Jak działają pompy ciepła do ogrzewania domu?

Zasada ogrzewania pompą ciepła

Pompa ciepła nie wytwarza ciepła, ale tylko je przekazuje ze źródła niższej temperaturze do cieplejszego ośrodka. Niewielka ilość ciepła, jako swego rodzaju produkt uboczny, może się pojawiać na skutek pracy sprężarki. Zasada działania pompy ciepła jest podobna do pracy lodówki. Podczas gdy lodówka zbiera ciepło z wnętrza i przekazuje je na zewnątrz, pompa ciepła ma schemat dokładnie odwrotny: ciepło z przestrzeni zewnętrznej przekazuje do domu.

Do zasilania sprężarki i urządzeń pomocniczych, potrzebna jest energia elektryczna w stosunkowo niewielkich ilościach, które gwarantują rentowność inwestycji w ogrzewanie pompą ciepła. Ogrzewanie pompą ciepła zużywa niewiele prądu i dlatego jest tańsze od innych rodzajów, zwłaszcza jeśli do dyspozycji jest własna fotowoltaika. Do równie ekologicznych metod ogrzewania należą kotły opalane trocinami i odpadami drzewnymi, z czego robi się pellet (granulki, umożliwiające automatyczną obsługę kotła). W zależności od czynnika, który jest źródłem ciepła, pompy różnią się nieco technologią i ceną. Pobierane przez pompę ciepło może pochodzić z otaczającego powietrza, wody albo gruntu.

Pobieranie ciepła odbywa się poprzez krążącą w systemie ciecz, a pompa powietrzna zasysa zewnętrzne powietrze i dostarcza ciepło bezpośrednio do czynnika chłodniczego. W wymienniku ciepła czynnik chłodniczy paruje i jest pobierany przez sprężarkę. Sprężony i tym samym podgrzany czynnik jest w innym wymienniku ciepła skraplany. Oddaje ciepło, a sam rozpręża się, zmieniając stan skupienia na płynny. Ciepło oddane w skraplaczu przejmuje czynnik grzewczy instalacji domowej, czyli zwykle woda. W instalacji centralnego ogrzewania istnieją zasobniki magazynujące ciepło. Stamtąd system rozdzielania kieruje gorącą wodę do grzejników, systemu ogrzewania płaszczyznowego ( m.in. podłogowego) albo do zbiornika ciepłej wody użytkowej.

Rodzaje pomp ciepła w zależności od źródła pobieranego ciepła

Pompa ciepła nie potrzebuje do działania paliw kopalnych, a jedynie trochę energii elektrycznej. Na dodatek tę niezbędną energię elektryczną można tanim kosztem wytwarzać w przydomowej instalacji fotowoltaicznej. Do ogrzewania mieszkań oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej stosuje się obecnie następujące pompy ciepła:

  • woda/woda – ciepło pobierane z rzeki, jeziora albo studni i oddane w skraplaczu zasila instalację CO i CWU,
  • solanka/woda – ciepło z gruntu odebrane przez wymiennik gruntowy jest przekazane w skraplaczu do zasilania domowej instalacji grzewczej,
  • powietrze/woda – parownik pompy jest ogrzewany powietrzem, a ciepło ze skraplacza ogrzewa wodę centralnego ogrzewania i ciepłą wodę użytkową,
  • powietrze/powietrze – parownik jest ogrzewany powietrzem z otoczenia, a ciepło ze skraplacza ogrzewa powietrze kierowane potem wentylatorem do pomieszczeń,
  • woda/powietrze – parownik pobiera ciepło z wody, natomiast ciepło ze skraplacza ogrzewa powietrze nawiewane do pomieszczeń.

Pompa ciepła powietrze/woda

Zasada działania, rodzaje i lokalizacja

Powietrze jako źródło ciepła jest łatwe do zastosowania, jako że występuje powszechnie. Poza tym powietrzna pompa ciepła wykazuje stosunkowo niskie koszty zakupu. Wadą jest to, że powietrze bywa najzimniejsze wtedy, gdy zapotrzebowanie na ciepło jest największe – zimą. Działanie powietrznej pompy ciepła wiąże się wówczas z dużym poborem prądu.

Na szczególnie mroźne zimowe dni pompa powietrze/woda wymaga wsparcia w postaci drugiego grzejnika, na przykład kotła gazowego albo elektrycznego. Tak się składa, że powietrze zimą jest chłodniejsze niż grunt albo woda gruntowa, z których czerpią ciepło inne rodzaje pomp. Pompę ciepła powietrze/woda można ustawić na zewnątrz domu, wewnątrz albo w formie podzielonej (split).

