Pompa ciepła może pozyskiwać darmową energię zmagazynowaną w gruncie, wodzie gruntowej lub powierzchniowej albo w powietrzu. Największą popularnością cieszą się te ostatnie urządzenia - stosunkowo niedrogie i łatwe w montażu.
W dobie rosnących kosztów energii atrakcyjną alternatywą tradycyjnych źródeł ciepła stają się pompy ciepła. Choć same nie są nimi (jak kotły), tylko swoistymi przekaźnikami, które przetwarzają energię na użyteczną postać, mogą być wykorzystywane do ogrzewania domu, przygotowania c.w.u., a także do chłodzenia budynku.
W przypadku modeli powietrznych źródłem ciepła (tzw. źródło dolne) jest niewyczerpany rezerwuar energii, czyli otaczające nas powietrze. Przekazywane jest ono przez znajdujący się w pompie ciepła wymiennik ciepła (parownik), który wypełniony jest oziębionym gazem (czynnikiem roboczym). Czynnik roboczy pod wpływem ciepła z otoczenia ogrzewa się i przechodzi w postać gazową. Następnie sprężarka spręża gaz - jego objętość maleje, za to temperatura rośnie. W skraplaczu gaz oddaje ciepło, które trafia do układu odbiorczego (źródła górnego), a ochłodzony przepływa przez zawór rozprężny, wraca do parownika i cały cykl rozpoczyna się od nowa.
Podobny proces zachodzi w lodówkach i klimatyzatorach, przy czym tamte urządzenia wykorzystują chłodzącą, a nie grzejącą część obiegu. Zarówno jedne, jak i drugie zużywają prąd, ale w przypadku pompy nawet ponad 70% oddawanego ciepła pochodzi ze źródła dolnego, czyli z powietrza.
Powietrze ma gorsze parametry jako nośnik ciepła od wody i gruntu, do tego jego temperatura bardzo się zmienia. I to odwrotnie niż byśmy chcieli - jest najniższa w czasie, gdy potrzebujemy maksimum ciepła.
Dlaczego więc warto wybrać pompę powietrzną? Tego typu urządzenia w ostatnim czasie bardzo udoskonalono. Niektóre pompy powietrzne mogą działać nawet przy bardzo dużym mrozie, rzędu -25°C.
Ich montaż jest bardzo prosty i tani, można go przeprowadzić w dowolnym momencie. Urządzenie instaluje się bowiem na gruncie - niepotrzebne są żadne wykopy, jak w przypadku pomp gruntowych. Te ostatnie mogą pozyskiwać ciepło z gruntu za pomocą ułożonych poziomo kolektorów lub pionowych sond. Niestety, na kolektory mogą sobie pozwolić tylko właściciele dużych działek - teren o powierzchni kilkuset metrów powinien być utwardzony, a po zasypaniu kolektorów nie można go zabudować i sadzić na nim wysokiej roślinności. Z kolei wykonanie odwiertów wiąże się z dużymi wydatkami, rzędu kilkunastu tysięcy złotych. W obu przypadkach prace prowadzi się z reguły wtedy, gdy teren wokół budynku nie jest jeszcze zagospodarowany, by potem nie niszczyć wypielęgnowanego trawnika czy rabat z kwiatami.
Jeszcze lepszym nośnikiem ciepła jest woda, ale tu z kolei warunkiem jest wystarczający zasób wód podziemnych na działce albo możliwość ułożenia kolektora poziomego na dnie stawu lub rzeki. Co ważne, wody gruntowe nie mogą zawierać dużych ilości żelaza i manganu, które zatykają filtry i wymiennik pompy ciepła. Niewiele parceli spełnia te wymagania.
Nic dziwnego, że to właśnie powietrzne pompy ciepłą cieszą się obecnie największą popularnością. Kolejnym przemawiającym za nimi argumentem jest przystępna cena. Urządzenie o nominalnej mocy ok. 10 kW kupimy już za kilkanaście tysięcy zł. Modele bazujące na cieple z gruntu i wody są droższe, a inwestycję podraża jeszcze kosztowna instalacja.
Ogrzewanie domu pompą ciepła to nie tylko sposób na ograniczenie wydatków, ale też wygoda. W przeciwieństwie do najpopularniejszych w naszym kraju kotłów na paliwa stałe, pompy są w zasadzie bezobsługowe - wystarczy tylko wybrać, jaka ma być temperatura w domu.
