Pompa ciepła wodna – jak działa i kiedy możliwy jest jej montaż?

Pompa ciepła - co dzięki niej zyskujemy?

Pompa ciepła jest nowoczesnym i ekologicznym urządzeniem grzewczym, które stanowi nie tylko najwydajniejszy sposób przygotowania wody użytkowej i ogrzewania pomieszczeń, ale także ich chłodzenia w letnie dni. Ponadto za wyborem właśnie tego systemu grzewczego przemawiają niskie koszty i duży komfort użytkowania. Rozwiązanie to jest praktycznie pozbawione wad, za wyjątkiem wysokich kosztów początkowych takiej inwestycji, które jednak szybko się zwracają. Aby całkowicie uniezależnić się od rosnących cen prądu warto połączyć pompę ciepła z fotowoltaiką. Ponieważ, owszem, pompa ciepła korzysta z OZE (pochodzi z niej większość, bo ok. 80 proc. energii), jednak do zasilania pracy sprężarki potrzebna jest energia elektryczna. Tu z pomocą przychodzą właśnie panele fotowoltaiczne, które dostarczają potrzebny do ich pracy prąd. Jednak to nie wszystkie zalety tego idealnego duetu ponieważ dzięki niemu zyskujemy darmowe ogrzewanie, chłodzenie, produkcję ciepłej wody użytkowej oraz możliwość używania urządzeń elektrycznych praktycznie za darmo.

Sporym udogodnieniem jest również możliwość skorzystania z wielu instrumentów pomocy finansowej dla osób prywatnych i firm, które poszukują środków na różnego typu rozwiązania proekologiczne, takie jak:

• montaż fotowoltaiki;
• montaż magazynu energii;
• montaż kolektorów słonecznych;
• zakup samochodu elektrycznego;
• czy właśnie montaż pompy ciepła.

Są to zarówno tanie kredyty ekologiczne (w tym kredyty na pompę ciepła), jak i bezzwrotne dofinansowania w ramach regionalnych i krajowych programów operacyjnych, korzystających z budżetu państwa lub środków unijnych. Obecnie inwestorzy mogą obniżyć cenę pompy ciepła, korzystając z takich form dofinansowania do pomp ciepła, jak:

• program Czyste Powietrze;
• program Moje Ciepło;
• program Ciepłe Mieszkanie;
• program Stop Smog;
• regionalne programy dofinansowania do wymiany pieca;
• ulga termomodernizacyjna.

Pompa ciepła wodna - czym się wyróżnia?

O wyborze rodzaju pompy ciepła decyduje wiele czynników, w tym: strefa klimatyczna, w której mieszka inwestor, zapotrzebowanie budynku na ciepło, rodzaj gruntu, czy poziom i skład chemiczny wód gruntowych na jego działce. Najtańsze i najłatwiejsze w zainstalowaniu są pompy ciepła powietrzne, które do podgrzania wody użytkowej i ogrzania lub chłodzenia pomieszczeń wykorzystują energię cieplną pobraną z powietrza znajdującego się na zewnątrz domu. Jednak ten rodzaj urządzenia grzewczego nie zawsze jest wystarczający, a wszystko z powodu jego mniejszej efektywności w sezonie zimowym. Większość producentów zaleca więc zakup powietrznej pompy ciepła o mocy sięgającej 80 proc. maksymalnego zapotrzebowania na ciepło oraz zastosowanie dodatkowego źródła ciepła (w postaci kotła gazowego, olejowego lub na paliwo stałe).

