Zastanawiając się nad montażem pompy ciepła w swoim domu warto jest dowiedzieć się więcej o tych urządzeniach. Jakie są rodzaje pomp ciepła ? Jaka jest zasada działania ? Czy opłacalny jest montaż pompy ciepła ?
Przeglądając różnego rodzaju artykuły, oferty firm, czy chociażby karty katalogowe i katalogi producentów można stwierdzić, że mnogość rodzajów pomp ciepła może wydawać się zatrważająca. I rzeczywiście tak jest oto kilka rodzajów pomp ciepła:
Powietrzne – źródłem ciepła jest powietrze pobierane z otoczenia
- Powietrze-powietrze ciepło dostarczane jest bezpośrednio do wnętrza.
- Powietrze-woda ciepło dostarczane jest do obiegu grzewczego i zbiornika ciepłej wody użytkowej.
Z tego typu pomp rozróżniamy dwa podstawowe, czyli powietrze-powietrze gdzie źródłem ciepła jest powietrze pobierane ( za pomocą wymiennika i sprężarki ) z zewnątrz i przekazywane za pomocą nawiewu do wnętrza pomieszczeń ogrzewanych. Tego typu urządzenie praktycznie niczym nie różni się od zwykłego klimatyzatora poza tym że mają ogrzewać a nie chłodzić dane pomieszczenie.
Drugim typem jest pompa ciepła powietrze-woda. W tym typie urządzenia źródłem ciepła również jest powietrze pobierane ( za pomocą wymiennika i sprężarki ) z zewnątrz ale tym razem do obiegu grzewczego oraz zbiornika ciepłej wody użytkowej czyli potocznie mówiąc centralne ogrzewanie i bojler z ciepłą wodą. Przy tego rodzaju pompach ciepła najbardziej zalecane jest zastosowanie ogrzewania płaszczyznowego ( tzw. podłogówki ), ale spokojnie może to być również ogrzewanie grzejnikowe. Rodzaj tego typu urządzenia nie może pracować jako źródło ciepła samodzielne gdyż potrzebuje dodatkowej np. grzałki aby wspomagać pracę pompy dlatego powietrzne pompy ciepła mają najczęściej wbudowaną grzałkę która pomaga pracować pompie w niskich temperaturach.
Powietrzne pompy ciepła są proste w konstrukcji, stosunkowo tanie, łatwe przy montażu i konserwacji co czyni je najpopularniejszym typem pomp ciepła.
Gruntowe- źródłem ciepła jest grunt lub podobny materiał
- Grun-woda ( sonda głębinowa ) ciepło dostarczane jest do obiegu grzewczego i zbiornika ciepłej wody użytkowej.
- Grunt-woda ( kolektor poziomy ) ciepło dostarczane jest do obiegu grzewczego i zbiornika ciepłej wody użytkowej.
- Woda-woda ciepło dostarczane jest do obiegu grzewczego i zbiornika ciepłej wody użytkowej.
Z tego typu urządzeń rozróżniamy najczęściej trzy podstawowe, pierwsza grunt-woda ( sonda głębinowa ) gdzie źródłem ciepła jest grunt, a ciepło pobierane jest za pomocą sond głębinowych umieszczonych w głębokich odwiertach ( często jest ich kilka wiercone na głębokość 70-120 metrów ) i przekazywane do obiegu grzewczego centralnego ogrzewania oraz zbiornika ciepłej wody użytkowej. Ten typ urządzenia ma większy współczynnik COP ( sprawność ) niż powietrzne pompy ciepła ale z racji potrzeby dokonania odwiertów potrzebne są stosowne pozwolenia, trzeba również wykonać więcej prac związanych z montażem, a wszystko to wszystko przekłada się na dużo wyższą cenę końcową inwestycji.
Kolejnym typem jest pompa ciepła grunt-woda ( kolektor poziomy ) gdzie źródłem ciepła jest grunt, a ciepło pobierane jest za pomocą poziomego kolektora zakopanego na działce przy domu na głębokości ok. 3 metrów ) i przekazywane do obiegu grzewczego centralnego ogrzewania oraz zbiornika ciepłej wody użytkowej. Ten typ pompy ciepła również ma większy współczynnik COP od pompy powietrznej ale konieczność rozkopania dużego terenu na działce przy domu, generuje dodatkowe koszty co przekłada się na wyższy końcowy koszt całej instalacji.
Kolejnym typem jest pompa ciepła woda-woda gdzie źródłem ciepła jest woda, a ciepło pobierane jest za pomocą poziomego kolektora umieszczonego na dnie przydomowego zbiornika wodnego ( stawu ) lub przepływającej wody i przekazywane do obiegu grzewczego centralnego ogrzewania oraz zbiornika ciepłej wody użytkowej. Sprawność w przypadku tego typu urządzenia również jest wysoka ( wysoki współczynnik COP ). Ten typ pompy ciepła również nie jest bez wad. Mianowicie kolektor pobierający ciepło z wody musi znajdować się na głębokości poniżej pokrywy lodowej, która zimą może pokrywać powierzchnię zbiornika. Gruntowe pompy ciepła mogą być samodzielnym źródłem ciepła, w przeciwieństwie do powietrznych gdzie wymagana jest dodatkowa grzałka.
