Gruntowa pompa ciepła - rodzaje, zasada działania, opinie

Opublikowano: 22.05.2024Autor: Ludwika WykurzDrukujUdostępnij

Jaka jest zasada działania gruntowej pompy ciepła?

Schemat pompy ciepła z wymiennikiem gruntowym nie jest trudny do zrozumienia.

Każda pompa składa się z takich elementów jak:

• Gruntowy wymiennik ciepła (GWC) – urządzenie, w którym czynnik chłodniczy (najczęściej mieszanka wody i glikolu) przejmuje ciepło z gruntu i oddaje do urządzeń grzewczych.
• Studnia rozdzielaczowa – oddziela rury doprowadzające i odprowadzające ciepło do instalacji grzewczej.
• Rury doprowadzające – kierują ciecz do i z pompy ciepła.
• Pompa ciepła – często używa się tej nazwy w stosunku do całej instalacji, ale pompa ciepła jest przede wszystkim urządzeniem, które doprowadza podgrzaną wodę z kolektora do instalacji grzewczej i wychłodzoną z powrotem do rur rozprowadzających.

Mówiąc ogólnie, gruntowa pompa ciepła pobiera ciepło z ziemi, a płynący w rurach czynnik chłodniczy, po sprężeniu w sprężarce, oddaje wyższą temperaturę niż pobrał. To pozwala na uzyskanie dość wysokich temperatur w urządzeniach grzewczych. Zarówno pozioma jak i pionowa gruntowa pompa ciepła są więc bardzo wydajne, jeżeli zostaną prawidłowo zamontowane. Dodatkową zaletą jest uniezależnienie obiegu ciepła od warunków pogodowych. Zwłaszcza pompa pionowa jest całkowicie niezależna od tego co dzieje się na powierzchni.

Jak działa pozioma pompa ciepła?

Najpowszechniej stosowana pompa pozioma posiada kolektor, złożony z rur, w których płynie czynnik chłodniczy – najczęściej mieszanka wody i glikolu, dawniej była to również mieszanka wody z solą (solanka). Wymiennik jest układany ok. 1,2 m do 2 m pod gruntem, czyli tuż poniżej strefy przemarzania. Główny problem w tym przypadku stanowi dostępna powierzchnia na działce. Musi ona być większa od powierzchni ogrzewanej. Średnio mówi się o 150% powierzchni ogrzewanego domu, ale dużo zależy od wydajności pompy i energooszczędności samego budynku. Tak czy inaczej trzeba się przygotować na zajęcie dużej przestrzeni przez biegnące pod działką rury. Nie da się tej wielkości skondensować, „upychając” ciaśniej rury, bo grunt na terenie nie będzie w stanie zregenerować temperatury. W efekcie nastąpiłoby ochłodzenie gruntu i cała instalacja po jakimś czasie przestanie działać.

Pozioma pompa ciepła korzysta ze stabilnej temperatury pod ziemią. Nie jest to jednak temperatura tak stabilna jaką daje studnia głębinowa. Na temperaturę czynnika chłodniczego, a zatem wydajność pompy, wpływa dostępność promieni słonecznych i wód opadowych. Zwłaszcza te drugie mają ogromne znaczenie w utrzymywaniu odpowiedniego ciepła. Dlatego odradza się stawianie budynków i sadzenie zacieniających drzew na tej powierzchni.

Wielką zaletą pompy poziomej jest dość łatwy montaż i brak wymaganych pozwoleń na odwierty.

Jak działa pionowa pompa ciepła?

Wiele problemów związanych z pompą poziomą rozwiązuje zainstalowanie kolektora pionowego. Do tego potrzebne są jednak odwierty na dużej głębokości, maksymalnie może to być nawet 100-150 m. Są jednak i takie pompy, których konstrukcja nie wymaga przekroczenia 30 m głębokości.

Jak można się domyślać jest to bardziej kosztowne i trudniejsze do wykonania niż instalacja pompy poziomej. Jeżeli zamierzamy wykonać odwierty na więcej niż 30 m, to trzeba stworzyć projekt robót geologicznych i uzyskać pozwolenie. Nie obejdzie się bez profesjonalnego sprzętu.

