Pompy ciepła każdego roku zyskują nowych zwolenników, wpisując się w trend wykorzystywania odnawialnych źródeł energii i ochrony środowiska. W procesie wytwarzania ciepła dla domu przez pompę nie występują bowiem żadne zjawiska, które mogłyby negatywnie wpłynąć na nasze otoczenie. To jednak nie jedyna zaleta. Jak działa pompa ciepła i kiedy warto pomyśleć o jej instalacji?
Czym jest pompa ciepła?
Pompy ciepła to urządzenia grzewcze, które w swoim działaniu wykorzystują energię cieplną zgromadzoną w naturalnym otoczeniu – w ziemi, powietrzu i wodzie. Pompa „przepompowuje” ciepło ze źródła o niższej temperaturze do cieplejszego ośrodka. Ciepło to krąży w instalacji grzewczej, podnosząc temperaturę w budynku. Pompa ciepła nie wytwarza zatem go sama – przekazuje je z jednego miejsca do drugiego, dlatego jest bardzo ekonomiczna w użytkowaniu. Jej działanie opiera się na typowych przemianach fizycznych, które zachodzą w urządzeniu: parowaniu, sprężaniu, skraplaniu oraz rozprężaniu.
Pompa ciepła – zasady działania
Zasady działania pompy ciepła mogą wydawać się niezrozumiałe, zwłaszcza dla osób, które po raz pierwszy mają styczność z tym terminem. Sprawa nie jest jednak aż tak skomplikowana, jak mogłoby się wydawać. Aby dowiedzieć się, jak działa pompa ciepła, wystarczy wyobrazić sobie… Lodówkę. Urządzenie to „pobiera” ciepło z umieszczonych wewnątrz produktów i odprowadza je na zewnątrz poprzez wymiennik ciepła umieszczony z tyłu urządzenia. Celem działania lodówki jest chłodzenie – temperatura umieszczonych w niej produktów sukcesywnie spada. Ciepło, które jest generowane, powstaje przy okazji. Jest odpadem i nie jest w żaden sposób wykorzystywane. Pompa ciepła działa bardzo podobnie, tylko na odwrót – jej celem jest dostarczenie do budynku ciepła, a odpadem jest chłodzenie.
To oczywiście ogromne uproszczenie, które miało w metaforyczny sposób zobrazować cały proces. Wnikając w niego nieco głębiej, zasady działania pompy ciepła można opisać też tak:
- Parowanie. Zachodzi w wymienniku ciepła, zwanym parownikiem. Czynnikiem roboczym jest mieszanina cieczy i gazu. Podczas odparowania odbierana jest energia z tzw. dolnego źródła ciepła (ziemi, powietrza lub wody) i przekazywana dalej.
- Sprężanie. Następnie czynnik w postaci pary o niskim ciśnieniu trafia do sprężarki. W tym miejscu wzrasta jego ciśnienie oraz temperatura.
- Skraplanie. Gorący i sprężony czynnik trafia w dalszej kolejności do skraplacza, gdzie oddaje zgromadzoną energię cieplną do tzw. źródła górnego, znajdującego się w budynku – jest nim np. ogrzewanie podłogowe lub kaloryfery.
- Rozprężanie. Ostatnim elementem na drodze przekazywania energii cieplnej jest zawór rozprężny (dławiący), zamykający cały obieg termodynamiczny. To tutaj czynnik, którego temperatura zostaje obniżona, zostaje przekazany do parownika i cały proces rozpoczyna się na nowo.
Co ważne, pompa ciepła zasilana jest energią elektryczną. Potrzebuje jej jednak bardzo niewiele, dlatego jest urządzeniem bardzo energooszczędnym – z pompy ciepła otrzymujemy kilka razy więcej ciepła niż włożyliśmy do niej energii elektrycznej. Na uwagę zasługuje również fakt, że energia elektryczna, która zostaje zużyta na napęd samej pompy, również zamieniana jest w urządzeniu na ciepło, co dodatkowo ogranicza straty.
RODZAJE POMP CIEPŁA
Pompa gruntowa
Pompa gruntowa to najczęściej wybierane rozwiązanie w Polsce. W naszych warunkach klimatycznych jest ona w stanie zaspokoić zapotrzebowanie na ciepło w 100%. Ilość energii zgromadzonej w gruncie jest tak duża, że z powodzeniem wystarczy na ogrzewanie domu przez zimę i wiosnę. Mało tego – pompa gruntowa będzie w stanie nie tylko efektywnie ogrzewać dom, ale też podgrzewać ciepłą wodę użytkową, a latem chłodzić budynek.
Instalacja w przypadku pompy gruntowej może mieć trzy formy:
- Kolektor poziomy – zakopane dość płytko (ok. 1-2 m), ale na dużej powierzchni, wężownice z rur, które wypełnia niezamarzający płyn.
- Kolektor poziomy – system miedzianych rur, wypełnionych czynnikiem chłodniczym pompy, posiadający możliwość bezpośredniego odparowywania.
- Sondy pionowe – umieszczone w głębokich odwiertach (nawet kilkadziesiąt metrów) pojedyncze pętle z rur.
Największą zaletą gruntowych pomp ciepła jest fakt, że w sezonie grzewczym ziemia posiada stałą, dodatnią temperaturę – najwyższą w głębokich odwiertach pionowych. Tego typu rozwiązania zastosować można niemal w każdym terenie. Koszty wykonania odwiertów są jednak bardzo wysokie. Budowa gruntowej pompy ciepła musi odbyć się za pomocą specjalistycznego sprzętu i być nadzorowana przez wykwalifikowanych robotników, aby puste przestrzenie wokół rur działały jak izolator, minimalizując straty ciepła.