  • W przypadku zewnętrznej lokalizacji pompy ciepło jest transportowane do budynku. Ponieważ wszystkie elementy znajdują się poza budynkiem, ten wariant powoduje najwyższą emisję hałasu w sąsiedztwie. Pompę należy ulokować w pewnej odległości również od własnego budynku, aby wyciszyć odgłosy docierające do wnętrza.
  • Wewnętrzna instalacja pompy wymaga około 1,2 m2 miejsca. Powietrze jest zasysane przewodem, do czego potrzebne jest przebicie ściany zewnętrznej. Ten wariant najlepiej jest realizować w nowo budowanym domu.
  • Pompa ciepła w wersji split składa się z dwóch części. Na zewnątrz znajduje się wentylator i parownik. Czynnik chłodniczy jest kierowany do sprężarki i skraplacza w domu. Szum pracy sprężarki pozostaje w domu, przez co sąsiedzi nie są narażeni na hałas. Zapotrzebowanie na miejsce w domu wynosi ok. 0,5 m2.
Kotłownia wyposażona w system grzewczy, jaki system grzewczy jest najtańszy, jak zamontować poszczególne systemy grzewcze w domu
Rodzaje pomp ciepła w zależności od źródła pobieranego ciepła, zasady działania pomp dostępnych na rynku

Zalety i wady pompy powietrze/woda

Do zalet tej pompy należy niski koszt instalacji oraz dowolność lokalizacji. Nie potrzebne są żadne prace ziemne, a instalacja jest łatwa do wykonania. Wadą jest umiarkowanie wysoka sprawność urządzenia oraz wyższe niż w przypadku innych pomp zapotrzebowanie na energię elektryczną. 

Pompa powietrze/woda pracuje wiele godzin w ciągu dnia szczególnie zimą, ponieważ wentylatory muszą przemieścić duże ilości powietrza. Właściciele domu powinni zwracać uwagę na wysokość emitowanego hałasu. Hałas można zredukować poprzez lepsze sterowanie pompą i przestawienie jej pracy na godzinny dzienne, montując zbiornik buforowy ciepłej wody. W celu zmniejszenia hałasu warto rozważyć dźwiękoszczelne ściany obudowy oraz elastyczny montaż jednostki. Jeśli szukasz więcej porad, sprawdź także zebrane w tym miejscu artykuły o pompach ciepła.

Pompa ciepła woda/woda

Zasada działania pompy woda/woda

Pompa czerpiąca ciepło z wody gruntowej ma sprawność co najmniej równą pompom gruntowym, ponieważ temperatura wody wynosi również zimą od 8 do 10°C. Do jej działania potrzebne są dwie studnie głębinowe: czerpna o zrzutowa.  Z pierwszej jest pobierana woda gruntowa, która później oddaje ciepło, a do drugiej jest odprowadzana schłodzona już woda. Dostęp do prywatnego stawu lub innego znacznej wielkości akwenu może zastąpić wiercenie studni.

Woda na dnie zbiornika nie spada zimą poniżej 8°C, co zapewnia dużą sprawność zasilanej tą wodą pompy. Utrudnieniem tej wersji jest konieczność filtrowania wody oraz okresowej wymiany instalacji dostarczającej wodę. Głębokość obu wierconych studni może wynosić do 50 m. Wraz z głębokością rosną jednak koszty eksploatacyjne pompy wodnej, dlatego zalecana głębokość sięga 10-20 m.

W każdym razie zasadnicze znaczenie ma ilość dostępnej wody. Zapotrzebowanie na wodę ze studni czerpnej dla mocy grzewczej pompy ciepła rzędu 15 kW wynosi ok. litra na sekundę. Aby studnia się nie zablokowała, a urządzenia nie przekorodowały, potrzebna jest analiza składu wody.

Polecane pompy ciepła w dobrych cenach

Zalety i wady pompy woda/woda

Koszty tego rodzaju pompy ciepła są porównywalne z pompą z gruntowym wymiennikiem ciepła. Można powiedzieć, że jedną trzecią kosztów inwestycji stanowią studnie. Pompy woda/woda mają bardzo wysoką sprawność, ponieważ woda gruntowa posiada mniej więcej stałą temperaturę i w przeciwieństwie do pomp gruntowych wykazuje mniejsze straty ciepła. Ta zaleta uwidacznia się zwykle od mocy grzewczej 10 kW. Są więc szczególnie wskazane dla domów dwurodzinnych i w starym budownictwie.

