Skąd pompa ciepła bierze ciepło? Kluczowy parametr przy wyborze urządzenia

W zasadzie na każdej działce możemy założyć pompę. Chociaż należałoby raczej napisać, że możemy umieścić tam jakąś pompę ciepła. Zaś to z pomiędzy jakich rodzajów pomp będziemy mogli wybierać, ma zasadniczy wpływ na budowę instalacji, jej działanie oraz koszty inwestycji i eksploatacji pomp ciepła.

Jakie może być źródło dolne pompy ciepła?

Pompa ciepła odbiera energię ze źródła o niskiej temperaturze (źródło dolne) i przenosi ją do źródła o wyższej temperaturze (źródło górne), gdzie zostaje wykorzystana do ogrzewania domu. Ten element otoczenia oraz związaną z nim instalację, z którego pompa odbiera ciepło nazywa się źródłem dolnym. Dolnym źródłem może być grunt (wykorzystuje się kolektor poziomy lub pionowy) lub wody gruntowe.

Najpopularniejsze obecnie modele pomp ciepła powietrzne (powietrze/woda) praktycznie nie zajmują miejsca na posesji. Niewiele potrzeba go również na tzw. sondy pionowe, czyli rury z płynem niezamarzającym umieszczone w głębokich na kilkadziesiąt metrów odwiertach. Niejako przeciwieństwem tych rozwiązań jest tzw. kolektor poziomy. To pętle z rur wypełnionych płynem niezamarzającym ułożone na głębokości ok. 1,5 m. W tym przypadku potrzeba kilkuset metrów kwadratowych działki niezabudowanej, nieutwardzonej kostką, a nawet bez wysokiej zacieniającej roślinności. Na małych działkach instalacja z gruntową pompą ciepła nie wchodzi w grę.

Pionowe odwierty

Głębokie odwierty są najlepsze pod względem energetycznym, gdyż temperatura gruntu wzrasta wraz z głębokością. Płyn niezamarzający może osiągać nawet ok. +10°C, niezależnie od pory roku. Niestety, jest to również wariant najtrudniejszy do wykonania, wymagający użycia specjalistycznego sprzętu do wierceń. Z tej racji jest on też najbardziej kosztowny, zależnie od lokalnych warunków gruntowych może to być nawet kilkadziesiąt tysięcy złotych.

Źródłem dolnym pompy ciepła mogą być pionowe odwierty, fot. DANFOSS

Poziomy kolektor gruntowy

Kolektor poziomy nie jest tak dobry pod względem cieplnym jak odwierty. W warunkach zimowych jako standardową temperaturę krążącego płynu niezamarzającego (tradycyjnie nazywanego solanką) przyjmuje się 0°C. Generalnie jednak temperatura jest dość stabilna. Zasadniczą zaletą jest jednak to, że wykonanie wykopów nie wymaga użycia specjalistycznego sprzętu, wystarcza typowa koparko-spycharka. O wiele niższe są więc koszty robocizny (kilka tysięcy zł).

Zasadniczym problemem jest jednak konieczność wygospodarowania na kolektor dużej powierzchni terenu, który trzeba po prostu rozkopać. Jest to do przyjęcia w przypadku dopiero budowanych domów, gdy działka nie jest jeszcze zagospodarowana. Natomiast mało kto decyduje się na to, jeżeli konieczne byłoby zniszczenie ogrodu.

Źródłem dolnym pompy ciepła może być poziomy kolektor gruntowy, fot. DANFOSS

Pompa ciepła powietrzna najprostsza w instalacji

Pompa powietrzna nie wymaga wykonania jakiejkolwiek instalacji po stronie źródła dolnego. Dzięki temu nie trzeba właściwie wygospodarowywać na nią miejsca na działce. Również koszty inwestycyjne są w tym przypadku najniższe. Niestety, temperatura powietrza zewnętrznego zmienia się w bardzo szerokim zakresie, przez co również moc i sprawność pomp powietrznych ulega dużym wahaniom. Ponadto właśnie w czasie, gdy jest najzimniej na zewnątrz, my potrzebujemy najwięcej ciepła do ogrzewania. Trzeba zdawać sobie sprawę z tych słabości pomp powietrznych. Ponadto pozwala to z góry przewidzieć najbardziej racjonalny sposób ewentualnego wspomagania ich w czasie dużych mrozów - za pomocą wbudowanych grzałek lub drugiego, konwencjonalnego źródła ciepła w instalacji (kotła).

Woda jako zródło ciepła dla pompy

Studnie do czerpania wód podziemnych, staw lub rzeka teoretycznie stanowią wręcz rewelacyjne źródła dolne. Bowiem woda jest wyjątkowo dobrym nośnikiem ciepła.

Źródłem dolnym pompy ciepła może być woda podziemna lub powierzchniowa, fot. DANFOSS

Ponadto w każdym z wymienionych wariantów ma przez cały rok temperaturę wyraźnie wyższą od 0°C. Przypomnijmy, że woda ma najwyższą gęstość w temperaturze 4°C i właśnie taka gromadzi się przy dnie stawu (opada tam samoistnie jako gęstsza), nawet jeżeli bliżej powierzchni zbiornik wodny zamarza. Niestety, faktycznie mało kto dysponuje na działce stawem, rzeką lub bardzo wydajnym złożem wód podziemnych. Ponadto wody z głębi ziemi często zawierają bardzo dużo żelaza i manganu, które to pierwiastki tworzą osady zatykające wymiennik pompy ciepła. Z tych względów wykorzystywanie wód jako źródła ciepła ma zupełnie marginalne znaczenie w domach jednorodzinnych.