Bariery w upowszechnianiu się tego typu urządzeń są w zasadzie dwie: wyższe koszty inwestycyjne niż w przypadku wspomnianych kotłów i powszechne obawy, czy pompa będzie w stanie ogrzać dom w najzimniejsze miesiące. Otóż będzie w stanie, pod warunkiem, że wybierzemy urządzenie o odpowiednich parametrach (patrz ramka: Najważniejsze parametry pompy).
Drugą istotną kwestią jest to, jak zbudowana jest instalacja grzewcza w domu. Jak wspomniano, pompa sama nie produkuje ciepła, tylko po przetworzeniu przekazuje je ze źródła dolnego (powietrze) do górnego. Mogą nim być grzejniki lub ogrzewanie płaszczyznowe.
Zdecydowanie bardziej polecana jest druga opcja. To dlatego, że najlepiej gdy temperatura wody w instalacji z pompą jest możliwie niska (30-40°C). Właśnie w takiej pracuje podłogówka, ale też ogrzewanie sufitowe lub ścienne. Grzejniki ścienne mają znacznie mniejszą powierzchnię, dlatego muszą być zasilane wodą o temperaturze ponad 75°C. W związku z tym w parze z pompą ciepła typowe grzejniki stosuje głównie w remontowanych domach. Wówczas najlepszym rozwiązaniem jest często tzw. wysokotemperaturowa pompa ciepła, konstrukcyjnie przystosowana do działania przy wysokiej temperaturze wody (zwykle do 70°C).
W połączeniu z typowymi pompami efektywnie mogą zaś działać grzejniki o specjalnej konstrukcji. Najczęściej są wyposażone w ciche wentylatory wymuszające intensywny ruch powietrza przez grzejnik i efektywną wymianę ciepła, nawet przy temperaturze zasilania ok. 40°C. Stosowanie większych zwykłych grzejników daje zaś mało satysfakcjonujący efekt, bo ich moc drastycznie spada przy tak niskiej temperaturze wody.
Pozostaje jeszcze biwalentny system grzewczy, w którym źródła ciepła są dwa - obok pompy ciepła może to być np. kocioł. Taki układ również jest popularny w przypadku remontów, gdy pompę dodano do funkcjonującej już instalacji grzewczej. Przy umiarkowanej temperaturze to ona dostarcza wodę do grzejników, natomiast w czasie mrozów, gdy jest niewystarczająco wydolna lub jej działanie staje się nieekonomiczne, następuje powrót do ogrzewania za pomocą kotła.
Do wspomagania pompy może też służyć kominek z dystrybucją gorącego powietrza - w takim wariancie oba urządzenia mogą pracować równocześnie, a ich moce cieplne się sumują. Wiele pomp ma też wbudowane grzałki elektryczne. Mogą one służyć do ogrzewania, kiedy sama pompa już nie wystarcza. Są też zabezpieczeniem na wypadek jej awarii.
Kluczowym parametrem określającym skuteczność działania pompy ciepła jest COP (ang. Coefficient of Performance). Jest to stosunek otrzymanej ilości ciepła do zużytej energii napędowej.
Przykładowo, gdy COP = 5, to przy pobranej z sieci elektrycznej mocy 1 kW, ogrzejemy dom z mocą 5 kW, z czego 4 kW pozyskamy za darmo z otoczenia. W domowych instalacjach współczynnik COP pompy ciepła wynosi zazwyczaj 3-5. Sprawność tego typu urządzeń zdecydowanie przewyższa więc inne, tradycyjne urządzenia produkujące ciepło.
Drugim ważnym parametrem jest moc pompy. Jej dobór jest kwestią indywidualną. Zależy przede wszystkim od tego, jak duże są straty ciepła budynku i czy pompa ma je pokrywać samodzielnie, czy też będzie wspomagana drugim, konwencjonalnym źródłem ciepła, np. kotłem albo kominkiem. Generalnie, w nowych lub starszych, ale dobrze izolowanych domach jednorodzinnych zwykle wystarcza urządzenie o mocy nominalnej do 10 kW. Jednak w przypadku zdecydowanej większości pomp powietrznych ich moc bardzo spada wraz z obniżeniem się temperatury powietrza zewnętrznego. Dlatego trzeba koniecznie sprawdzać, dla jakiej temperatury zewnętrznej oraz jakiej temperatury wody w obiegu podano moc.
