Który rodzaj instalacji z pompą ciepła jest najlepszy?

Majster Guru:- Nie tylko. Aby pompa mogła funkcjonowac prawidłowo, muszą być spełnione dwa warunki: pompa musi być dopasowana do budynku, a do niej z kolei musi być dopasowane dolne źródło ciepła. Jeśli coś w tej układance nie pasuje, nieuchronnie pojawiają się problemy.

- Oczywiście. Pamięta pan, na czym polega działanie pompy ciepła? Wyjaśniałem to podczas naszej rozmowy o źródłach ciepła dla domowej instalacji grzewczej.

- Znakomicie! Musimy dobrze zrozumieć i zapamiętać jedną rzecz: pompa to nie kocioł grzewczy, wytwarzający ciepło dzięki spalaniu paliwa. Przeważającą część ciepła potrzebnego do ogrzewania budynku pobiera z jego otoczenia, nazywanego zwyczajowo źródłem dolnym pompy. Ciepło to jest następnie przekazywane do instalacji grzewczej, którą określa się mianem źródła górnego.

- Już wyjaśniam. W najprostszym przypadku dolne źródło to po prostu powietrze. Jego ogromną zaletą jest bezproblemowa dostępność - wystarczy za ścianą domu ustawić wymiennik ciepła z wentylatorem przetłaczającym powietrze i już już ma pan gotowe dolne źródło.

Dolne źródła pompy ciepła: powietrze (a), pionowy kolektor gruntowy (b), poziomy kolektor gruntowy (c), wody podziemne (d). (fot. Danfoss)

- Ma pan rację - powietrze to dość chimeryczne źródło ciepła i dlatego buduje się instalacje dużo bardziej pracochłonne, za to - jeśli tylko są dobrze obliczone i wykonane - gwarantujące pompie nieprzerwany dopływ ciepła.

Najpopularniejsze rozwiązanie to tzw. poziomy kolektor gruntowy. Jest to odpowiednio rozległy układ z rur z tworzyw sztucznych, zakopanych ok. 20 cm poniżej strefy przemarzania dla danego rejonu, a więc na głębokości 1,5-2 m. Wypełnia się go płynem niezamarzającym, zwanym zwyczajowo "solanką", choć obecnie używa się najczęściej roztworu glikolu, który krążąc w rurach, odbiera od gruntu ciepło, a następnie w odpowiednim wymienniku przekazuje go pompie.

Na podobnej zasadzie działa pionowy kolektor gruntowy, ale rur z roztworem glikolu nie umieszcza się w powierzchniowej warstwie gruntu, lecz w pionowych odwiertach o głębokości od 50 do nawet 130 m. Jeszcze inne rozwiązanie dostępne jest dla szczęściarzy mających w pobliżu domu jakieś jeziorko lub staw. Na jego dnie można ułożyć pętle z rur, podobnie jak w przypadku poziomego kolektora gruntowego, uzyskując tzw. kolektor wodny. Będzie on w dodatku efektywniejszy od gruntowego, jako że z wody można pozyskać znaczniej więcej ciepła niż z gruntu. Inny pomysł pozwalający na wykorzystanie ciepła z wód - tym razem podziemnych - to zasilanie ze studni. Realizuje się go poprzez budowę dwóch studni - czerpalnej oraz zrzutowej. Z tej pierwszej tłoczy się wodę do wymiennika ciepła w pompie, a potem jest ona odprowadzana do drugiego odwiertu.

- To zależy od konkretnej sytuacji. Kolektor poziomy będzie zwykle dość tani w wykonaniu, jednak trzeba mieć dużą działkę, a co więcej - powierzchnia nad kolektorem nie może być potem zabudowana ani pokryta nawierzchnią, która utrudniałaby regenerację kolektora, czyli ogrzewanie go w porze letniej przez słońce i wody opadowe. Szkodliwe jest także zacienienie przez drzewa czy budynki. Kolektor pionowy jest droższy w budowie, ale nie potrzeba tak dużej działki. Jest też na ogół lepszy pod względem eksploatacyjnym, choć wiele zależy od własności gruntu.

Źródło dolne bazujące na wodach podziemnych to zwykle rozwiązanie świetne z energetycznego punktu widzenia, ale warunkiem jego dobrego działania jest odpowiedni wydatek ujęcia wody oraz jej korzystny skład chemiczny, bo jeżeli zawiera ona dużo żelaza czy wapnia, to wymiennik ciepła błyskawicznie zatka się osadami.