Dużo lepiej sprawdzają się natomiast pompy ciepła, w których dolnym źródłem jest grunt lub woda. Jednak w obu przypadkach koszt ich zakupu może odstraszać wielu potencjalnych inwestorów. Dodatkowo, w przypadku pompy ciepła gruntowej, konieczne jest wygospodarowanie nawet kilkuset metrów terenu (gruntowa pompa ciepła z wymiennikiem poziomym) lub wykonanie głębokich odwiertów, za pomocą specjalistycznego sprzętu (gruntowa pompa ciepła z wymiennikiem pionowym). To wszystko oczywiście wiążę się z dodatkowymi kosztami. Dlatego też jeśli szukacie pompy ciepła, która idealnie sprawdzi się w Waszym przypadku, to koniecznie zapoznajcie się z opracowanym przez nas rankingiem pomp ciepła.

Innym, wdrażanym obok ich powietrznych i gruntowych wymienników rozwiązaniem grzewczym są pompy ciepła wodne. Jak sama nazwa wskazuje, ten rodzaj pompy ciepła do swojego działania wymaga dostępu do wody. Pompa ciepła wodna bowiem działa najefektywniej, gdy może korzystać ze znajdującego się niedaleko budynku jeziora, stawu, czy rzeki. W przypadku natomiast, gdy nieruchomość nie ma dostępu do otwartych zbiorników wodnych, to nic straconego, ponieważ by zapewnić instalacji poprawną pracę wystarczy wykopać dwie studnie pompy ciepła. W Polsce są one jeszcze stosunkowo rzadko wykonywane, warto jednak podkreślić, że system instalacyjny wykorzystujący wodną pompę ciepła przenosi ciepło ze źródła wody do gospodarstwa domowego skuteczniej niż jakikolwiek inny system ogrzewania i chłodzenia.

Dla kogo wodna pompa ciepła?

Pompa ciepła wodna może stanowić dobrą alternatywę dla tradycyjnego ogrzewania, przede wszystkim ze względu na dużo niższe koszty ogrzewania. Co ważne, stosować można ją zarówno w nowych, jak i modernizowanych budynkach. Poza tym, wykorzystanie wodnej pompy ciepła oznacza również czystość i wygodę. Ponieważ brak spalania skutkuje brakiem zanieczyszczeń, które jednocześnie obniżają żywotność urządzenia grzewczego. Są one zatem znacznie trwalszym i bardziej niezawodnym produktem niż większość innych urządzeń grzewczych. Nie wymagają również obsługi. Zazwyczaj wystarczy jedynie ustawić preferowaną temperaturę, a automatyka zrobi resztę, dobierając odpowiednie parametry.

Od dawna pompa ciepła nie jest już towarem ekskluzywnym, na który pozwolić mogą sobie tylko najbogatsi. Pod względem cenowym bowiem, pompy ciepła coraz mniej różnią się od tradycyjnych urządzeń grzewczych (takich jak kotły na węgiel, gaz, czy olej), w przypadku których płaci się nie tylko za samo urządzenie i za paliwo, ale także odpowiednie przystosowanie budynku. W przypadku pomp ciepła, nie trzeba budować komina (jeśli zastosujemy wentylację mechaniczną) i miejsca na składowanie paliwa (węgla, drewna czy oleju opałowego). Inwestycja w wodną pompę ciepła nie wymaga również doprowadzania do nieruchomości gazu, a jak wiadomo, koszt wykonania przyłącza bywa bardzo wysoki. Mimo jednak wysokiej efektywności, eksploatacja pomp ciepła wodnych (korzystających zwłaszcza z otwartych zbiorników wodnych) jest dość droga. Opłaca się je stosować zwłaszcza w budynkach o bardzo dużym zapotrzebowaniu na ciepło.

Wodna pompa ciepła - zasada działania

Zasada działania jak i konstrukcja wszystkich pomp ciepła jest w zasadzie bardzo podobna. W przypadku instalacji z wodną pompą ciepła, w jej wnętrzu krąży woda gruntowa lub ze znajdującego się obok domu zbiornika wodnego, z której pobierana jest energia niezbędna do ogrzania wnętrz.

