Jak dobrać pompę ciepła do domu jednorodzinnego ?

Energia, która nas otacza, może być przekształcona w ciepło. W tym celu pompy ciepła są samowystarczalne, przyjazne dla środowiska i niedrogie w eksploatacji. W ostatnich latach ich koszty spadły, dzięki czemu znacznie więcej inwestorów decyduje się na ich zakup. Dobrze dobrana pompa ciepła jest bardzo tania w eksploatacji i nie łatwa w użytkowaniu. Co ważne, można ją zainstalować w każdym domu o ile tylko jest dostęp do elektryczności. Wybór ten wymaga jednak sporej uwagi i znajomości specyfiki działania pompy ciepła.

Zasada działanie pompy ciepła

Urządzenia grzewcze, takie jak pompy ciepła, działają inaczej niż kotły. Po pierwsze, nie wytwarzają ciepła same z siebie. Zbierają ciepło z otoczenia – np. z ziemi, powietrza lub wody – i zmieniają je w użyteczną formę, zanim dostarczą je do systemu grzewczego budynku. Dolne źródło to obszar, z którego pompa pobiera ciepło, a górne źródło to obszar, w którym je uwalnia. Problem polega na tym, że temperatura dolnego źródła jest zimniejsza niż temperatura górnego źródła. Żeby wyeliminować ten problem trzeba użyć sprężarki, a ciekły lub gazowy czynnik musi być na przemian sprężany i rozprężany. Podczas sprężania temperatura gazu wzrasta. Z tego powodu spadek ciśnienia, który nazywamy przemianą fazową, wymusza absorpcję znacznych ilości ciepła z otoczenia. Gaz krąży w zamkniętym obiegu i odparowuje ciepło z otoczenia, a jego kondensacja przekazuje energię do systemu grzewczego budynku. Jest to dokładnie ten sam proces jak w lodówkach i klimatyzatorach, z tą różnicą, że przy pompach ciepła istotne jest wykorzystanie części chłodzącej obiegu. Istotną zaletą jest to, że niezależnie od tego, czy pompa wykorzystuje energię elektryczną, około 3/4 oddawanego ciepła pochodzi z dolnego źródła.

Różnica między dolnym, a górnym źródłem ciepła ?

Dolne źródła ciepła to miejsca, z których pompa czerpie energię, którą wykorzystuje do zamiany wody w parę. Energia ta może być zachowana w otaczającym nas powietrzu, pod powierzchnią ziemi lub w wodach powierzchniowych i podskórnych. Górne źródło ciepła w pompie ciepła to punkt, w którym pompa dostarcza energię pobraną z dolnego źródła. Jest to system centralnego ogrzewania w domu jednorodzinnym. Im niższa temperatura zasilania pompy ciepła, tym bardziej efektywnie ona działa. Ogrzewanie powierzchniowe przy niskich temperaturach jest tu najbardziej efektywne. W budynku, w którym głównym źródłem ciepła jest pompa ciepła, system centralnego ogrzewania powinien być dokładnie obliczony i zbudowany tak, by sprostać wymaganiom tego źródła.

Moc pompy ciepła

W większości domów jednorodzinnych stosuje się pompy o mocy około 10 kW. Jednak, inaczej niż w przypadku kotła, muszą one być precyzyjniej dobrane do zapotrzebowania cieplnego budynku. Zbyt słaba pompa lub taka, która jest przewymiarowana, spowoduje problemy. O ile kocioł o większej mocy jest zazwyczaj tylko nieznacznie droższy, o tyle pompa będzie znacznie droższa. Nie zapominaj też, że mocniejsza pompa wymaga większego źródła dolnego, co samo w sobie jest kolejnym wydatkiem. Jeżeli w systemie jest również kocioł lub grzejniki elektryczne, wybór pompy o zbyt małej wydajności spowoduje jedynie częste włączanie tradycyjnego źródła ciepła, co z kolei spowoduje większe koszty eksploatacji. Jeśli moc jest zbyt duża, będzie powodować częste włączanie i wyłączanie, chyba że jest to konstrukcja z inwerterem, który działa ze zmienną mocą w zależności od potrzeb. Wybór pompy nie powinien być dokonywany na podstawie pochopnej decyzji. Powinniśmy się zastanowić, czy pompa całkowicie pokryje zapotrzebowanie budynku na ciepło, czy też będzie współpracować z jakimś konwencjonalnym urządzeniem grzewczym (kocioł, kominek). Ta metoda jest szczególnie przydatna w przypadku pomp, które pozyskują ciepło z powietrza, ponieważ ich moc i wydajność zazwyczaj spada przy niskiej temperaturze na zewnątrz. W domach w trakcie budowy, gdzie jest już jakaś instalacja i kocioł, jest to również rozwiązanie, które narzuca się samo. Pomoc fachowca jest wtedy konieczna, bo trzeba się dostosować do parametrów budynku. A efektywność i koszty eksploatacji pompy są ściśle związane z tym, jak dobrze jest ona dopasowana.

