Czy pompą ciepła można ogrzewać basen?

Popularność pomp ciepła bardzo wzrosła w ostatnich latach. W szczególności dotyczy to pomp przeznaczonych tylko do przygotowywania c.w.u. - to one najszybciej ciągną ku górze statystyki sprzedaży.

To zainteresowanie jest jak najbardziej uzasadnione, bo to urządzenia łatwe do zainstalowania, bezobsługowe, tanie w eksploatacji i niezbyt kosztowne w zakupie. Jednak żeby dobrać je właściwie, musimy wiedzieć, co w zasadniczy sposób różni je od konwencjonalnych podgrzewaczy wody.

Infografika: Jakie pompy ciepła kupują Polacy?

Jak działa pompa ciepła?

Każda pompa ciepła działa według tych samych zasad. W największym uproszczeniu można powiedzieć, że umożliwia ona ruch ciepła od ciała chłodniejszego do cieplejszego, czyli w kierunku przeciwnym do naturalnego. Powszechnie znanymi i wykorzystywanymi pompami ciepła są lodówki i klimatyzatory. Lodówka przecież odbiera ciepło z umieszczonych w jej wnętrzu produktów i oddaje je do otoczenia, chociaż to w jej wnętrzu jest zdecydowanie zimniej.

Z kolei wszystkie pompy do c.w.u. odbierają ciepło z powietrza i przekazują je wodzie. Żeby działać potrzebują prądu (zasilanie sprężarki), ale ostatecznie pozyskują 2-4 razy więcej ciepła, niż wynosi zużycie energii elektrycznej. To jaka jest ich efektywność energetyczna opisuje współczynnik sprawności COP (coefficient of performance). Jeżeli wynosi np. 3, to znaczy, że pompa zużywając 1 kWh energii elektrycznej oddaje 3 kWh ciepła.

Jakie zalety ma basenowa pompa ciepła?

Specjalnie dla Was poznaliśmy, jak działa powietrzna pompa ciepła PCWB Hewalex, której zadaniem jest ogrzewanie i chłodzenie wody w basenie.

Oczywiście, ta dodatkowa energia nie bierze się znikąd, pozostałe 2 kWh to właśnie ciepło pozyskane z powietrza. Tu trzeba koniecznie zapamiętać, że COP nie jest wartością stałą, co czasem próbują wmawiać niezorientowanemu klientowi sprzedawcy. Rośnie wraz ze wzrostem temperatury powietrza, maleje zaś, gdy wymusimy mocniejsze podgrzanie wody. Innymi słowy, pompa będzie pracować znacznie efektywniej czerpiąc powietrze o temperaturze +20°C niż +10°C. Z kolei lepiej, jeżeli woda podgrzewana jest do 40°C niż 50°C.

Są tu jednak pewne wyjątki, zależnie od zastosowanego czynnika roboczego (gazu) sprężanego w pompie i konstrukcji urządzenia. Dla jednych te 50°C może stanowić granice możliwości, podczas gdy inne bez trudu osiągną nawet 60-70°C. Przekonamy się, że te zależności trzeba uwzględniać, wybierając skąd pompa ma czerpać powietrze, w jakich godzinach pracować, czy jakiej wielkości i rodzaju mieć zbiornik.

Infografika: Ile wody potrzebujemy?

Kto powinien zainstalować pompę ciepła do c.w.u.?

Pompa ciepła do c.w.u. jest atrakcyjna dla wszystkich, którzy:

• szukają sposobu na tanie przygotowywanie ciepłej wody, im większe jest zapotrzebowanie na nią, tym bardziej uzasadniona jest to inwestycja;
• chcą mieć system bezobsługowy, który nie wymaga żadnego nadzoru ze strony użytkownika. Mogą to być także właściciele kotłów na paliwa stałe, bo pompa ciepła uwolni ich od konieczności rozpalania poza sezonem grzewczym;
• cenią rozwiązania proekologiczne. Pompa wymaga wprawdzie energii elektrycznej, lecz zużywa jej kilka razy mniej niż grzałka elektryczna, a przy tym może to być prąd wytworzony dzięki własnym panelom słonecznym;
• poszukują rozwiązania prostego w instalacji, które nie wymaga dużego zakresu prac w budynku. Pompy ciepła mają tu sporą przewagę nad kolektorami słonecznymi, których założenie wymaga prac na dachu, zrobienia przepustów na rury przez pokrycie dachowe itd.