System pomp ciepła woda/woda ze studniami wody powierzchniowej

System ten znalazł w naszym kraju dość szerokie zastosowanie, zwłaszcza w regionach o dobrej jakości wody gruntowej, która jest doskonałym źródłem ciepła. Dlaczego? Ponieważ tak samo, jak woda na dnie stawu, czy jeziora, również woda gruntowa, jest zawsze dodatnia i wynosi mniej więcej 8 - 10oC (również zimą). Jest to na tyle dużo, że dzięki temu wodna pompa ciepła może osiągać efektywność wyższą niż np. pompa, która czerpie energię z gruntu, a tym bardziej z powietrza.

Do jej zastosowania jednak potrzebne jest przygotowanie dwóch studni. Z jednej woda, z której pompa odbierać będzie ciepło, jest czerpana (nazywana jest studnią czerpną), natomiast do drugiej odprowadzana (ta z kolei nazywana jest studnią zrzutową). Ważne jest, aby zostały one usytuowane w ten sposób, aby woda nie przedostawała się z jednego zbiornika do drugiego (wskazana jest odległość ok. 10 - 15 m). Niestety, przez wymagania związane z montażem i zapewnieniem sprawności, system pomp ciepła woda/woda ze studniami wody powierzchniowej, jest w Polsce stosunkowo rzadko wykonywany.

Pompa ciepła wodna działa na podobnej zasadzie, jak lodówka. Przy czym główna różnica polega na tym, że jest to urządzenie o znacznie większej mocy i wydajności, które czerpie ciepło z innego wydajnego obszaru, jakim jest woda. Dzięki temu skutecznie ogrzewa większe obiekty budowlane, łącznie z wodą użytkową. Do głównych podzespołów najpopularniejszej, sprężarkowej pompy ciepła należą:

• dwa wymienniki ciepła (parownik i skraplacz);
• zawór rozprężny i sprężarka, które połączone są rurami, w których znajduje się czynnik roboczy (jest to płyn o szczególnych właściwościach fizyko-chemicznych, który łatwo zmienia stan skupienia z cieczy w gaz i odwrotnie, w zależności od ciśnienia i temperatury).

Woda pompowana ze studni czerpnej dociera do parownika wodnej pompy ciepła i ogrzewa przepływający przez niego czynnik roboczy. Na skutek wymiany ciepła, temperatura wody znajdującej się w studni nieznacznie się obniża. Z kolei czynnik roboczy, umieszczony w instalacji odparowuje, dzięki ciepłu, które odebrał wcześniej od wody i trafia do sprężarki. Natomiast schłodzona w parowniku woda jest odprowadzona do studni zrzutowej. Na skutek sprzężenia temperatura wzrasta do kilkudziesięciu stopni Celsjusza i w postaci gorącej pary trafia do drugiego wymiennika jakim jest skraplacz, gdzie jego ciepłem ogrzewana jest woda krążąca w instalacji grzewczej (nawet do 50°C). Czynnik roboczy, który oddał ciepło ulega skropleniu (do kilku stopni obniża się także jego temperatura) i trafia do zaworu rozprężnego. Tam natomiast zostaje rozprężony (jego temperatura wraz ze spadkiem ciśnienia obniża się jeszcze bardziej) i przepływa znowu do parownika, gdzie cały cykl zaczyna się od nowa.

System pomp ciepła woda/woda ze zbiorników otwartych

Jeśli w pobliżu naszego domu znajduje się jezioro, staw, czy rzeka, to istnieje możliwość zainstalowania wodnej pompy ciepła właśnie tam, już bez konieczności kopania studni. Woda może być wówczas pobierana bezpośrednio ze zbiornika otwartego lub też jej ciepło może odbierać wymiennik wykonany z rur, które w tym celu zostały ułożone na jego dnie lub pod nim. Tego rodzaju pompę ciepła polecana jest zwłaszcza w przypadku domów o dużym zapotrzebowaniu na ciepło, koszty jej użytkowania bowiem zniwelowane są ilością uzyskanej energii. Pomimo tego, że rozwiązanie takie jest najtańsze w realizacji i najbardziej efektywne, to jak na razie jest ono stosowane w Polsce najrzadziej, szczególnie ze względu na bariery przepisów ochrony środowiska. Jednak przy odpowiednich rozwiązaniach technicznych system wodnych pomp ciepła może zapewnić 100-procentową ochronę przed przedostaniem się szkodliwych substancji do środowiska naturalnego.