Hybrydowe pompy ciepła– źródłem ciepła jest grunt lub powietrze z otoczenia
- Powietrze + grunt-woda ciepło dostarczane jest do obiegu grzewczego i zbiornika ciepłej wody użytkowej.
Producenci pomp ciepła na przestrzeni ostatnich lat wymyślili wiele różnych rodzajów tego typu urządzeń. Naturalną ewolucją było więc pojawienie się pompy hybrydowej. Hybrydowa pompa to nic innego jak połączenie dwóch rodzajów pomp, np. powietrznej i gruntowej zastosowanej w jednym urządzeniu. Taka hybryda pozwala wykorzystać zalety obu typów pomp ciepła, lecz do odpowiedniej pracy potrzebuje ona wymiennika gruntowego oraz wymiennika powietrznego. Wydajność całoroczna jest wyższa zarówno od powietrznych pomp ciepła jak i gruntowych. Powodem tego stanu jest fakt że w okresach stosunkowo ciepłych gdzie temperatura wacha się powyżej zera st C, hybryda wykorzystuje wymiennik powietrzny a w okresach zimniejszych gdzie temperatura wacha się poniżej zera st. C wymiennik gruntowy. Właśnie ta możliwość wykorzystywania najlepszego w danym momencie źródła ciepła, powoduje iż pompy ciepła hybrydowe są jednymi z najwydajniejszych urządzeń tego typu na rynku.
Jak działa pompa ciepła.
Decydując się na zmianę sposobu ogrzewania z tradycyjnego pieca węglowego, bardzo popularnego jeszcze w naszym kraju na pompę ciepła, przeciętny zjadacz chleba który do tej pory miał doświadczenie jedynie z paleniem w piecu węglem lub drewnem, zastanawia się jak to wszystko działa ?
Aby móc w prosty sposób wytłumaczyć jak działa całe to ustrojstwo, nie trzeba posiąść jakiejś tajemnej wiedzy. Na początek wystarczy wiedzieć iż energia cieplna przemieszcza się obszaru o niższej temperaturze do obszaru o wyższej temperaturze. Mówi o tym druga zasada termodynamiki Newtona. Każdy stopień powyżej temperatury zera bezwzględnego ( -273 °C= 0 K ) zawiera jakąś ilość energii cieplnej. Im bliżej zera °C lub idąc dalej czyli powyżej zera °C tym więcej omawianej energii cieplnej. Chcąc odebrać i wykorzystać tą część energii trzeba obniżyć czynnik chłodniczy ( znajdujący się w obiegu pompy ciepła ) poniżej aktualnie panującej temp. tzw. dolnego źródła. Jako przykład weźmy powietrzną pompę ciepła typu powietrze-woda. Urządzenie to za pomocą wentylatora „przepycha” powietrze przez wymiennik ciepła ( przypomina chłodnicę w samochodzie ), w którym krąży zimny czynnik chłodniczy. Czynnik ma niższą temp. niż otoczenie więc przejmuje ciepło z powietrza. Następnie sprężarka spręża czynnik, zwiększając jego ciśnienie oraz temperaturę która podgrzewa wodę centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej. Następnie ochłodzony czynnik trafia zawór rozprężny gdzie mocno spada jego temperatura i cykl zaczyna się od nowa. Pompa ciepła powietrzna działa praktycznie tak samo jak lodówka którą posiada chyba każdy z nas tylko na odwrót. Lodówka „odbiera” ciepło produktów spożywczych znajdujących się w jej wnętrzu i przekazuje na zewnątrz. Stąd ciepłe powietrze wydostające się z tyłu lodówki. W przypadku lodówki ciepło w jej tylnej części jest skutkiem ubocznym chłodzenia naszego jedzenia a pompa ciepła wykorzystuje ten rodzaj ciepła do ogrzania naszego domu. Oczywiście w całym procesie pracy takiej pompy bierze jeszcze udział cała automatyka sterująca ale zagadnień inżynierskich nie będziemy poruszać w tym artykule. Mam nadzieję że piszą tym prostym językiem wytłumaczyłem części osób jak to całe ustrojstwo działa.
Pompa ciepła a współczynnik COP.
Co to jest współczynnik COP i co powinniśmy o nin wiedzieć ?