Kolejną zaletą jest niska emisja hałasu oraz brak konieczności instalowania dodatkowego źródła energii grzewczej. Do wad można zaliczyć wysokie koszty przygotowania źródła ciepła w formie dwóch studni oraz trwałe przypisanie do miejsca.

Pompa ciepła solanka/woda

Zasada działania pompy gruntowej

Tego typu pompa pobiera ciepło z gruntu, a solanką nazywa się płyn na bazie glikolu, który przepływa rurami, odbierając ciepło. Na głębokości ok. 1,5 m temperatura gruntu wynosi od 0 do 8°C, a na głębokości ok. 2 m – od 7 do 13°C. Ilość ciepła pobieranego na takiej głębokości poziomego wymiennika ciepła jest 3-4 razy większa od ilości energii elektrycznej zużywanej przez pompę.

Wymiennik pionowy zapewnia jeszcze większą wydajność. Stanowią go rury umieszczone pionowo w gruncie na głębokość do 100 m. Odległość między odwiertami nie może być mniejsza niż 6-10 m. W przeciwieństwie do wymiennika powierzchniowego wymiennik pionowy nie zabiera dużo miejsca, jednak jego wykonanie jest dużo droższe. Kolektory powierzchniowe dają moc od 10 do 35 W/m2, przy czym najlepiej do tego celu nadają się grunty wodonośne i wilgotne, a najmniej suche i piaszczyste.

Wymienniki zakopane płasko pod powierzchnią ziemi poniżej poziomu zamarzania czerpią energię głównie ze zmagazynowanej energii słonecznej oraz opadów deszczu. Powierzchnia nad wymiennikami nie może być zabudowana ani utwardzona. Nie należy tam również sadzić roślin o głębokim systemie korzeniowym. Raz położony kolektor nie jest z zewnątrz widoczny. Przy wymaganej mocy grzewczej ok. 10 kW, potrzebna jest powierzchnia 300 m2 kolektora.

Zalety i wady pompy gruntowej ciepła

Pompa solanka/woda generuje wysokie koszty robót ziemnych. Sprawność urządzenia jest jednak wysoka i korzystne koszty eksploatacji wyrównują wcześniejsze nakłady. Zaletą jest minimalna emisja hałasu oraz oszczędność miejsca w przypadku kolektorów pionowych. Gruntowa pompa ciepła może być jedynym źródłem energii grzewczej nawet przy bardzo dużych spadkach temperatury zewnętrznej. Latem pompa może zostać wykorzystana do chłodzenia budynku.

Pewną wadę stanowią czasochłonne roboty ziemne oraz wspomniana wcześniej konieczność pozostawienia powierzchni niezabudowanej. Od wyboru i wykonania wymiennika ciepła zależy sprawna i ekonomiczna praca pompy gruntowej.



Jak działają pompy ciepła solarne?

Pompy ciepła można z bardzo dobrym skutkiem łączyć z kolektorami słonecznymi albo panelami fotowoltaicznymi. Jest to również odpowiedź na pytanie, czy fotowoltaika się opłaca? Z reguły chodzi o normalne pompy ciepła typu solanka/woda albo powietrze/woda. Przy pomocy specjalnego systemu sterowania działanie pompy jest zasilane solarnym prądem elektrycznym z własnej instalacji albo też pompa korzysta bezpośrednio lub pośrednio z ciepła wody ogrzanej na dachu.

Schemat ogrzewania z użyciem pompy ciepła przewiduje zasadniczo trzy możliwości kombinacji:

  • Woda do ogrzewania domu jest podgrzewana ze wspomaganiem kolektorów słonecznych. W ten sposób pompa ciepła zapewnia odpowiednio wysoki poziom temperatury nawet w okresach niskiego promieniowania słonecznego, na przykład w dni pochmurne zimą.
  • Ciepła woda z kolektorów słonecznych jest wykorzystana do wspomagania źródła ciepła pompy. Powietrzna pompa może pracować z większą efektywnością podczas mroźnej pogody.
  • Urządzenie fotowoltaiczne zapewnia działanie pompy ciepła poprzez zaopatrzenie jej w energię elektryczną. Wiedząc, jak działają pompy ciepła, wykorzystuje się w ten sposób własne zasoby energii elektrycznej z fotowoltaiki. Jest to działanie bardzo ekonomiczne i racjonalne.
Czy ten artykuł był dla Ciebie pomocny?
Oceń
Dla 96,4% czytelników artykuł okazał się być pomocny