Efekt jest jednak wart starań i ceny. Pompy pionowe są całkowicie niezależne od pogody na zewnątrz, a temperatura utrzymuje się na stałym poziomie ok. 8-10 stopni Celsjusza. Montaż pionowego kolektora ciepła zwróci się więc po już kilku latach w o wiele niższych rachunkach.

Czym się różni gruntowa pompa ciepła od innego typu pomp?

Czerpanie ciepła z ziemi jest wydajne i stabilne, ale warto porównać pompy gruntowe z urządzeniami wykorzystującymi inne źródło tzw. dolne.

Pompa wodna pozioma – jest możliwa do założenia tylko jeżeli na działce istnieje zbiornik wodny. Nośnikiem ciepła w instalacji staje się sama woda gruntowa. W pewnym sensie jest to wymiennik gruntowy, ale korzystający z innego źródła ciepła w gruncie.

Pompa wodna pionowa – wymaga studni głębinowej do pobrania i oddania wody gruntowej.

Obie pompy wodne wykorzystują stałą temperaturę wód podziemnych. Ich zaletą jest wyższa wydajność w stosunku do pomp gruntowych, co oznacza też mniejsze zapotrzebowanie na energię elektryczną. Oczywiście nie na każdej działce da się założyć taką instalację. Dodatkowo pompy, które wykorzystują zwykłą wodę gruntową wymagają po jakimś czasie czyszczenia lub wymiany.

Pompy powietrzne – pompy podłączone do instalacji CWU (ciepłej wody użytkowej) lub wentylacji, które pobierają ciepło z powietrza. Są łatwe w instalacji, tanie, zajmują mało miejsca. Niestety są też bardziej zawodne w naszym klimacie, bo zależne od temperatury na zewnątrz. Całkowite zaprzestanie ogrzewania dotyczy jednak naprawdę siarczystych mrozów. Przez większość roku można z nich bez problemu korzystać. Zużywają natomiast więcej prądu niż gruntowe.

Porównując wszystkie rodzaje pomp można powiedzieć, że gruntowe są optymalne, jeżeli stać nas na dużą inwestycję początkową i jeśli mamy odpowiednio dużą działkę w stosunku do powierzchni budynku. Oczywiście użytkownicy różnych rodzajów pomp mogą mieć różne opinie. Najważniejsze to dobrać urządzenie najlepsze w naszej konkretnej sytuacji.

Cena gruntowej pompy ciepła i jej montażu

Cena gruntowej pompy ciepła zależy od wielu czynników. Już sam wymiennik gruntowy jest dość drogi. Koszt montażu całej instalacji będzie zależał od rodzaju wymiennika (jaką ma moc i współczynnik COP), powierzchni ogrzewanego budynku, jakości dociepleń itp. W przypadku pompy głębinowej cena odwiertów zależy od przewidywanej głębokości i rodzaju skał pod ziemią. Tu znajdziesz szacunkowe ceny odwiertów. Jeżeli gruntowa pompa ciepła jest zakładana w starym domu, to konieczna może się okazać nowa instalacja grzewcza oraz nowoczesne docieplenie budynku. Opcjonalnie można doliczyć założenie fotowoltaiki, które zasilą instalację energią elektryczną.

Czytaj również: Ceny instalacji fotowoltaicznej

Czytaj również: Fotowoltaika + pompa ciepła - koszt inwestycji vs. oszczędności

Z powyższych powodów nie da się podać jednej, orientacyjnej ceny. Poniżej postaramy się odpowiedzieć na pytanie, ile kosztuje gruntowa pompa ciepła:

• Cena pompy gruntowej – 30-50 tys.
• Koszt zakupu z montażem – 45-80 tys. w zależności od potrzeby odwiertu pionowego
• Możliwe dodatkowe koszty: instalacja ogrzewania podłogowego 80-180 zł/m², docieplenie styropianem ok. 80 zł/m².