Tajemniczo brzmiąca nazwa współczynnik COP, używana przy określaniu parametrów pompy ciepła odnosi się do sprawności urządzenia, mówi nam przede wszystkim jak dużo energii cieplnej ( określanej jednostką kWh ) pompa potrafi wyprodukować wykorzystując jedną kWh energii elektrycznej. I tak prosto licząc jeżeli pompa ciepła posiada współczynnik COP 4 to z każdej kilowatogodziny energii elektrycznej, wytworzy 4 kilowatogodziny energii cieplnej. Współczynnik COP określa się przy określonych parametrach temperatury zewnętrznej oraz temp. wody zasilania, np. A2 W35 . Jak to rozszyfrować ? Pierwsza litera określa temp. otoczenia a druga temp wody jaką pompa ma wytworzyć. Więc przykładowo A2 W35 COP=4 oznacza temp. otoczenia 2°C i temp. wody 35°C i współczynnik COP 4. Czyli gdy na dworze jest 2°C a pompa grzeje w danym momencie temperaturą 35°C to jest w stanie z każdej kilowatogodziny energii elektrycznej wytworzyć 4 kilowatogodziny energii cieplnej.
Współczynnik COP określa się dla różnych parametrów np. A2 W35 lub A7 W35 i właśnie te z pozoru tajemniczo brzmiące oznaczenia mają duże znaczenie przy wyborze pompy ciepła. Dzięki określeniu współczynnika COP średniorocznego dla danego urządzenia oraz zapotrzebowania energetycznego budynku na ciepło na rok, łatwo można określić zużycie energii jakie w ciągu roku pompa ciepła zużyje na ogrzanie naszego domu. Przykładowo nasz dom potrzebuje 10000 kWh energii cieplnej na rok a pompa ma sprawność COP średnioroczną 3,5 to wystarczy 10000 / 3,5 = 2857 kWh zużycia energii elektrycznej na potrzeby ogrzewania CO. W praktyce im większa różnica miedzy temperaturą otoczenia a temp zasilania tym spada współczynnik COP.
Rodzaj instalacji
Z jaką instalacją może współpracować pompa ciepła ?
Pytanie z jaką instalacją może współpracować pompa ciepła zadaje sobie chyba większość potencjalnych inwestorów. Ogrzewanie płaszczyznowe np. podłogowe, grzejniki, czy klimakonwektory ? Na etapie budowania domu inwestor ma do dyspozycji wszystkie rozwiązania, ale podczas termomodernizacji istniejącego domu nie jest to już takie proste. Oczywiście najlepszym rozwiązaniem jest ogrzewanie płaszczyznowe, które wykorzystuje niską temperaturę wody w obiegu grzewczym, co minimalizuje zużycie energii przez pompę ciepła. Nie znaczy to jednak że mając w domu grzejniki, nie możemy zainstalować pompy ciepła. Mit mówiący o tym że grzejniki nie nadają się do ogrzewania pompą jest kompletnie nieprawdziwy. Ważnym aspektem jest to aby grzejniki były współczesne aluminiowe lub metalowe a nie starodawne żeliwne. Przy ogrzewaniu „podłogówką” temperatura wody oscyluje najczęściej między 27 a 35°C natomiast przy grzejnikach musi to być już między 37 a 45 lub więcej °C. Nowoczesne pompy ciepła grzeją wodę do temp max. 55°C. Ogrzewając dom pompą najlepiej jest korzystać z temperatury wody jak najniższej jak to możliwe. Różnica między podłogówką a grzejnikami jest taka że pompa przy grzejnikach powinna być odpowiednio dopasowana, oraz zużyje więcej energii elektrycznej niż opcja z podłogówką.
Pozostaje jeszcze możliwość ogrzewania za pomocą klimakonwektorów. Klimakonwektor to taki rodzaj grzejnika z wbudowanym wentylatorem oraz termostatem. Ten sposób ogrzewania łączy w sobie zalety podłogówki oraz grzejników, korzystając z niskiej temperatury wody oraz możliwość szybkich zmian temperatury w każdym pomieszczeniu. Klimakonwektor poza ogrzewaniem pomieszczeń może służyć również do ich schładzania. Niestety w domach termo modernizowanych wiąże się to dużym remontem ponieważ chcąc wykorzystywać klimakonwektory do chłodzenia, potrzebne są odpowiednie rury doprowadzające zimną wodę ( oblane kauczukowym ociepleniem ) oraz rura kanalizacyjna odprowadzająca skropliny.
Decyzja zapadła kupuję pompę ciepła.
Decydując się na zakup pompy ciepła do naszego domu, musimy wziąć pod uwagę kilka rzeczy takich jak producent pompy, typ urządzenia, rodzaj instalacji co, współczynnik COP, cena, gwarancja, trwałość, koszty eksploatacji itp. Jeśli uda nam się wszystkie te aspekty skleić w jedną rozsądną całość, to mnogość urządzeń i dodatkowych rozwiązań jaka obecnie jest na rynku ogrzewnictwa jest tak duża, że każdy znajdzie coś dla siebie.