Trzeba przy tym zaznaczyć, że pompy ciepła do c.w.u. zwykle współpracują z drugim, konwencjonalnym, źródłem ciepła. Najczęściej jest to kocioł albo grzałka elektryczna. Wynika to z faktu, że większość tych urządzeń nie może pracować, gdy temperatura czerpanego powietrza jest ujemna. Granicą może być +5°C, ale równie dobrze -10°C. To zasadniczy parametr, który musimy sprawdzić przed zakupem!

Osobną grupę odbiorców stanowią właściciele przydomowych basenów. W ich przypadku, pompa może być bardzo dobrym technicznie i ekonomicznie uzasadnionym wyborem. Jednak pompy basenowe to urządzenia o zupełnie innej charakterystyce pracy, dlatego omówimy je nieco dalej w osobnym podrozdziale.

Pompa ciepła ogrzewająca budynek zwykle zapewnia też c.w.u. Jeżeli ją mamy, to nie warto kupować oddzielnego urządzenia tylko do ciepłej wody. (fot. Nibe-Biawar)

Jaki dobrać zbiornik do pompy ciepła?

Pompy do c.w.u. współpracują ze zbiornikiem ciepłej wody - zintegrowanym lub osobnym. Pod pewnymi warunkami może to być zasobnik już wcześniej założony w instalacji i współpracujący np. z kotłem. W każdym razie nigdy nie jest to przepływowe ogrzewanie wody, stosowane w kotłach dwufunkcyjnych i ogrzewaczach przepływowych gazowych lub elektrycznych.

Dlatego zapamiętajmy, że zbiornik zawsze będzie potrzebny i zajmie on więcej miejsca, niż sama pompa. To bardzo ważne, gdyż trzeba na niego wygospodarować miejsce. Najczęściej taki zbiornik ma ok. 200 l. Ze względu na sporą masę i wielkość, są to zasobniki stojące. Czyli musimy przewidzieć, gdzie wstawimy całkiem sporą "beczkę" o średnicy ok. 0,5 m.

Jakie są zalety pompy ciepła do ogrzewania basenu?

Czy wiesz, że można dobrać pompę o do małego basenu (o mocy 3,5-13 kW) i basenu profesjonalnego (9-28 kW ze sprężarką inwerterową)?

Są dwa zasadnicze powody dla których pompa ciepła nie może działać jako urządzenie przepływowe. Pierwszym jest niewielka moc grzewcza. Najczęściej to 1-2 kW, czyli tyle co typowa grzałka elektryczna. Zdarzają się mocniejsze, do 4 kW, ale i tak wystarczyłoby to jedynie na potrzeby jednej umywalki nad którą myjemy ręce. Na prysznic potrzeba 4-5 razy więcej.

Druga przyczyna to nieuniknione przy podgrzewaniu przepływowym krótkie cykle pracy, bo przecież jak długo można myć ręce? Jednak takie włączanie często, ale tylko na kilka minut w krótkim czasie doprowadziłoby do uszkodzenia sprężarki pompy. Powinna ona jednorazowo pracować przynajmniej kilkanaście minut. Optimum to zaś długa praca nawet przez kilka godzin.

Jaka powinna być z kolei pojemność zasobnika wody? Standardowo przyjmuje się przynajmniej 50 l na jednego mieszkańca domu.

Jednak to tylko bardzo zgrubny szacunek i należy dodać jeszcze przynajmniej dwa kryteria:

• pojemność zbiornika powinna być co najmniej równa pojemności największego odbiornika ciepłej wody, czyli zwykle wanny. Pamiętajmy, że ze względu na ograniczoną moc cieplną pompa nie będzie w stanie szybko podgrzać nowej porcji wody;
• najlepiej żeby pojemność zbiornika była wystarczająca, aby korzystać z niej już bez mieszania z zimną. Mocniejsze podgrzanie, a następnie wymieszanie z zimną, żeby ostatecznie mieć więcej wody o pożądanej temperaturze dobrze sprawdza się, gdy korzystamy z kotła. W przypadku pompy spowoduje to wyraźnie odczuwalny spadek jej sprawności.

Podsumowując, trzeba sobie zdawać sprawę, że optymalnie dobrany zbiornik w systemie z pompą powinien być większy niż, gdy źródłem ciepła jest kocioł. To szczególnie ważne dla tych, którzy z powodzeniem używali np. zbiornika 80 l w domu z 4 osobami. Na potrzeby pompy to przynajmniej dwa razy za mało.