Należy tu jednak dodać, że podstawowym problemem w przypadku wykorzystywania wody ze zbiornika otwartego, jest jej jakość. Trzeba więc wziąć pod uwagę poziom jej zanieczyszczenia i zadbać o jej odpowiednią filtrację, co wymaga wdrożenia indywidualnych rozwiązań. Często jednak w zupełności wystarczy do tego zainstalowanie filtrów i wprowadzenie do zbiornika wodnego roślin, które nie tylko staną się jego ozdobą, ale również zadbają o jego dodatkową filtrację. A co może się stać, gdy tego nie zrobimy? Otóż nieprawidłowe zadbanie o jakość wody spowoduje szybszą korozję elementów instalacji, a to w konsekwencji doprowadzi do konieczności ich wymiany, generując koszty. Dlatego też częściej wykorzystywanym źródłem ciepła w Polsce jest jednak grunt.

Od czego uzależniona jest bezproblemowa i poprawna praca pompy wodnej?

W przypadku dużego zapotrzebowania na ciepło, najbardziej opłacalne jest pozyskiwanie go z wód gruntowych i powierzchniowych. Ponieważ ich temperatura oscyluje w granicach 0 - 10°C. Oznacza to więc, że wskaźniki energetyczne w przypadku pomp ciepła woda-woda są jeszcze korzystniejsze niż dla pomp gruntowych. Przy czym najefektywniej pracują urządzenia, które ciepło pobierają z wody gruntowej, osiągając najwyższy współczynnik COP: do ok. 6,5. Jednak bezproblemowa i poprawna praca tego rodzaju pomp ciepła uzależniona jest od takich czynników, jak:

• odpowiednia jakość wody w studni czerpalnej - woda gruntowa najczęściej zawiera dużo składników, które z czasem mogą zanieczyszczać wymiennik pompy ciepła. Aby nie dopuścić do takiej sytuacji stosuje się dodatkowy pośredni wymiennik ciepła, który wymaga okresowego czyszczenia. Przy zakładaniu wodnej pompy ciepła uwzględnić trzeba również to, że nawet, gdy podczas badania wód gruntowych okaże się, że nie zostały przekroczone określone przez producenta składniki wody, to i tak z czasem mogą one ulec zmianie;
• głębokość lustra wodnego w trakcie pompowania, która nie powinna być większa niż 10 - 15 m. Jeśli wymagania te nie zostaną spełnione, skutkować to będzie wysokim zużyciem prądu przez pracującą pompę wodną lub generować będzie konieczność częstego płukania studni zrzutowej.

Wodna pompa ciepła - cena

Przed podjęciem decyzji o instalacji wodnej pompy ciepła ze studniami wody powierzchniowej warto jest przeprowadzić wywiad środowiskowy, dotyczący tego, czy warunki wodno-gruntowe w okolicy wybranej nieruchomości są odpowiednie dla tego typu inwestycji. Lepiej również już wcześniej zapoznać się z kosztami całego przedsięwzięcia (instalacja typu woda-woda nie jest tania), jak i przewidywanymi kosztami eksploatacji. Przykładowo dla pompy ciepła o mocy cieplnej 8 kW, którą zainstalować można w domu o powierzchni 200 m2, liczyć trzeba się z następującymi kosztami:

• cena pompy woda-woda to ok. 40.000 zł;
• montaż i pierwsze uruchomienie to ok 8.000 zł;
• pompa głębinowa to ok. 2.500 zł;
• podłączenie dolnego źródła - 4.500 zł;
• wykonania dolnego źródła (zaleca się wykonanie jednej studni do poboru wody i dwóch zrzutowych) - koszt trzech studni z wyposażeniem to około 38.000 zł.

