Pompy ciepła nie wymagają codziennej obsługi, bo działają w pełni automatycznie. Są przy tym wyjątkowo tanie w eksploatacji. Równocześnie ich ceny przez ostatnie lata bardzo spadły, przez co stały się realną konkurencją dla kotłów.
Pompy ciepła to szczególne urządzenia grzewcze. Bo chociaż brzmi to paradoksalnie, same nie wytwarzają ciepła. One jedynie umożliwiają pobranie ciepła z otoczenia - ziemi, wody lub powietrza - i przekształcają je na postać, którą można wykorzystać w budynku. Z tego względu pompy nie można traktować jako prostego odpowiednika kotła. Jest elementem większego systemu, złożonego z trzech zasadniczych części:
Pompa, będąc w środku tego układu, pracuje lepiej lub gorzej zależnie od tego jakie parametry ma źródło dolne i górne. Dlatego wybór pompy jest trudniejszą decyzją niż wybór kotła. Podstawowy podział pomp ciepła wynika z tego, z jakiego źródła dolnego mogą czerpać. Ma on kluczowe znaczenie, bo nie każda pompa nadaje się na każdą działkę.
Pompy gruntowe wykorzystują ciepło zawarte w ziemi. W naszym kraju to najpopularniejszy wariant. I trzeba przyznać, dobrze dopasowany do polskich warunków klimatycznych. Instalacja może mieć w tym przypadku trzy formy:
Największą zaletą wykorzystania gruntu jest jego niemal stała, dodatnia temperatura w sezonie grzewczym. Przy tym trzeba podkreślić, że jest ona najwyższa w głębokich pionowych odwiertach. Rośnie wraz z głębokością, a zmiany temperatury związane z porami roku są praktycznie nieodczuwalne. Nie ma też znaczenia to czy teren będzie obsadzony roślinami, utwardzony, czy nawet zabudowany. Nie jest to jednak rozwiązanie bez wad. Przede wszystkim koszty wykonania odwiertów są wysokie, bo potrzeba do tego specjalistycznego sprzętu. Ponadto wypełnienie odwiertów musi być bardzo staranne. Puste przestrzenie będą działać jak izolator, utrudniający przejmowanie ciepła.
Kolektory poziome są łatwiejsze do wykonania i wystarcza do tego zwykła koparkospycharka. Potrzeba jednak dużej działki. Musimy wygospodarować kilkaset metrów terenu, którego nie zabudujemy, nie utwardzimy (podjazd odpada) ani nie obsadzimy wysokimi drzewami czy gęstymi krzewami. Deszcz i promieniowanie słoneczne muszą trafiać na nie bez ograniczeń, bo inaczej zasoby ciepła nie odnowią się pomiędzy sezonami. Nie znaczy to, że pozostaje nam tylko trawnik. Dobrym pomysłem jest ułożenie ponad kolektorem ziemnym drenażu rozsączającego przydomowej oczyszczalni ścieków albo odprowadzanie w ten rejon wody z rynien.
Duża działka oraz rozbudowany kolektor to większe koszty. Jednak próby oszczędzania zwykle kończą się źle. Zbyt małe źródło dolne oznacza, że pompa nie będzie mogła działać prawidłowo. Zacznie się wyłączać, kiedy temperatura gruntu zbytnio się obniży. Trzeba przy tym wiedzieć, że wydajność gruntu bywa bardzo różna. Najlepiej żeby był stale wilgotny i gliniasty, z suchego piasku uzyskamy nawet 3 razy mniej ciepła. Bez zbadania gruntu nie da się więc powiedzieć, jak duża musi być instalacja po stronie źródła dolnego.
Po pierwsze, tylko na nielicznych działkach podziemne cieki wodne są na tyle duże, żeby można było myśleć o ich eksploatowaniu. Po drugie, często skład wody jest nieodpowiedni. Duże ilości żelaza, manganu, wapnia powodują zapychanie się filtrów, wymienników ciepła, a nawet szybkie zamulenie studni zrzutowej, która po prostu przestaje przyjmować wodę. Można wprawdzie zastosować dodatkowy, łatwy do wyczyszczenia z osadów wymiennik ze stali szlachetnej, ale powoduje to pogorszenie sprawności całego układu (mniejszy uzysk ciepła). Ponadto, skoro trzeba regularnie czyścić wymiennik, instalacja przestaje już być bezobsługowa.
