Ciepło można pobierać z ziemi, wody lub powietrza. Wybór źródła ciepła, czyli tzw. dolnego źródła, ma decydujący wpływ na koszty inwestycji, podstawowe parametry instalacji z pompą ciepła i niezawodność jej działania. To najważniejsza decyzja.
(fot. Rehau)
Instalacja grzewcza z pompą ciepła składa się z trzech zasadniczych części:
źródła dolnego;
węzła cieplnego, którego najważniejszym elementem jest pompa ciepła;
źródła górnego.
Źródło górne grzeje pomieszczenia – to podłogówka, grzejniki lub jedno i drugie. Energię cieplną dostarcza do źródła górnego pompa ciepła. Jest to energia pobierana przez pompę ciepła z powietrza, wody lub gruntu za pomocą instalacji nazywanej źródłem dolnym.
Źródło dolne decyduje o jakości całego systemu grzewczego.
Każda pompa ciepła zawsze zrobi swoje – „przepompuje” ciepło ze źródła dolnego do górnego, jeśli tylko źródło dolne jest odpowiednio wydajne. Jeśli źródło dolne jest źle wybrane, źle zaprojektowane lub źle wykonane, nawet najlepsza pompa ciepła nic nie pomoże. Wiadomo, że sprawność ogrzewania pompą ciepła, określana współczynnikiem efektywności COP (Coefficient of Performance), jest tym większa, im mniejsza jest różnica temperatury ΔT między źródłem górnym (T2) a źródłem dolnym (T1), tj.
Zatem im wyższa temperatura źródła dolnego T2, tym większa sprawność ogrzewania. Najcieplejszym źródłem dolnym może być sztuczne źródło ciepła, takie jak ścieki, woda powrotna w systemach ciepłowniczych, inne ciecze, gazy lub powietrze ogrzewane w jakimś procesie technologicznym. Możliwości takich rozwiązań istnieją w przemyśle lub budownictwie komunalnym, natomiast bardzo rzadko zdarzają się w domach jednorodzinnych.
Pozostają nam źródła naturalne (odnawialne), wymienione na rys. 2 i przedstawione schematycznie na rys. 3. Najwyższą temperaturę ma woda gruntowa, ok. 10°C, niezależnie od głębokości i pory roku. Rozwiązanie z wodą gruntową jako dolnym źródłem jest więc bardzo korzystne pod względem sprawności (COP osiąga wartości 5÷6), niezbyt drogie inwestycyjnie, ale wymaga sprawdzenia parametrów wody, której zanieczyszczenia mogą powodować korozję wymiennika ciepła lub powstawanie osadów.
Kolektor gruntowy to kilkaset metrów zakopanej w ziemi rury napełnionej roztworem glikolu, nazywanym zwyczajowo solanką. Może być poziomy (płaski lub spiralny) zakopany na głębokość ok. 1,5 m pod powierzchnią gruntu lub pionowy w odwiertach o głębokości od 30 do 200 m.
Glikol krążący w kolektorze gruntowym ma zwykle temperaturę od –2 do +5°C, w pierwszym przybliżeniu przyjmuje się 0°C. Sprawność systemów z kolektorem gruntowym napełnionym glikolem jest nieco gorsza niż dla wody gruntowej (COP=4÷5). Wyższe są koszty inwestycyjne, kłopotliwe jest zaangażowanie dużej powierzchni działki (dla kolektora poziomego), ale jest to rozwiązanie o wysokim stopniu niezawodności, gdyż układ zamknięty jest niewrażliwy na zanieczyszczenia czy ewentualne zmiany warunków hydrogeologicznych.
Najtańsze, bo niewymagające żadnych prac inwestycyjnych jest wykorzystanie powietrza jako dolnego źródła. Największym mankamentem tego rozwiązania są sezonowe i pogodowe zmiany temperatury powietrza, przy czym najgorsze warunki są w zimie, kiedy pompa ciepła jest mocno eksploatowana, a jej sprawność spada w miarę obniżania się temperatury powietrza (dla T poniżej –10°C współczynnik COP wynosi zaledwie 2÷3). Jako dolne źródło może też być wykorzystane powietrze wewnątrz domu (5–20°C), ale dotyczy to ograniczonych zastosowań pompy ciepła wyłącznie do wytwarzania c.w.u. lub do klimatyzacji (w roli rekuperatora).