W przypadku pomp do ogrzewania budynku ze zintegrowanym zbiornikiem c.w.u., to właśnie on determinuje ostateczne wymiary całego urządzenia. Zwykle ma 200–300 l. (fot. Alpha Innotec (Hydro-Tech))

Ponadto zasadniczą cechą pompy jest niska temperatura pracy. Dlatego wymaga specjalnego zasobnika o dużej powierzchni wymiany ciepła. To trochę tak jak z podłogówką, czy innym ogrzewaniem płaszczyznowym - nawet przy niskiej temperaturze w obiegu grzewczym wymiana ciepła jest efektywna, jeżeli zrównoważy ją duża powierzchnia wymiany ciepła.

Dlatego w układach z pompą ciepła często spotyka się nietypowe w innych systemach grzewczych rozwiązania:

• skraplacz z gazowym czynnikiem roboczym pompy owinięty wokół zasobnika lub zanurzony bezpośrednio w wodzie. W ten sposób nie tylko zyskujemy dużą powierzchnię wymiany ciepła, ale jeszcze zwiększamy jego efektywność eliminując wymiennik ciepła. To rozwiązanie możliwe tylko w przypadku pomp zblokowanych fabrycznie z zasobnikiem wody;
• odrębny wymiennik ciepła jako część pompy. Znakomicie ułatwia to wykorzystanie istniejących zbiorników c.w.u., bo wystarczy przyłączyć pompę do 2 króćców zasobnika, choćby przez trójnik na wlocie i wylocie wody. Taki zbiornik nie musi mieć przy tym wężownicy ani płaszcza wodnego;
• bardzo duża wężownica w zasobniku. Takie stosuje się także w przypadku kolektorów słonecznych (tzw. zasobniki solarne), bo zwiększenie powierzchni wymiany ciepła poprawia jego efektywność;
• wymiennik dwupłaszczowy, czyli znów dający dużą powierzchnię wymiany ciepła.

Oczywiście, w praktyce możliwe są także systemy mieszane, choćby wężownica i płaszcz wodny. Wówczas pompę ciepła przyłączamy do płaszcza, który zapewnia większą powierzchnię wymiany ciepła, zaś kocioł do wężownicy. Dość często zasobnik zblokowany z pompą ma z kolei wbudowaną jedną lub nawet dwie wężownice, żeby dało się wykorzystać także kocioł albo kolektory słoneczne.

Skąd czerpać powietrze do instalacji z pompą ciepła?

Najprostszy wariant instalacji pompy do c.w.u. to ustawienie jej wewnątrz budynku, przyłączenie 2 rur (dopływu zimnej oraz odpływu ciepłej) oraz włożenie wtyczki do gniazdka elektrycznego. Wówczas pompa czerpie powietrze z wnętrza budynku, odbiera z niego ciepło i znów wyrzuca je do pomieszczeń. Taki obieg zamknięty. Niektóre pompy mogą działać tylko w ten sposób, po prostu nie przewidziano w nich odpowiednich króćców do przyłączenia rur powietrznych.

Ma to sens latem, kiedy schłodzenie powietrza w budynku bywa nawet bardzo pożądane. Zimą jednak to bez sensu, bo będziemy ogrzewać powietrze w domu korzystając z instalacji c.o., następnie schładzać je pompą, po czym znów ogrzewać. W takiej sytuacji w czasie sezonu grzewczego lepiej po prostu przyłączyć zasobnik pompy do instalacji grzewczej z kotłem.

Większe możliwości dają pompy wyposażone w króćce do których przyłącza się rury powietrzne - doprowadzającą i odprowadzającą. Wówczas najczęściej wyprowadza się je przez ścianę zewnętrzną, ale dodaje też trójniki z przepustnicami. Dzięki temu w każdej chwili możemy zdecydować, czy pompa ma pracować, wykorzystując powietrze zewnętrzne, czy wewnętrzne. W najprostszej wersji przepustnice przestawiamy ręcznie, a w nieco bardziej zaawansowanej stanie się to automatycznie - wystarczy czujnik temperatury i elektryczne siłowniki.

Możliwy jest też wariant, w którym pompę zasila zużyte powietrze wentylacyjne pochodzące z domu. Tak może działać mechaniczna wentylacja wyciągowa albo wentylacja nawiewno-wywiewna z odzyskiem ciepła, czyli rekuperatorem. W pierwszym przypadku, też mamy faktycznie odzysk ciepła, tyle że służy ono nie do podgrzania powietrza wentylacyjnego, lecz ciepłej wody.