Ciekawym wariantem wykorzystania wód jest ułożenie pętli kolektora na dnie stawu lub rzeki. Nie jest to popularne, bo niewiele jest działek z dostępem do takich zasobów wodnych. Jednak układ jest wart uwagi, z racji swojej efektywności i bezawaryjności. Jak już wspomniano, woda ma rewelacyjną zdolność do akumulacji ciepła, dlatego kolektor na dnie stawu może być kilkakrotnie mniejszy niż ten układany w gruncie. Ponadto przypomnijmy, że woda ma największą gęstość w temperaturze +4°C i taka zalega zimą w strefie przydennej. Sama jakość wody jest przy tym bez znaczenia, bo nigdzie jej nie przetłaczamy.
Powietrze nie jest zbyt dobrym nośnikiem ciepła. Ponadto jego temperatura zmienia się znacznie bardziej niż temperatura gruntu lub wód. Jednak to właśnie powietrzne pompy ciepła przez ostatnie lata rozwijają się najszybciej i zyskują najbardziej na popularności. Wszystko dlatego, że przy swoich mankamentach mają też niezaprzeczalne zalety. W ich przypadku nie ma znaczenia wielkość działki, ani panujące na niej warunki. Powietrze dostępne jest przecież wszędzie i to w dowolnych ilościach.
Nie budujemy żadnej instalacji po stronie źródła dolnego, co znakomicie ułatwia montaż pompy. Przypomina on założenie klimatyzatora typu split (z jednostką zewnętrzną i wewnętrzną). W związku z tym koszty inwestycyjne są sporo niższe niż przy pozostałych typach pomp.
Pompy powietrzne są też bardzo atrakcyjne dla remontujących dom. Na zagospodarowanych już działkach fakt, że nie ingerujemy w otoczenie i nie niszczymy ogrodu stanowi ogromny atut. Pamiętajmy też, że pompy ciepła nie potrzebują komina i nie wpływają na działanie wentylacji. Są nawet modele przeznaczone do posadowienia w całości na zewnątrz.
Najistotniejszą wadą pomp wykorzystujących powietrze zewnętrzne jest fakt, że temperatura tego powietrza zmienia się w bardzo szerokim zakresie, czasem spadając nawet poniżej -20°C. A przecież właśnie wtedy potrzebujemy najwięcej ciepła! Na szczęście nawet w czasie siarczystych mrozów nowoczesne pompy są w stanie działać, chociaż w sposób mniej ekonomiczny. Niektóre modele mogą pracować nawet przy -25°C, a nominalną moc grzewczą utrzymać przy -15 czy -20°C.
Nie znaczy to jednak, że działają tak samo niezależnie od tego, czy na zewnątrz jest siarczysty mróz czy kilka stopni powyżej 0°C. Przeciwnie, ich sprawność będzie dużo mniejsza i dla pozyskania tej samej ilości ciepła zużyją dużo więcej prądu. Niemniej jednak, będą w stanie samodzielnie pokryć zapotrzebowanie na ciepło przez cały sezon.
Pomysł żeby oprócz pompy mieć w budynku jeszcze drugie źródło ciepła, nie jest niczym nowym. Od lat w ten sposób konfigurowano przede wszystkim systemy z pompami powietrznymi, których starsze modele nie radziły sobie przy większym mrozie. Idea takiego układu, nazywanego biwalentnym, jest bardzo prosta. Do pewnej temperatury, np. -7°C, ogrzewanie zapewnia sama pompa ciepła, bo w takich warunkach jest ona w stanie pokryć całe zapotrzebowanie na ciepło i pracuje w sposób ekonomiczny. Zaś przy większym mrozie ogrzewanie przejmuje konwencjonalne źródło ciepła - kocioł, ewentualnie grzałki elektryczne wbudowane w pompę. Konieczność zbudowania układu biwalentnego może wynikać z kilku przyczyn:
Bywa też, że układ biwalentny powstaje w ramach modernizacji, gdy właściciel nie chce się pozbywać już posiadanego kotła. Choćby pompa była w stanie pokryć całe zapotrzebowanie na ciepło. Niektórzy chcą z kolei mieć inne urządzenie grzewcze z zapobiegliwości, na wypadek dłuższej przerwy w dostawie prądu lub uszkodzenia pompy. Takim rezerwowym ogrzewaniem może być też kominek. Chociaż nic nie stoi na przeszkodzie, żeby używać go, gdy wszystko działa sprawnie. Choćby w czasie większych mrozów, dla zmniejszenia kosztów.