Co bardzo ważne, dolne źródła różnią się też temperaturą. Bardzo wiele zależy od warunków lokalnych, lecz w wypadku wykorzystania wód gruntowych oraz kolektorów pionowych gruntowych możemy liczyć, że dopływająca do wymiennika pompy ciecz będzie miała temperaturę około 10°C. Kolektor poziomy ułożony na dnie zbiornika wodnego zapewni nam najczęściej temperaturę 4°C, natomiast z poziomego kolektora gruntowego uzyskamy "solankę" o temperaturze około 0°C.

- To prawda, ale wytłumaczmy to sobie dokładniej. Jak pan myśli, czy takiej całkiem zwykłej pompie do wody łatwiej będzie przepompować zbiornik na drugie czy na piąte piętro?

- I dokładnie to samo jest z pompą ciepła. Im mniejsza jest różnica temperatury między dolnym a górnym źródłem, tym łatwiej jest jej "przepchnąć" ciepło "do góry". W rezultacie sprawność systemu grzewczego z pompą ciepła jest odwrotnie proporcjonalna do różnicy temperatury źródła dolnego i górnego. Właśnie dlatego moc grzewcza pompy zawsze podawana jest w odniesieniu do określonej temperatury źródła dolnego. Jeżeli temperatura ta jest wyższa od założonej, rzeczywista moc pompy jest większa od katalogowej, natomiast gdy jest niższa - użyteczna moc pompy maleje. Ostatecznie jeśli temperatura dolnego źródła zbytnio się obniży, dojdzie do awaryjnego wyłączenia urządzenia.

- Naturalnie - przecież cały czas pobiera pan z niego ciepło. W przypadku ułożenia dobrze wykonanego kolektora poziomego w dużym stawie zagrożenie jest niewielkie, ze względu na bardzo dużą pojemność cieplną takiego zbiornika. Ale jeżeli odbiera pan ciepło z poziomego kolektora gruntowego, to musi pan liczyć się z tym, że temperatura gruntu, a zatem i temperatura na wymienniku ciepła pompy będzie w trakcie sezonu grzewczego spadać. A z nią sprawność całego systemu grzewczego.

- Aż tak, to może nie. Po prostu wymaga on starannego wyliczenia. W przypadku poziomego kolektora gruntowego uwzględnić trzeba przede wszystkim pojemność cieplną gruntu, wynikającą z jego spoistości oraz wilgotności. Suchy piasek zmagazynuje dużo mniej ciepła niż nasączony wodą grunt gliniasty.

Jednak faktycznie - umiarkowane przewymiarowanie dolnego źródła nie grozi niczym, poza pewnym wydłużeniem okresu zwrotu inwestycji ze względu na większe koszty budowy. Natomiast jego niedowymiarowanie w stosunku do pompy będzie miało skutki katastrofalne. Jeśli strumień ciepła z dolnego źródła będzie zbyt mały, to - jak już mówiliśmy - pompa nie będzie miała czego tłoczyć i spowoduje to jej awaryjne wyłączenia co kilka czy kilkadziesiąt minut pracy. Wniosek z tego jest prosty: na dolnym źródle bezwzględnie nie wolno oszczędzać, już lepiej kupić słabszą pompę.

- Jej moc musi odpowiadać rzeczywistemu zapotrzebowaniu cieplnemu budynku i znowu - wszystko trzeba starannie przeliczyć. Ale w tej sytuacji odchyłka od wariantu idealnego daje zupełnie inne skutki. Lekkie - podkreślam - lekkie niedowymiarowanie pompy, szczególnie gdy pracuje ona w zalecanym przez wielu producentów układzie biwalentnym, a więc w tandemie np. z kotłem, uruchamianym w okresach największego zapotrzebowania, jest właściwie nieszkodliwe.

Spowoduje tylko, że drugie źródło będzie wykorzystywane nieco częściej, lecz ponieważ mniejsza pompa będzie tańsza i efektywniejsza w okresie mniejszego zapotrzebowania na ciepło (bo mniejsza sprężarka zużywa mniej prądu), to opłacalność inwestycji ucierpi na tym w minimalnym stopniu. Natomiast przewymiarowanie pompy, oznaczające większe wydatki, wydłuży okres zwrotu inwestycji, pogorszy sprawność jej działania przy umiarkowanych wartościach temperatury, a w skrajnych przypadkach może prowadzić do tzw. taktowania pompy, czyli do częstego jej włączania i wyłączania, co bardzo niekorzystnie wpływa na trwałość urządzenia.

- Zgadza się. Ale musi pan wiedzieć jeszcze jedno. Otóż znacznie mądrzej jest - zanim jeszcze zacznie się dobierać pompę do domu - dopasować budynek do pompy ciepła. Ci, którzy domy remontują, mają ograniczone możliwości działania. Natomiast pan już na etapie projektu może uwzględnić chęć ogrzewania domu w ten sposób.