Nie jest to jednak rozwiązanie zastępujące rekuperator. Przede wszystkim dlatego, że centrala wentylacyjna działa stale odzyskując ciepło 24 h na dobę, natomiast pompa ciepła będzie działać zaledwie kilka godzin dziennie. Ponadto dopasowanie intensywności wentylacji domu oraz zapotrzebowania pompy ciepła na powietrze może być trudne. Pompy wymagają zwykle przepływu powietrza na poziomie przynajmniej 200 m3/h.

W typowym domu jednorodzinnym, to w zupełności wystarczająca wartość wymiany powietrza, dlatego koniecznie sprawdźmy, czy pompa, którą planujemy kupić nie potrzebuje więcej. Jeżeli tak, to działanie pompy wymagałoby swoistej hiperwentylacji domu.

Natomiast bardzo dobrze jeżeli uda się dopasować przepływ powietrza centrali wentylacyjnej oraz pompy ciepła. Wówczas centrala pracuje zupełnie normalnie, a przy tym opuszczające ją powietrze i tak jest zawsze kilka stopni cieplejsze od zewnętrznego. Pompa działa więc w korzystniejszych warunkach. Tego rodzaju układy sprawdzają się najlepiej w postaci tzw. central grzewczo-wentylacyjnych. W nich pompa ciepła i centrala wentylacyjna są już fabrycznie odpowiednio dopasowane pod względem wydajności, zaś automatyka dba o jak najlepszą współpracę i najwyższą efektywność energetyczną. Prawdopodobnie właśnie w tym kierunku będzie zmierzać nowoczesne budownictwo.

Zdecydowanie najrzadziej spotyka się zaś pompy do c.w.u. zbudowane w sposób analogiczny do klimatyzatorów typu split. Mamy tu jednostkę zewnętrzną ze stosunkowo głośną sprężarką oraz moduł wewnętrzny ze zbiornikiem wody. Łączą je rurki, którymi przepływa gazowy czynnik roboczy. Takie pompy pracują wykorzystując wyłącznie powietrze zewnętrzne. Ich istotną zaletą jest to, że wewnątrz budynku nie słychać ich pracy. Jednak montaż wymaga specjalistycznych narzędzi i i wiedzy, a to utrudnienie i ostatecznie również wzrost kosztów.

Czy warto schładzać i osuszać budynek za pomocą pompy ciepła do c.w.u.?

W cieplejszych porach roku, a przede wszystkim w czasie upałów, pompa do c.w.u. może posłużyć do chłodzenia budynku. Trzeba jednak z góry uprzedzić, że nie zastąpi ona prawdziwej instalacji klimatyzacyjnej. To, że będzie czerpać powietrze z wnętrza domu, a następnie oddawać je schłodzone, potraktujmy raczej jako uboczną korzyść z taniego i ekologicznego przygotowywania c.w.u.

Z jednej strony, jest to spowodowane ograniczoną mocą i przepływem powietrza. Z drugiej, trudno o dobre rozdysponowanie takiego schłodzonego powietrza po domu. Nie będziemy przecież wstawiać pompy do nagrzewających się sypialni na poddaszu ani do salonu z dużymi przeszkleniami. Nie poprowadzimy do tych wnętrz także rur wentylacyjnych o średnicy kilkunastu centymetrów.

W praktyce chcąc schłodzić wnętrza mieszkalne, pozostawimy po prostu otwarte drzwi do pomieszczenia gospodarczego, w którym stoi pompa. Świetnie sprawdzi się też ona do ochładzania w ciepłym sezonie pomieszczenia gospodarczego pełniącego funkcję spiżarni.

Kolejnym ubocznym efektem pracy pomp ciepła do c.w.u., a także klimatyzatorów jest osuszanie schładzanego powietrza. Wynika to nieuchronnie z praw fizyki. Ilość pary wodnej, którą jest w stanie przyjąć powietrze rośnie wraz z jego temperaturą. Jeżeli będziemy ochładzać ciepłe i wilgotne powietrze, to w końcu przekroczymy tzw. punkt rosy. Wówczas para wodna zawarta w powietrzu ulegnie skropleniu.