Swoistym nowym wcieleniem układu biwalentnego są tzw. hybrydowe urządzenia grzewcze, czyli zestawy z kotłem gazowym i pompą wykorzystującą powietrze zewnętrzne. Automatyka takiego układu sama decyduje, kiedy ma pracować pompa, a kiedy kocioł. Ma się rozumieć, według zadanych kryteriów - uwzględniając chwilową sprawność obu urządzeń grzewczych w konkretnych warunkach oraz cenę prądu i gazu. W praktyce wśród właścicieli działek z dostępem do gazu z sieci, zainteresowanie układem hybrydowym będzie niewielkie. Jednak dla korzystających z gazu płynnego (ze zbiornika) jest to atrakcyjne.
Dodatkowym czynnikiem zmieniającym rachunek ekonomiczny może być wyposażenie domu w instalację fotowoltaiczną produkującą prąd, a także rozliczanie w systemie dwutaryfowym (dzień/noc).
Wiele osób boi się skomplikowanego sterowania ogrzewaniem w systemach z dwoma źródłami ciepła. Jednak wcale nie musi ono takie być. W przypadku urządzeń hybrydowych problemu nie ma. Wystarczy, że w pamięci urządzenia będą wpisane ceny nośników energii, a całą resztę zrobi już automatyka. Każdy inny układ z dobrze dobranym sterowaniem też będzie działał prawidłowo, chociaż w tym przypadku niezbędne są wysokie kwalifikacje projektanta i instalatora.
Wiele osób jest przekonanych, że z pompami ciepła może dobrze współpracować tylko ogrzewanie podłogowe. Inni z kolei są zdania, że wybór pomiędzy grzejnikami i podłogówka nie ma specjalnego znaczenia. Jedni i drudzy są w błędzie. Wybór sposobu ogrzewania pomieszczeń, czyli to jak wygląda instalacja po stronie tzw. źródła górnego, jest bardzo ważny. Ale są też pompy, które dobrze radzą sobie w systemach z grzejnikami, podczas gdy inne się do tego kompletnie nie nadają. Nie bez znaczenia jest też to, jakie grzejniki mamy.
Faktycznie, z zasady pierwszym wyborem w przypadku pomp ciepła powinno być ogrzewanie płaszczyznowe. Niekoniecznie podłogowe - może być też ścienne lub sufitowe. Trzeba sobie uświadomić, że wariantów tych systemów jest bardzo wiele. Najczęściej są to rurki zatopione w grubej na ok. 7 cm warstwie jastrychu (wylewki podłogowej).
Jednak dostępne są też rozmaite systemy lekkiej zabudowy podłogowej z tzw. suchym jastrychem w postaci płyt, maty i rurki układane w warstwie tynku na ścianach lub sufitach, czy wreszcie panele układane na sufitach podwieszanych. Wiele z nich można wykorzystać z powodzeniem również w remontowanych domach. Niezależnie od wszelkich różnic, łączy je jedno. Temperatura wody w obiegu jest bardzo niska, zwykle do 35°C, co oznacza małą moc grzewczą w przeliczeniu na 1 m2 takiej, co najwyżej letniej powierzchni. Jednak ta powierzchnia zawsze jest duża, wielokrotnie większa niż grzejników i to zapewnia odpowiednią moc grzewczą.
Niska temperatura wody w obiegu źródła górnego jest zaś bardzo korzystna dla sprawności pompy ciepła, a co za tym idzie kosztów jej pracy. Znaczna część pomp nie jest zaś w ogóle w stanie przygotowywać wody o temperaturze przekraczającej 40 czy 50°C.
Co jednak zrobić, jeżeli mamy już grzejniki, nie chcemy lub nie możemy zdecydować się na kapitalny remont połączony z założeniem ogrzewania płaszczyznowego, albo chcemy koniecznie mieć grzejniki w nowym domu? Możliwości są trzy:
Trzeba podkreślić, że te rozwiązania wzajemnie się nie wykluczają, lecz mogą się uzupełniać (np. pompa wysokotemperaturowa i większe grzejniki).
O moc pompy ciepła, podobnie jak o moc kotła, inwestorzy zwykle pytają na początku. Nieprzypadkowo jednak zajęliśmy się nią dopiero teraz, po omówieniu instalacji po stronie dolnego i górnego źródła. Otóż moc pompy najczęściej jest zmienna i zależy zarówno od temperatury źródła dolnego jak i górnego. Najprościej mówiąc, spada tym bardziej im większa jest różnica temperatury pomiędzy nimi. Duża różnica oznacza, że pompa musi wykonać większą pracę, na co zużywa więcej prądu.
