Opanowanie przez człowieka umiejętności rozniecania ognia, pozwoliło na korzystanie z jego ciepła. Od zwykłego ogniska do nowoczesnego kotła – zawsze ciepło powstawało na skutek procesu spalania. Drewna, węgla, ropy czy gazu. Pompa ciepła to zupełnie inna historia. Żadnego spalania. Żadnych spalin. Skąd zatem bierze ciepło pompa ciepła?
Istnieją dwa źródła ciepła z którymi współpracuje pompa ciepła
Górne źródło ciepła, tak naprawdę nie dostarcza, tylko otrzymuje ciepło od pompy, ogrzewając nim dom czy wodę użytkową. Jest więc źródłem ciepła dla obiektów, a odbiera je od pompy. Skąd więc pompa ciepła pozyskuje energię, by ją potem przekazać do górnego źródła? Czerpie je z dolnego źródła ciepła. Może nim być grunt, woda lub powietrze.
Górne źródło ciepła to system ogrzewania domu i podgrzewania wody użytkowej. Natomiast rodzaj pompy ciepła, jaki może być zastosowany w systemie ogrzewania, zależy od tego czym jest dolne źródło ciepła. Wybór typu pompy nie jest dowolny; zależy od powierzchni działki, rodzaju gruntu, strefy klimatycznej, wielkości ogrzewanego obiektu. Pomożemy Ci w wyborze.
Pompa ciepła grunt – woda korzysta z ciepła zawartego w gruncie
Ciepło pobierane jest z gruntu, a przekazywane do wody krążącej w obiegu systemu grzewczego. Stąd nazwa.
Na pewnej głębokości, zależnej od strefy klimatycznej (w Polsce też są różne strefy przemarzania gruntu), temperatura gruntu jest zawsze dodatnia. To ciepło jest energią odnawialną, z której chcemy skorzystać. Możemy to zrobić na dwa sposoby.
• Kolektor płaski – to system rur ułożonych 20-30 cm poniżej głębokości przemarzania. W tych rurach krąży glikol lub inny specjalny roztwór technologiczny, mający za zadanie transportować ciepło z gruntu do pompy. Taki płaski kolektor wymaga dużej działki, bo dla uzyskania 1 kW energii potrzebna jest powierzchnia ok. 40m2.
Teren przeznaczony pod taki kolektor nie może być później utwardzony, ani obsadzony roślinami, których korzenie sięgają głęboko.
• Sonda gruntowa– tutaj rury biegną w pionowym odwiercie. Takich odwiertów musisz wykonać kilka, a mogą sięgać nawet do ponad 100m głębokości. Powierzchnia działki może w takim wypadku być mniejsza niż przy kolektorze płaskim, ale i tak musisz przeznaczyć na 1 odwiert ok. 40m2 powierzchni. Ile odwiertów będziesz potrzebował? Zrób bilans cieplny domu, a odpowiedź będzie prosta.
Jeden 100-metrowy odwiert może dać ok. 5kW mocy grzewczej. Zastosowanie odwiertów wymaga trochę zmagań z biurokracją, bo konieczne są zgłoszenia i zgody odpowiednich instytucji, co niestety może także zwiększać koszty.
Pompa ciepła woda-woda daje się zastosować rzadko, bo wymaga wykonania na działce co najmniej dwóch studni – jednej do pobierania wody mającej oddać ciepło pompie, i drugiej, chłonnej, odbierającej wodę, po oddaniu przez nią ciepła pompie. Wymagania co do studni są duże: ich niezbędna wydajność to ok. 200l wody na godzinę, a sama woda musi być bez zawiesin i mieć niewiele żelaza i manganu.
Pompa ciepła powietrze-woda to najpopularniejsze rozwiązanie, nie wymagające prac ziemnych. Powietrze z którego taka pompa bierze ciepło jest łatwo dostępne i jest go bez ograniczeń. Proces technologiczny jaki zachodzi w pompie to wielokrotnie powtarzające się cykle odparowywania, sprężania, skraplania i rozprężania tzw. czynnika roboczego. Sprężanie tego czynnika powoduje podniesienie jego temperatury, a sam czynnik ulega skropleniu. To w czasie fazy skroplenia, w wymienniku ciepła, jest ono przekazywane do górnego źródła, czyli wody zasilającej grzejniki, podłogówkę itp.
Aby uprościć wiedzę jak to działa, wystarczy wyobrazić sobie domową chłodziarkę
Skraplacz, to wymiennik ciepła zamontowany na jej tylnej ściance. Jego temperatura to czasem nawet 55 stopni Celsjusza. Stygnie oddając ciepło otoczeniu, czyli – chcąc nie chcąc – je ogrzewa.
W pompie ciepła powietrze-woda taki skraplacz też stygnie, ale ciepło, w specjalnym wymienniku, oddaje wodzie krążącej w rurach instalacji grzewczej.
W chłodziarce ciepło wysysane jest z powietrza znajdującego się w jej wnętrzu. To dość niewielka ilość powietrza, dlatego temperatura wewnątrz lodówki łatwo obniża się do 5-7 stopni, a nawet do zera. Pompa ciepła do dyspozycji ma nieograniczoną ilość powietrza otoczenia. Dlatego odbieranie od powietrza ciepła, by przekazywać je do ogrzewania, nie wpływa na temperaturę na zewnątrz domu. Natomiast kubatura domu daje wyobrażenie tego, jak wielokrotnie więcej pracy musi wykonać pompa ciepła, by ogrzać dom, niż chłodziarka, by ochłodzić swoje wnętrze. Zarówno chłodziarka jak i pompa ciepła to urządzenia na prąd. Kupując pompę ciepła także sprawdź jej efektywność działania, czyli wskaźnik COP, mówiący ile kWh energii wytwarza pompa, pobierając 1 kWh prądu z sieci.
Powietrze nie jest może najlepszym możliwym nośnikiem ciepła, ale jest go pod dostatkiem
Ograniczeniem jest jego zmienna temperatura, wpływająca na efektywność działania pompy ciepła. Gdy zimą temperatura otoczenia spada czasem do minus 15 – 20 stopni, pompa nadal działa, ale muszą ją wspomagać grzałki elektryczne lub czekający w rezerwie kocioł gazowy czy olejowy.
Na szczęście takie mroźne dni stanowią statystycznie zaledwie 2% czasu pracy pompy w ciągu roku. Pompa ciepła powietrze-woda to nie tylko brak robót ziemnych przy montażu. Znikają ograniczenia związane z wielkością działki. To także brak konieczności wykonywania kotłowni, instalacji gazowej czy komina.
Aby zwiększyć efektywność pompy, w obiektach posiadających wentylację mechaniczną lub rekuperację, pompa ciepła wykorzystuje do pracy powietrze wyrzutowe. Jako, że pochodzi ono z ogrzewanego wnętrza domu, jest cieplejsze od mroźnego powietrza zewnętrznego.
I dzięki temu pompa ciepła mniej się napracuje.