Tak więc całkowity koszt pompy ciepła ze studniami wody powierzchniowej wynosi ok. 93.000 zł (w zależności od konkretnej inwestycji koszty te mogą się różnić).

Pompa ciepła wodna - jakie formalności?

W Polsce zagadnienie związane z instalacją pompy ciepła reguluje kilka ustaw, w tym m.in. Prawo budowlane, Prawo wodne, Prawo geologiczne i górnicze, ustawa o planowaniu i zagospodarowaniu przestrzennym oraz Prawo ochrony środowiska i przepisy o ochronie zabytków. Zgodnie z tymi ostatnimi, obostrzenia w stosunku do wszystkich pomp ciepła występują w sytuacji, gdy inwestycja ma być przeprowadzona w strefie ochrony konserwatorskiej. Wymagane jest wówczas:

• zgłoszenie, gdy roboty odbywają się na obszarze wpisanym do rejestru zabytków
• pozwolenie na budowę, gdy roboty odbywają się w budynku wpisanym do rejestru zabytków (oba wymienione wnioski z dołączoną zgodą wojewódzkiego konserwatora zabytków należy złożyć w starostwie).

Rodzaj wymaganych formalności zależy przede wszystkim od typu urządzenia, które chcemy zamontować. W przypadku wodnej pompy ciepła obowiązują przepisy Prawa geologicznego i górniczego oraz ustawy Prawo wodne z dnia 20 lipca 2017 r. Zgodnie, z którymi na wykonanie studni, której podstawowym przeznaczeniem jest wykorzystanie wody do celów energetycznych, potrzebne jest pozwolenie wodnoprawne. Aby je uzyskać należy do wniosku dołączyć operat wodnoprawny (składający się z części opisowej i rysunkowej).

Formalności związane z montażem pompy ciepła inwestor powinien dopełnić w trosce o własny interes. Przy czym jest to szczególnie ważne, jeśli zamierza on starać się o dofinansowanie na pompę ciepła. Ponadto konieczne może okazać się wykonanie dodatkowych badań dotyczących hydrogeologii i właściwości termicznych. Często, w z związku z problemami wynikającymi z zanieczyszczenia wody, uwzględnić trzeba dodatkowe koszty związane z filtrowaniem wody i wymianą podatnych na korozję elementów instalacji.

Wodna pompa ciepła a ogrzewanie domu

Pompy ciepła woda-woda korzystają z zasobów warstw wodonośnych, które są zarówno źródłem ciepła w okresie jesienno-zimowym, jak i absorber ciepła podczas miesięcy letnich. Oferują one bowiem stabilne temperatury (które wahają się pomiędzy 0 a 10°C), przewodność cieplną, a także duże zdolności do akumulacji ciepła. Sprawia to, że wodne pompy ciepła osiągnąć mogą wysoką wydajność nawet podczas najbardziej mroźnych zimowych nocy (od 300 proc. do 600 proc.), co w porównaniu z pompami ciepła powietrze-woda osiągającymi tylko od 175 proc. do 300 proc. w tym samym czasie, jest bardzo dobrym wynikiem. Ważne jest jednak, aby w przypadku wodnych pomp ciepła wziąć pod uwagę również dodatkowe koszty i problemy, które wynikać mogą z zanieczyszczenia wody, a więc konieczność jej filtrowania i wymiany korodujących elementów instalacji. Przy ocenie efektywności systemu należy uwzględnić również duże ilość energii potrzebnej do przepompowania wody (do osiągnięcia mocy 10 kW potrzeba jej 2m³/h o temperaturze 5°C).