Pompa wodna
Woda podziemna również może być efektywnym źródłem ciepła – jej temperatura zimą nie spada poniżej 8-10°C. Do działania wodnej pompy ciepła potrzebne są dwie studnie głębinowe: jedna, z której woda, a wraz z nią ciepło, będzie pobierana oraz druga, do której odprowadzana będzie woda po tym, gdy oddała już ciepło do systemu. Nie na każdej działce tego typu pompa będzie miała jednak rację bytu – cieki wodne muszą być odpowiednio duże, a sama woda posiadać właściwy skład. Duże ilości żelaza, manganu, wapnia powodują zapychanie się filtrów, co w efekcie może prowadzić do uszkodzenia pompy wodnej.
Alternatywą dla studni głębinowych jest dostęp do stawu lub rzeki, na dnie których można ułożyć pętle kolektora. Taki układ jest efektywny i mało awaryjny, jednak niewiele jest działek z dostępem do tego typu zasobów wodnych. Eksploatacja wodnych pomp ciepła jest dość droga ze względu na konieczność filtrowania oraz regularnej wymiany elementów instalacji, dlatego to rozwiązanie najlepiej sprawdzi się w przypadku budynków o bardzo dużym zapotrzebowaniu na ciepło. W przypadku domów jednorodzinnych może nie być opłacalne.
Pompa powietrzna
Powietrze jest dość słabym nośnikiem ciepła, a jego temperatura zmienia się bardzo szybko. Pompa powietrzna, mimo swoich mankamentów, cieszy się jednak dużą popularnością ze względu na niezaprzeczalne zalety: jest łatwa w instalacji, nie ma znaczenia wielkość działki, powietrze jest dostępne zawsze i w dowolnych ilościach. Na korzyść powietrznych pomp ciepła działają coraz łagodniejsze zimy. Przy umiarkowanej temperaturze powietrzna pompa ciepła pracuje bardzo ekonomicznie. Problemy zaczynają się w przypadku sporych mrozów – wtedy uruchamia się wbudowana w pompę elektryczna grzałka, która znacznie może podnosić koszty ogrzewania.
Powietrzne pompy ciepła są bardzo atrakcyjnym rozwiązaniem dla tych, którzy remontują dom. Nie wymagają one ingerencji w otoczenie i rozkopywania gruntu. Nie potrzebują również komina i w żaden sposób nie wpływają na działanie zainstalowanej już wentylacji. Powietrzne pompy ciepła przez ostatnie lata rozwijają się bardzo dynamicznie, mocno zyskując na popularności, co sprawia, że są również rozwiązaniem coraz tańszym w budowie.
ZALETY STOSOWANIA POMP CIEPŁA
Pompy ciepła są powszechną i cenioną alternatywą dla ogrzewania gazowego, olejowego czy elektrycznego. Głównym powodem są niskie koszty eksploatacji – przeciętnie pompa ciepła, która zużywa 1 kWh energii elektrycznej dostarcza 4 kWh ciepła. Pompa ciepła doskonale sprawdzi się na działkach, które nie mają podłączenia do sieci gazowej, lecz posiadają przyłącze energetyczne. Zanim zdecydujesz się na pompę ciepła, zadbaj jednak o dobrą izolację budynku – docieplenie domu może być kluczowym elementem, który pozwoli Ci na późniejszym etapie generować dodatkowe oszczędności.
Pompy ciepła nie generują żadnych spalin i innych związków chemicznych, są zatem w pełni ekologiczne. Ich wpływ na środowisko można porównać do wpływu ogrzewania elektrycznego, z jedną różnicą – pompy ciepła są o wiele tańsze w eksploatacji, a oszczędności sięgają nawet 30% kosztów eksploatacji konwencjonalnej. To prawda, koszt instalacji pomp ciepła jest wyższy, lecz ta różnica bardzo szybko się zwraca.
Pompy ciepła to oszczędność nie tylko pieniędzy, ale także czasu. Odpowiednio dobrana do wielkości domu pompa ciepła jest całkowicie bezobsługowa – nie wymaga czyszczenia pieca i jego rozpalania, gromadzenia opału, pilnowania temperatury. Pompa ciepła daje się również łatwo zamontować niemal w każdym obiekcie, w dowolnym miejscu, np. w pralni. Konwencjonalne źródła ogrzewania wymagają większej logistyki projektowej.
Pomimo wielu zalet, pompy ciepła posiadają również wady, które dla niektórych mogą być uciążliwe: pompy ciepła uzależnione są od energii elektrycznej – w przypadku zaniku napięcia działanie nie jest możliwe, dlatego warto uwzględnić alternatywne źródło ciepła, np. kominek; pompy ciepła mogą emitować również pewien rodzaj hałasu – warto umieścić je zatem w miejscu, które będzie znajdowało się z dala od sypialni; poziome wymienniki pomp ciepła zajmują również dużo miejsca, dlatego nie sprawdzą się na niewielkich działkach – w takim przypadku warto rozważyć pionowe odwierty, które są rozwiązaniem o wiele droższym.
Pompy ciepła – wydajne, nowoczesne i ekologiczne
Pompy ciepła to wydajne, nowoczesne i ekologiczne rozwiązania, które cieszą się coraz większą popularnością w nowoczesnym budownictwie, zwłaszcza energooszczędnym. Ideą domów energooszczędnych jest nie tylko zmniejszenie zapotrzebowania na ciepło, ale także ochrona środowiska naturalnego – z tego powodu pompy ciepła budzą zainteresowanie tych, którym losy naszej planety nie są obojętne. Nie jest to jednak rozwiązanie uniwersalne, dlatego przed ostateczną decyzją warto dokładnie wycenić całą inwestycję i oszacować, czy będzie ona opłacalna.