Gdy pompa zastępuje kocioł i służy do ogrzewania domu, najczęściej wykorzystywana jest również do przygotowywania ciepłej wody użytkowej (c.w.u.). Można jednak zdecydować się na zakup urządzenia, które przeznaczone jest wyłącznie do tego celu.
Wybór pomp do c.w.u. jest bardzo szeroki - różnią się mocą grzewczą (zazwyczaj od 1,5 do 4,0 kW, czyli znacznie mniejszą od modeli do ogrzewania), sprawnością i cenami (6000-8000 zł).
Jeśli pompa ma przygotowywać ciepłą wodę przez cały rok, trzeba wybrać urządzenie działające niezależnie od warunków atmosferycznych - niektóre nie mogą pracować, gdy temperatura zewnętrzna wynosi mniej niż 5°C. Można też zdecydować się na pompę, która będzie pracowała tylko przez pół roku, poza sezonem grzewczym. Dzięki temu uwolnimy się od konieczności palenia w kotle. Taki wariant, w którym pompa pełni podobną rolę do kolektorów słonecznych, jest w naszym kraju dość popularny.
Tego typu pompy wymagają zasobnika. Często jest on zintegrowany z urządzeniem (takie modele są droższe), ale można też wykorzystać istniejący zbiornik wody, który działał dotąd np. tylko z kotłem. W specyfikacji pompy trzeba sprawdzić, w jaki sposób przekazuje ona ciepło do wody. Najczęściej podłącza się ją do wężownicy w zbiorniku lub jego płaszcza wodnego. Niestety, wężownice w większości zbiorników są zbyt małe, bo projektuje się je na potrzeby kotłów, które przygotowują wodę grzewczą o temperaturze znacznie wyższej, niż pompy ciepła. Z zapewnieniem dostatecznej powierzchni wymiany ciepła nie powinno być problemu w przypadku zbiorników dwupłaszczowych. W sprzedaży są też pompy wyposażone we własny wymiennik ciepła. Zasysają one wodę ze zbiornika, a po ogrzaniu kierują ją do niego z powrotem.
Jeżeli chodzi o wielkość zasobnika - przyjmuje się przynajmniej 50 litrów na osobę. Standardem są modele o pojemności 150-200 l.
Jak wspomniano na początku, pompy ciepła mają bardzo dużo wspólnego z klimatyzatorami. Nie powinno więc dziwić, że przystosowane do tego modele można wykorzystywać również do chłodzenia budynku. Wystarczy tylko odwrócić kierunek przepływu ciepła - to pobierane z budynku jest przekazywane do dolnego źródła.
Efektywne chłodzenie wymaga jeszcze odpowiedniej instalacji po stronie źródła górnego. Najczęściej do chłodzenia wykorzystuje się klimakonwektory, czyli grzejniki wyposażone dodatkowo w wentylatory, zasilane wodą z pompy ciepła.
Jeszcze lepiej w tej funkcji sprawdzą się jednostki wewnętrzne podobne do tych stosowanych w klimatyzatorach. Jednak takie urządzenia działające w systemie powietrze/powietrze (do ogrzewania wykorzystujące nadmuch ciepłego powietrza) nie są popularne w naszym kraju.
Inny wariant to chłodzenie podłogowe, sufitowe lub ścienne. W sezonie grzewczym przez rurki płynie ciepła woda, latem zaś na potrzeby chłodzenia - woda oziębiona. Dzięki dużej powierzchni wymiany ciepła, takiej chłodzącej powierzchni nie trzeba bardzo oziębiać, żeby temperatura we wnętrzach spadła, co wpływa korzystnie na zmniejszenie kosztów działania klimatyzacji. Najlepsze pod tym względem jest ogrzewanie i chłodzenie sufitowe, bo z sufitem nie mamy bezpośredniego kontaktu (nie odczuwamy więc, na ile jest zimny), a oziębione powietrze samoistnie, powoli opada ku podłodze.
Norbert Skupiński
Na zdjęciu otwierającym: Powietrzna pompa ciepła bazuje na darmowej energii pobieranej z powietrza zewnętrznego. (fot. SAS)
Skomentuj