Kolejną ważną kwestią jest także, to jaką instalacja c.o. najlepiej sprawdzi się w przypadku pompy ciepła wodnej. Otóż może ona współpracować z ogrzewaniem zarówno powietrznym, płaszczyznowym jak i z grzejnikami konwekcyjnymi. Aby te ostatnie jednak osiągnęły wymaganą moc, przy niskiej temperaturze czynnika grzewczego 40 - 50°, konieczne jest wybranie modeli o dużych rozmiarach. Specjaliści zalecają by były one dwa razy większe, niż w przypadku gdyby dopływała do nich woda z kotła o temperaturze 70 - 80°C. Rozwiązanie takie jest oczywiście możliwe, jednak w instalacjach z pompą ciepła wodną lepiej je ograniczyć, co wynika ze zróżnicowania temperatury źródła dolnego i górnego. Świetnie za to sprawdzi się z niskotemperaturowym ogrzewaniem płaszczyznowym, którego instalacja jest stosunkowa prosta, a późniejsza eksploatacja wygodniejsza. Pompy ciepła, bowiem w odróżnieniu od tradycyjnych źródeł charakteryzuje niższy zakres stosowanych temperatur zasilania. Niższa temperatura determinuje większą powierzchnię wymiany ciepła i dlatego znacznie lepiej, niż tradycyjne grzejniki, sprawdzają się systemy płaszczyznowe, które charakteryzuje dużo większa bezwładność. Warto tu jednak podkreślić, że ogrzewanie płaszczyznowe nie musi oznaczać tylko ogrzewania podłogowego. Dobrze sprawdzi się bowiem ogrzewanie sufitowe lub ścienne. Dostępne są również specjalne systemy z cieńszymi rurkami (zatopić je można nawet w standardowej grubości warstwie tynku) oraz przystosowane do ukrycia za płytami g-k (np. na skosach poddasza). Korzystne efekty przynosi również zastosowanie pompy wodnej w systemie ogrzewania nadmuchowego, w którym wystarcza powietrze o temperaturze do 40˚C.

Wodna pompa ciepła - zalety

Wśród głównych korzyści posiadania pompy ciepła wodnej wymienia się przede wszystkim:

najwyższy wskaźniki efektywności pracy przy układzie ze studniami spośród pompy ciepła (wskaźniki COP: do ok. 6,5)
najniższe koszty instalacji w przypadku układu korzystającego ze stawów i jezior
oszczędność - urządzenia te korzystają z odnawialnych i darmowych źródeł energii, co czyni je najtańszymi źródłami energii grzewczej
wielofunkcyjność - pompa służyć może zarówno do ogrzewania domu, grzania wody użytkowej, jak i do chłodzenia latem
energooszczędność - wodna pompa ciepła nie wytwarzają energii cieplnej, a jedynie wykorzystują energię cieplną zawartą w wodzie
bezobsługowość i brak konieczności przeglądów
długa żywotność pompy ciepła - obliczana nawet 50 lat!
dbałość o środowisko naturalne - urządzenie generuje mniej CO2 niż konwencjonalne systemy grzewcze
bezpieczeństwo - nie ma ryzyka zaczadzenia, pożaru, czy wybuchu, jak przy użytkowaniu tradycyjnych urządzeń grzewczych
nie wymaga przyłącza gazu lub składu opałowego
obniżenie kosztów budowy domu - nie ma konieczności budowy komina czy magazynu na opał, itp.
oszczędność czasu - nie trzeba go tracić na szukanie paliwa dobrej jakości w odpowiedniej cenie
podniesienie prestiżu i wartości budynku
możliwość ubiegania się o dotacje OZE
może z powodzeniem być jedynym źródłem służącym do ogrzewania budynku i świetnie współpracować z dodatkowym sprzętem (łatwo podłącza się ją do instalacji fotowoltaicznej i kolektorów słonecznych)