Można się tu posłużyć analogią do zwykłej pompy przetłaczającej wodę ze studni do wysoko położonego zbiornika. Im studnia głębsza, albo zbiornik położony wyżej, tym bardziej spada ilość wody przepływającej przez pompę. Dlatego producenci zamieszczają w dokumentacji wykresy pokazujące spadek przepływu wraz ze wzrostem wysokości podnoszenia i ssania.
Analogiczne wykresy znajdziemy w dokumentacji pomp ciepła, jednak tu zmiennymi będą wartości temperatury dolnego i górnego źródła. Warto przy okazji uczulić, że brak tego rodzaju informacji powinien być dla nas sygnałem ostrzegawczym Najwyraźniej nie ma się czym chwalić, a podanie mocy pompy powietrznej np. tylko dla temperatury zewnętrznej +7°C niewiele mówi o rzeczywistych możliwościach.
Należy jeszcze wyjaśnić jak wygląda sprawa mocy dla urządzeń typu powietrze/woda, których producenci deklarują utrzymanie jej bez zmian do określonej temperatury, np. -15°C. Dla ścisłości należy jeszcze dodać, że jest to deklaracja prawdziwa dla określonej temperatury wody po stronie źródła górnego (np. 30°C). Są to po prostu urządzenia o zmiennej mocy, tzw. inwerterowe, w których elektronika sterująca utrzymuje określoną moc wyjściową, niezależnie od zmian temperatury powietrza. Jednak cudów nie ma i moc tych pomp wprawdzie jest stała, lecz sprawność coraz niższa, wraz ze spadkiem temperatury powietrza.
Trzeba równocześnie dodać, że te pompy automatycznie zmniejszają swą moc, gdy zapotrzebowanie na ciepło jest mniejsze od maksymalnego, czyli dokładnie tak, jak wszystkie pompy inwerterowe. Możliwość pracy ze zmienną mocą ułatwia zaprojektowanie instalacji grzewczej, bo pompa sama dostosowuje się do zmiennych warunków. Gwarancja utrzymania stałej mocy grzewczej ma istotne znaczenie psychologiczne. Urządzenie jest w stanie dać np. deklarowane 10 kW przy -20°C i nie musimy się martwić, że w domu będzie zimno.
Najłatwiej, jeżeli pompę dobiera się do dopiero projektowanego domu. Wówczas możemy poprosić specjalistę o przedstawienie różnych wariantów, np. z różnymi wersjami po stronie źródła dolnego i górnego, w systemie biwalentnym itd. W przypadku istniejącego domu możliwości manewru są mniejsze, jednak szczególnie warto zwrócić uwagę na analizę kosztów kilku wariantów termomodernizacji. Może warto docieplić budynek i kupić pompę o mniejszej mocy?
W nowych domach jednorodzinnych o powierzchni użytkowej do 150 m2 zwykle wystarcza pompa o mocy do 10 kW, jednak różnice mogą być znaczne, zależnie od standardu energetycznego. Dlatego na fachowym projekcie nie warto oszczędzać. Szczególnie jeżeli wykonujemy kosztowną instalacje po stronie źródła dolnego. A jego wielkość musi być przecież dostosowana do mocy pompy.
Pompy ciepła nie są tanie w porównaniu do innych urządzeń grzewczych. Jednak nie są wcale aż tak drogie jak sądzi wiele osób. Dobrą, markową pompę typu powietrze/woda kupimy bowiem już za 20 000 zł. Trzeba tu dodać, że w tym przypadku nie ma już kosztów źródła dolnego. Różnice cen są jednak duże i na rynku są nawet pompy dwu- czy nawet trzykrotnie droższe.
Minimalna cena pomp gruntowych oraz wodnych to również około 20 000 zł. Jednak i tu różnice cen są chyba jeszcze bardziej widoczne. Trzeba jednak pamiętać, że będziemy potrzebować jeszcze instalacji po stronie źródła dolnego. Te zaczynają się od kilku tysięcy zł w przypadku układu 2 studni oraz kolektora poziomego, po kilkadziesiąt, w przypadku odwiertów w trudnym gruncie.
Jarosław Antkiewicz
2