Trzeba pamiętać, że wszystkie podane wyżej ceny są tylko orientacyjne. Nie uwzględniają szczególnych przypadków np. jakości terenu, rodzaju wybieranych materiałów, różnic regionalnych w cenach itp. Chcąc wiedzieć ile będzie kosztowała cała instalacja najlepiej zacząć od sprawdzenia ceny pompy ciepła z montażem w swoim mieście. Dokładne poznanie kosztu w naszym konkretnym przypadku można uzyskać po wycenie wykonanej przez pracownika firmy, z której usług chcemy skorzystać.

Jak obliczyć zapotrzebowanie na energię cieplną budynku?

Warto przeprowadzić samemu wstępną ocenę zapotrzebowania budynku na energię cieplną. Dzięki temu będziemy mogli wstępnie wybrać rodzaj wymiennika gruntowego i moc pompy. Najbardziej efektywne jest obliczenie ile kilowatogodzin na metr kwadratowy dany budynek będzie potrzebował w ciągu jednego roku. Obliczeń nie wykonuje się bardzo precyzyjnie, bo do tego potrzeba by specjalistycznych urządzeń. Zamiast tego można skorzystać z kalkulatora online lub gotowych, średnich wyliczeń dla różnych typów budynku. Przykładowo dom energooszczędny zużywa ok. 50 kWh/m² rocznie, przeciętne mieszkanie w domu wielorodzinnym ok. 70-80kWh/m², a starego typu budynek wolno stojący nawet do 150 kWh/m². Podstawowe zapotrzebowanie mnożymy przez powierzchnię, która ma zostać ogrzana. Dla powierzchni 150 metrów kwadratowych w domu energooszczędnym będzie to już ok. 7500 kWh/rok.

Jeżeli dodatkowo kolektor ma podgrzewać wodę użytkową, trzeba dodać ile kilowatów zużywa się w danym domu na podgrzanie wody (ok. 1 kW na 200-240 litrów przy czterech domownikach).

Przeczytaj także: Jakie grzejniki do pompy ciepła wybrać?

COP i inne dane o pompie ciepła

Kupując pompę ciepła zakładamy, że zużyje jak najmniej energii elektrycznej, a wytworzy jak najwięcej energii cieplnej. Żeby było to możliwe musi mieć wysoki współczynnik wydajności, zwany po angielsku Coefficient of Performance (COP). Liczba COP zależy od stosunku mocy grzewczej do poboru mocy. Jeżeli mamy więc pompę o COP=4 znaczy to, że pobierając 1kWh energii elektrycznej pompa jest w stanie oddać ciepło 4 kWh.

Od współczynnika COP zależy wiele decyzji związanych z instalacją pompy ciepła gruntowej. Trzeba jednak znać też jej moc grzewczą, a dla własnego spokoju również głośność pracy.

Osoby korzystające z kilku źródeł ciepła powinny jeszcze wziąć pod uwagę współczynnik biwalentności. Wskazuje on jaką część zapotrzebowania domu na energię cieplną pokrywamy za pomocą pompy. Znając ten współczynnik możemy obliczyć faktyczne zapotrzebowanie na moc grzewczą z tego źródła. Pozwoli to optymalnie wykorzystać to i inne urządzenia, co wpłynie na coroczne rachunki i komfort odpowiedniej temperatury w domu. Współczynnik biwalentności (Kb) domyślnie wynosi 1=100% zapotrzebowania na moc grzewczą. 0,7 oznacza, że pompa gruntowa pokrywa 70% zapotrzebownia, a 0,5=50% itp.

Jak go wykorzystać w całkowitych obliczeniach? Pg(moc grzewcza) = Kc (współczynnik cieplny) x powierzchnia ogrzewana x Kb (współczynnik biwalentności) + moc podgrzania CWU.

Czy gruntowa pompa ciepła daje oszczędności w ekspoatacji?

