Rodzaje pomp ciepła – co, gdzie i kiedy się opłaca?

Rodzaje pomp ciepła

Czynnikiem warunkującym rodzaj pompy ciepła jest dolne źródło ogrzewania, czyli rodzaj odnawialnego źródła energii wykorzystywanego przez urządzenie. Zasadniczo mogą to być: powietrze, energia geotermalna lub woda, stąd obowiązuje powszechny podział na pompy powietrzne (powietrze-woda lub powietrze-powietrze), pompy gruntowe (solanka-woda) oraz pompy wodne (woda-woda).

W budownictwie mieszkalnym, np. domach jednorodzinnych, najczęstszym wyborem są pompy powietrzne. Dolne źródło ciepła stanowi dla nich powietrze atmosferyczne – nawet przy ujemnych temperaturach zewnętrznych. Wewnątrz urządzenia zachodzi proces, który umożliwia przekształcenie energii niskotemperaturowej w energię grzewczą.

Pompy powietrzne

Pompy ciepła powietrze-woda służą do ogrzewania pomieszczeń oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej (c.w.u.). Działają na zasadzie sprężarkowego obiegu termodynamicznego – pobierają ciepło z powietrza zewnętrznego, podnoszą jego temperaturę i przekazują je do instalacji centralnego ogrzewania. Proces ten może być wydajny nawet przy temperaturach dochodzących do -25°C.

Pompy ciepła powietrze-powietrze to standardowe klimatyzatory, które mogą pracować także w trybie grzania. W tym przypadku energia cieplna z zewnętrznego powietrza przekazywana jest bezpośrednio do powietrza wewnętrznego w pomieszczeniu. Rozwiązanie to jest proste w instalacji i szczególnie popularne w domkach letniskowych oraz budynkach o niskim zapotrzebowaniu na ciepło.

Pompy gruntowe i wodne

W odróżnieniu od pomp powietrznych pompy gruntowe czerpią energię cieplną z gruntu. Najczęściej spotykanym rozwiązaniem są pompy typu solanka–woda, gdzie dolne źródło stanowi grunt, w którym umieszcza się poziome lub pionowe wymienniki. Krąży w nich czynnik roboczy odbierający ciepło z gruntu i przekazujące je do pompy. Zaletą takiego rozwiązania jest wysoka stabilność temperaturowa, niezależna od warunków atmosferycznych.

Odmienną kategorię stanowią pompy typu woda–woda. Źródłem ciepła urządzenia jest woda gruntowa czerpana z jednej studni i odprowadzana do drugiej. Pompy wodne cechują się niezwykle wysoką efektywnością. Wymagają jednak dostępu do odpowiednio zasobnej i czystej warstwy wodonośnej. Z tego względu pompy woda–woda instalowane są znacznie rzadziej i tylko tam, gdzie pozwalają na to lokalne warunki geologiczne.

Wykorzystanie zależnie od rodzaju pompy ciepła

Pompy ciepła to urządzenia o sezonowej sprawności (SCOP), jaką nie może poszczycić się żadna inna technologia. Średnio osiągają 350–400%, czyli z 1 kWh energii elektrycznej generują nawet 4 kWh ciepła. Mimo to nie każdy ich rodzaj sprawdzi się w każdym obiekcie. Warunkowane jest to przede wszystkim specyfiką dolnego źródła.

W budownictwie jednorodzinnym najczęstszym wariantem są pompy powietrze–woda typu split (podział układu chłodniczego urządzenia na jednostkę zewnętrzną i wewnętrzną) lub monoblok (cały układ chłodniczy zamknięty w jednej jednostce). Główne powody są dwa: niższe koszty początkowe i prostszy montaż. Wariant split wymaga połączenia chłodniczego między jednostkami, co może oznaczać konieczność regularnych przeglądów szczelności układu. Natomiast monoblok wymaga zabezpieczenia przed zamarzaniem w przypadku zaniku prądu zimą. Nowoczesne urządzenia typu powietrze–woda okazują się zwykle w pełni wystarczające dla zaspokojenia potrzeb standardowego domu jednorodzinnego.

Inwestorzy dysponujący większym budżetem i większą działką, poszukujący niższych kosztów eksploatacji przy wyższej efektywności, decydują się również na warianty gruntowe. Ich instalacja okazuje się opłacalna zwykle w nowo budowanych domach lub obiektach o bardzo dużej powierzchni użytkowej. Koszty początkowe pomp gruntowych są zdecydowanie wyższe niż pomp powietrznych, jednak zwracają się w postaci niższych rachunków – zwłaszcza w integracji z instalacją fotowoltaiczną, która zmniejsza zużycie prądu z sieci.

Zdecydowanie rzadziej instaluje się w domach jednorodzinnych pompy wodne. Ze względu na bardzo wysoką moc oraz specyficzne wymagania montażowe znajdują one zastosowanie głównie w obiektach przemysłowych lub tam, gdzie istnieje dostęp do zasobnych i czystych warstw wodonośnych. Pompy wodne wymagają wykonania studni czerpnej i zrzutowej, a także uzyskania odpowiednich pozwoleń wodnoprawnych. Choć cechują się bardzo wysoką efektywnością, nie nadają się do instalacji w każdym terenie.

Podsumowanie

Rodzaj pompy ciepła powinien być zawsze dostosowany do potrzeb i możliwości budynku oraz jego użytkowników, a także poprzedzony rzetelną analizą. Najczęstszym wyborem w budownictwie jednorodzinnym są pompy powietrzne, a zaraz po nich – pompy gruntowe. Zdecydowanie rzadziej sięga się po pompy wodne, co wynika z ich specyfiki oraz skomplikowanych warunków montażowych.