Dlatego właśnie powietrzne pompy ciepła i klimatyzatory mają przewidziany odpływ skroplin. Oczywiście, jeżeli takie ochłodzone powietrze znów trafi do pomieszczenia, to będzie zdecydowanie bardziej suche. Można to zjawisko wykorzystać na naszą korzyść, np. zasilając pompę powietrzem z nadmiernie wilgotnej piwnicy. Ale i osuszenie powietrza we wnętrzach mieszkalnych odczuwalnie zmniejsza dokuczliwość upałów.

Jednak jeszcze raz powtórzmy - chłodzenie i osuszanie powietrza we wnętrzach to taki uboczny efekt działania pompy. Nie zastąpi ona pod względem wydajności ani klimatyzatora, ani osuszacza.

Co wyróżnia pompy basenowe?

Pompy przeznaczone do podgrzewania wody w basenie to specjalna grupa urządzeń. Dla laika, na pierwszy rzut oka, mogą wydać się podobne do pomp przeznaczonych do ogrzewania budynku. W końcu też wykorzystują powietrze zewnętrzne, a ich moc grzewcza może przekraczać nawet 20 kW. Jednak to skojarzenie jest całkowicie fałszywe.

Pompy basenowe to urządzenia ściśle wyspecjalizowane. Nawet jeżeli mają wysoką moc, to nie nadają się do przygotowywania c.w.u. (fot. Iglotech/Neoheat.pl)

Pompy basenowe absolutnie nie nadają się do ogrzewania budynków, ani też do przygotowywania c.w.u. przeznaczonej do mycia. To urządzenia bardzo wyspecjalizowane, świetnie sprawdzające się przy ogrzewaniu basenów od wiosny do jesieni. Nieprzypadkowo pomijamy tu sezon zimowy, bo do ogrzewania krytego basenu przez cały rok potrzebna będzie pompa taka jak do ogrzewania budynku, a nie basenowa.

Pompy basenowe są bowiem przeznaczone do pracy przy temperaturze powietrza zewnętrznego wynoszącej przynajmniej kilkanaście °C. Zwykle nie mają w ogóle układów zapobiegających zamarzaniu skroplin, czyli wilgoci kondensującej w ochładzanym powietrzu. A takie zjawisko może zachodzić już przy temperaturze powietrza zewnętrznego ok. +5°C. Wczesną wiosną i późną jesienią nie będziemy mogli już z nich korzystać.

Ta cecha bardzo wyraźnie wskazuje na ich przeznaczenie - przewidziano je do ogrzewania odkrytych, używanych sezonowo basenów. Mogą to być przy tym baseny stałe, z niecką umieszczoną w gruncie, jak i mniejsze, rozpinane na stelażach.

Pompa basenowa nie musi być zamontowana na stałe. Poza sezonem łatwo ją odłączymy i przeniesiemy np. do garażu. (fot. Hewalex)

Drugą charakterystyczną cechą jest sposób podgrzewania wody. Robią to przepływowo, wykorzystując własny wymiennik ciepła. Przepływ wody jest duży, ale za to różnica temperatury na wlocie i wylocie niewielka, zaledwie kilka °C. To zupełnie inaczej niż w przypadku pomp do c.w.u., które wodę zgromadzoną w zbiorniku o względnie małej pojemności (do 300 l) podgrzewają od ok. 10 do przynajmniej 40°C. A w basenie mamy przecież nawet kilkadziesiąt tysięcy litrów!

Z tych względów zupełnie inaczej niż w przypadku pomp do ogrzewania budynków dobiera się ich moc. Pompa ogrzewająca dom powinna z założenia mieć moc dokładnie dopasowaną do zapotrzebowania na ciepło. Natomiast pompa basenowa podgrzewa przepływowo ogromną ilość wody. Stąd duże moce. Taki sam basen przydomowy - o objętości np. 20 m3 - może obsługiwać zarówno pompa o mocy 10 kW jak i 30 kW.

Nie ma obawy, że minimalny czas pracy będzie zbyt krótki i odbije się negatywnie na trwałości sprężarki. Tym co nas ogranicza przy wyborze jest przede wszystkim cena rosnąca wraz z mocą, zapotrzebowanie na moc elektryczną, oraz hałas generowany przez odpowiednio większe wentylatory.

Redaktor: Jarosław Antkiewicz
Na zdjęciu otwierającym: W sezonie grzewczym c.w.u. podgrzewa kocioł. Natomiast w cieplejszych miesiącach robi to pompa pracująca na powietrzu zewnętrznym. (fot. Galmet)