Czego byśmy nie powiedzieli o pompach ciepła, większość opinii o samych kosztach ogrzewania domu pompą ciepła jest pozytywna. Ciepło z ziemi jest stabilne, niezależne od warunków zewnętrznych, a praca prawie bezobsługowa. Żeby jak najlepiej skorzystać z dobrodziejstw tej technologii trzeba dobrze dopasować wielkość kolektora, moc i rodzaj pompy do potrzeb grzewczych budynku.

Unikanie błędów przy montażu

Najlepszym sposobem na uniknięcie błędów przy montażu, jest zatrudnienie doświadczonych fachowców. Warto jednak wiedzieć coś na temat typowych błędów, żeby można było jak najlepiej wykorzystać zalety instalacji. Oto częste pomyłki przy montowaniu pomp:

1. Błędne obliczenie zapotrzebowania na ciepło
2. Błędne wymiarowanie mocy pompy ciepła – jeżeli moc jest za niska, to nie będzie odpowiednio grzała, jeżeli jest za wysoka, eksploatacja stanie się droższa niż powinna. Zbyt duża moc pompy ciepła może też powodować nieprawidłową pracę urządzenia.
3. Za mały wymiennik gruntowy – nie pobiera wystarczającej ilości ciepła, wpływa na nieprawidłową pracę pompy, wychładza grunt bez możliwości regeneracji ciepła. W najgorszym przypadku dojdzie do zamrożenia gruntu i zatrzymania pracy urządzenia.
4. Za mała wężownica zasobnika CWU – pompy ciepła pracują w niższych temperaturach niż np. kotły grzewcze. Niższą temperaturę kompensują większą powierzchnią ogrzewania. Dlatego wężownica zasobnika musi być specjalnie dobrana do źródła dolnego. To samo dotyczy instalacji grzewczej. W przypadku pomp ciepła optymalnym rozwiązaniem jest ogrzewanie podłogowe. Jednak pompy gruntowe, bardziej niż powietrzne, radzą sobie też ogrzewaniem grzejników.
5. Niewłaściwe umieszczenie wymiennika gruntowego – od zbyt gęstego ułożenia rur, przez umiejscowienie na powierzchni podatnej na podmycie czy erozję, po niewłaściwie wykonane odwierty do kolektora pionowego. Wszystkie te błędy skutkują zmniejszeniem zdolności do pobierania optymalnej ilości ciepła i przekazaniem jej do budynku.

Przeczytaj także: Negatywne opinie o pompach ciepła

Jeżeli udało się zainstalować pompę i nie było większych problemów w ciągu roku, to przed tym czasem należy przeprowadzić serwisowanie. Dzięki niemu profesjonalna ekipa oceni czy urządzenia działają prawidłowo. Taka usługa kosztuje około 400 zł i pozwala uzyskać gwarancję. Prawidłowo zamontowana pompa ciepła powinna działać przez następne 25-30 lat.

Jak zagospodarować przestrzeń nad kolektorem poziomym?

Na koniec kilka słów o problemie, który często bywa pomijany. Poziomy wymiennik gruntowy może zajmować ponad 100 m² powierzchni. Żeby zapobiec całkowitej erozji ziemi w tym miejscu lub po prostu zakryć szpetny kawałek działki można posadzić rośliny okrywowe lub prowadzić ogródek warzywny. Zaleca się rośliny o płytkim systemie korzeniowym. Opinie są jednak podzielone. Można się spotkać z poradami samych producentów, którzy nie odradzają nawet sadzenia drzewek czy krzewów owocowych. Do takich rad trzeba podchodzić ostrożnie. Trawy ozdobne, rośliny okrywowe lub miejsce zabaw dla dzieci, to optymalny sposób na wykorzystanie miejsca.

Sadząc rośliny możemy się spodziewać nieznacznego przesunięcia okresu wegetacyjnego, ponieważ część ciepła z ziemi zasila naszą instalację grzewczą i CWU.

Jeżeli szukasz dodatkowych informacji na temat działania gruntowej pompy ciepła, zachęcamy też do artykułu naszego partnera, który dogłębniej opisuje niektóre aspekty.