Sprawność pompy ciepła (współczynnik COP)

COP (Coefficient of Performance) pompy ciepła to liczba, która w przybliżeniu określa stosunek ilości dostarczonego ciepła do ilości energii zużytej przez pompę. Należy zauważyć, że całkowita ilość zgromadzonego ciepła jest równa ilości energii pobranej z dolnego źródła plus ilość zużytej energii elektrycznej. Im niższy współczynnik COP, tym mniej energii elektrycznej potrzeba do wytworzenia tej samej ilości ciepła. W związku z tym dążenie do wyższego COP ma sens ekonomiczny. Niemniej jednak współczynnik COP pompy nie wskazuje, ile energii zużywa cały system. Nie tylko pompy ciepła wymagają energii. Są też pompy obiegowe górnego i dolnego źródła, które w słabych instalacjach mogą zużywać prawie tyle samo energii, co sama pompa. Niestety, współczynnik COP jest ustalany tylko wtedy, gdy po obu stronach pętli regulacyjnej utrzymywana jest określona temperatura. W praktyce warunki, które określają parametry pracy mogą się znacznie różnić. Sezonowe wahania temperatury zewnętrznej są szczególnie problematyczne w przypadku urządzeń typu powietrze-woda, gdzie główną rolę odgrywa bardzo nieprzewidywalne środowisko zewnętrzne. Istotna jest także temperatura wody w systemie po stronie źródła górnego. W końcu liczy się różnica temperatur między dolnym i górnym źródłem.

Wszystko o pompach ciepła do c.w.u.

Jeśli mamy już pompę ogrzewającą dom, dodawanie drugiej tylko do ciepłej wody nie ma sensu. W innych sytuacjach warto to rozważyć. Pompy ciepła przeznaczone tylko do przygotowania ciepłej wody użytkowej to raczej niewielka kategoria urządzeń, które:

  • działają w systemie powietrze/woda;
  • charakteryzują się niską mocą – około 2 kW;
  • mogą wydajnie działać jedynie przy temperaturze większej niż 0°C;
  • mają niższą sprawność niż pompy do ogrzewania domu;
  •  współpracują z zasobnikiem wody, gdyż nie mogą działać przepływowo. Zbiornik powinien mieć znaczną pojemność (200-300 l). Dzięki temu nie trzeba mieszać wody ciepłej i zimnej wbateriach czerpalnych.

Zaletą tych systemów jest prostota ich instalacji. Wszystko, czego potrzebujesz, to zwykłe gniazdko elektryczne, przyłącze wody i – jeśli pompa ma działać na powietrze zewnętrzne – dwa przewody
powietrzne. Jednocześnie ich koszt jest całkiem rozsądny (około 5500 zł w zestawie z zasobnikiem). W rezultacie są atrakcyjnym substytutem paneli słonecznych. Choć nie są tak tanie w eksploatacji, kosztują mniej i są bardziej przewidywalne dzięki mniejszej zależności od zmiennej pogody. W końcu promienie słoneczne nie mają znaczenia; chodzi o temperaturę powietrza, a pompa może pracować także w nocy. Nie ma niebezpieczeństwa przegrzania na przykład wtedy, gdy wyjeżdżasz na wakacje latem i nikt nie korzysta z wody. W takiej sytuacji pompa nie włączy się.

Jakie są koszty podłączenia i użytkowania pompy ciepła

Należy rozważyć dwa aspekty wydatków na pompę ciepła. Są to wydatki inwestycyjne i eksploatacyjne. Za pompę o mocy 10 kW wraz z instalacją dolnego źródła zapłacimy następującą kwotę:

  • 20 000-35 000 zł – pompa korzysta z powietrza z zewnątrz i nie wymaga instalacji po stronie
    źródła dolnego;
  •  30 000-50 000 zł – pompa z poziomym kolektorem gruntowym;
  • 40 000-60 000 zł – pompa z pionowym kolektorem gruntowym.