzeba jednak zdawać sobie sprawę z faktu, że w większości przypadków chłodzenie nie będzie tak szybkie i efektywne jak w domu z typowymi klimatyzatorami. Decydującym czynnikiem będzie tu ograniczona zdolność grzejników lub podłogówki do odbioru ciepła.
Co kryje się pod Twoim trawnikiem?
Skoro trzeba odebrać ciepło z otoczenia, to zasadnicze znaczenie ma właśnie to skąd to ciepło jest czerpane. Ten element żargonowo nazywa się źródłem dolnym. Pompy używane w domach jednorodzinnych są zwykle tzw. urządzeniami typu powietrze/woda, ewentualnie grunt/woda. Jak łatwo się domyślić, w pierwszym przypadku ciepło pochodzi z powietrza zewnętrznego i trafia do wodnej instalacji c.o. W drugiej zaś, odbierane jest z gruntu. Możliwe jest również wykorzystywanie wód podziemnych (gruntowych) lub powierzchniowych (staw, rzeka). Jednak w praktyce jest to trudne i ostatecznie mało popularne.
Pompy powietrzne mają tę podstawową zaletę, że dla nich nie trzeba wykonywać jakiejkolwiek instalacji po stronie źródła dolnego. Pozwala to na łatwy i szybki montaż nawet na małych działkach. Ma to szczególne znaczenie w domach modernizowanych, gdy cała posesja jest zagospodarowana. Fakt, że nie musimy niszczyć ogrodu niejednokrotnie może być argumentem rozstrzygającym. Zasadniczą sprawą jest także cena. Skoro nie wykonujemy instalacji po stronie źródła dolnego, to nie ponosimy związanych z nimi kosztów. Ostatecznie, pompy powietrzne okazują się wyraźnie tańsze od pozostałych rodzajów, szczególnie jeżeli uwzględniamy całkowity koszt inwestycji. To w znacznej mierze równoważy słabości tego typu urządzeń.
Poziomy kolektor gruntowy nie jest trudny do wykonania, jednak zajmuje bardzo dużo miejsca. (fot. Clima Comfort)
Pompy czerpiące ciepło z gruntu mogą mieć instalację po stronie źródła dolnego wykonaną zasadniczo na dwa, bardzo odmienne sposoby. Kolektor poziomy to rury ułożone na dużej powierzchni na głębokości ok. 1,5 m. Krąży w nich płyn niezamarzający, który odbiera ciepło z gruntu. Na kolektor poziomy potrzeba kilkaset metrów kwadratowych działki. Ponadto tej przestrzeni nie można zabudować, wybrukować, ani nawet obsadzić wysoką roślinnością. Chodzi o to aby słońce oraz woda deszczowa miały swobodny dostęp do gruntu i w ten sposób odnawiały jego zasoby ciepła. Kolektor pionowy to natomiast rury umieszczone w głębokich na kilkadziesiąt metrów odwiertach. Dzięki temu nie zajmują wiele miejsca, jednak wykonanie wymaga użycia specjalistycznego sprzętu (wiertnic). Mamy więc niemały wysiłek i koszty, ale również niebagatelne korzyści.
Przede wszystkim zyskujemy źródło dolne o niemal stałej temperaturze. W przypadku kolektora poziomego będzie to nie mniej niż 0°C, natomiast pionowy może zapewnić nawet 10°C. Jednak najważniejsza jest tu stabilność. Przekłada się to na stałą, wysoką sprawność nawet w czasie największych mrozów, to zaś na niskie koszty ogrzewania. Warto dodać, że pompa współpracująca z gruntowym źródłem dolnym może działać w trybie tzw. chłodzenia pasywnego. Nie wymaga on pracy sprężarki. Ciepło oddawane jest po prostu do gruntu, którego temperatura nawet latem jest niezbyt wysoka. Zasadniczą zaletą jest w tym przypadku bardzo niski koszt takiego chłodzenia.
Nie ma jednak prostej odpowiedzi na pytanie, czy lepszym wyborem będzie pompa powietrzna, czy gruntowa. Na tyle różnią się parametrami, sposobem montażu i kosztami eksploatacji, że każdy przypadek trzeba rozpatrywać indywidualnie.
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.
Komentarz dodany przez Grzegorz: Polecam polską pompę ciepła na klimat zimny HPR 500 Deluxe wykorzystującą naturalny czynnik R290 (propan), który świetnie sprawdza się w bardzo niskich temperaturach. Dzięki funkcji magazynowania energii cieplnej w godzinach taniej taryfy pozwala obniżyć ...
1
