Rodzaje pomp ciepła. Podstawowe różnice

Rodzaje pomp ciepła - najważniejsze informacje

Pompy ciepła to nowoczesne rozwiązania, które z roku na rok zyskują na popularności. Są one bowiem wyjątkowo energooszczędnym, ekologicznym i tanim systemem grzewczym, zapewniającym wygodę i wysoki komfort cieplny. Ponadto służą one nie tylko do ogrzewania, ale również i chłodzenia pomieszczeń (stałego lub okresowego) oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej i podgrzewania wody basenowej (pompy ciepła do basenu). Dodatkowo koszt takiej inwestycji można znacznie obniżyć korzystając z różnych form dofinansowania do pompy ciepła.

Na rynku dostępnych jest wiele wariantów tych urządzeń grzewczych, które z powodzeniem stosowane są zarówno w domach jednorodzinnych, jak i w budynkach użytkowych, biurowych, czy handlowych. W zależności od tego, jakie jest źródło, z którego pompa ciepła pozyskuje ciepło (tzw. źródło dolne), może być to: pompa ciepła gruntowa, pompa ciepła powietrzna, pompa ciepła wodna lub pompa ciepła hybrydowa.

Rodzaje pomp ciepła - pompa ciepła gruntowa

Pompy ciepła gruntowe, w przypadku których źródłem ciepła jest grunt lub podobne źródło, wykorzystują geotermalną energię skumulowaną w gruncie. W celu wykorzystania tego ciepła, ten rodzaj pompy ciepła wyposażony jest w gruntowy wymiennik (kolektor) ciepła, który może być zainstalowany w układzie:

• poziomym, który jest rozwiązaniem tańszym od gruntowej pompy ciepła z wymiennikiem pionowym. W tym przypadku jednak warunkiem koniecznym jest posiadanie działki o gruntach gliniastych i mocno nasączonych wodą powierzchniową (instalacja ta położona jest zdecydowanie płycej niż w przypadku wymiennika pionowego). Teren ten musi być też sporych rozmiarów, z odpowiednio zagospodarowaną przestrzenią (wolną od zabudowań mogących powodować jej zaciemnianie). W związku z tym, gruntowy wymiennik poziomy najlepiej sprawdza się na obszarach wiejskich, gdzie jest więcej miejsca;
• pionowym, który jest droższy, ze względu na to, że zainstalowanie kolektora pionowego jest znacznie trudniejsze (do wykonania głębokich na kilkadziesiąt metrów otworów potrzebny jest specjalistyczny sprzęt). Jednak pompa ciepła z kolektorem pionowym osiąga wyższy współczynnik wydajności COP (wydajność pompy ciepła z wymiennikiem pionowym jest bardzo wysoka, dzięki mniejszej amplitudzie temperatur). Rozwiązanie to dobrze sprawdza się zwłaszcza w przypadku działek z piaskami o niewielkich rozmiarach oraz na obszarach podmiejskich, gdzie występuje bardzo duże rozdrobnienie działek.

Zaletą pompy gruntowej jest jej wysoka efektywność działania, która sprawia, że może ona stanowić jedyne źródło ogrzewania budynku, doskonale współpracujące z ogrzewaniem podłogowym. Ponadto pompa ciepła gruntowa nie jest podatna na warunki pogodowe i posiada funkcję chłodzenia pasywnego (natural cooling), wykorzystującego naturalne właściwości dolnego źródła ciepła. Gruntowe pompy ciepła objęte są również najwyższymi dotacjami sięgającymi nawet 70 proc. kosztów kwalifikowanych (w programie Czyste Powietrze jest to maksymalnie 50.900 zł, a w Moim Ciepłe - 21.000 zł).

Rodzaje pomp ciepła - pompa ciepła powietrzna

Pompy ciepła powietrzne, w przypadku których źródłem ciepła jest powietrze pobrane z zewnątrz, są najpopularniejszym typem tych urządzeń instalowanych w Polsce. Nie wymagają one bowiem na starcie poniesienia wysokich kosztów (są niedrogie oraz proste i szybkie w montażu). Jednak z uwagi na użycie powietrza zewnętrznego jako źródła ciepła posiadają pewne ograniczenia. Konieczne więc może okazać się wyposażenie nieruchomości w inne, dodatkowe źródło ogrzewania, które będzie wspomagało pracę pompy ciepła lub ją zastępowało, w okresie największych różnic temperatur. Dzieli się je na:

• pompy ciepła powietrzno-powietrzne, które pobierają ciepło z powietrza zewnętrznego i transportują je do powietrza wewnętrznego (np. w domu). Pełnią one najczęściej funkcję klimatyzacji, dzięki odwróceniu układu chłodniczego. Pompy ciepła powietrze-powietrze pracują w układzie nadmuchowym, w którym ogrzewane zostaje bezpośrednio powietrze z budynku, nie ogrzewają jednak wody użytkowej;
• pompy ciepła powietrze-woda, transportują ciepło z zewnątrz do obiegu grzewczego (ogrzewanie podłogowe jest najbardziej wydajne) i do domowych zbiorników wody gorącej, z których to woda używana jest do zasilania kranów, pryszniców w budynku. Dostępne obecnie na rynku pompy ciepła powietrze-woda, wyposażone są w nowoczesne sprężarki, umożliwiające efektywne ogrzewanie budynku, nawet w sytuacji, gdy temperatura zewnętrzna spada do -28°C.

Co ważne, korzystanie z powietrznej pompy ciepła, nie wymaga od inwestora, ani posiadania odpowiedniej działki, ani instalacji dolnego źródła ciepła (nie trzeba wykonywać zaawansowanych prac ziemnych). Montaż tego urządzenia odbywa się zatem stosunkowo szybko, bez tak dużych nakładów finansowych, jak w przypadku gruntowych pompach ciepła. Przy czym pewne różnice, zarówno jeśli chodzi o konstrukcję jednostek, jak i parametry pracy urządzenia, wynikają z tego na jaki wariant powietrznej pompy ciepła się zdecydujemy - split czy monoblok.

Pompy ciepła powietrzne typu split

Pompa ciepła powietrze-woda typu split, składa się z dwóch modułów: jednostki zewnętrznej pełniącej funkcję agregatu (czyli urządzenia do odzyskiwania i transformacji ciepła ze środowiska) i jednostki wewnętrznej (tzw. hydroboxu, będącego połączeniem układu elektrycznego i hydraulicznego). Moduły te połączone są ze sobą rurami stanowiącymi część układu termodynamicznego. Wśród zalet pomp ciepła typu split wymienia się te związane z:

• niższym kosztem zakupu i montażu;
• zerowymi stratami ciepła;
• eliminacją źródła hałasu z budynku;
• uniknięciem zamarznięcia płynu chłodniczego w urządzeniu zimą na skutek przerw w dostawie energii elektrycznej.

Najczęściej wymieniane wady to natomiast:

• bardziej skomplikowany montaż, który musi przeprowadzić instalator posiadający uprawnienia do pracy z gazami chłodniczymi (uprawnienia F-gazowe);
• zapewnienie odpowiedniego miejsca dla modułu zewnętrznego i wewnętrznego;
• spore ryzyko wystąpienia ludzkiego błędu, skutkującego nieprawidłowym działaniem i krótszą żywotnością pompy ciepła;
• wydatki związane z coroczną kontrolę szczelności i konieczność prowadzenia karty produktu.

Pompy ciepła powietrzne typu monoblok

Pompa ciepła powietrze-woda typu monoblok, to urządzenie jednosegmentowe, najczęściej montowane na zewnątrz budynku (przy jego ścianie lub na ogrodzeniu) i połączone z instalacją orurowaniem. W module zamkniętym hermetycznie w procesie produkcji, umieszczone są wszystkie elementy pompy ciepła (w tym sprężarka, wentylator, pompa obiegowa, zawór rozprężny oraz skraplacz). W fabryce czynnikiem chłodniczym napełniany jest też układ chłodniczy. Również wtedy przeprowadzane są testy na szczelność urządzenia. Wśród zalet pomp ciepła typu monoblok wymienia się te związane z:

• prostym i szybkim montażem;
• niskim ryzykiem popełnienia błędów instalacyjnych;
• szczelnością, przez co znacznie maleje ryzyko spadku wydajności urządzenia oraz nieprawidłowości w jej działaniu;
• zwolnieniem właściciela pompy ciepła monoblok z obowiązku jej rejestracji w Centralnym Rejestrze Operatorów (CRO);
• brakiem konieczności posiadania uprawnień F-gazowych do jej instalacji;
• zwartą zabudową, dzięki której osiągają nieznacznie wyższą sprawność grzewczą w porównaniu do pomp typu split;
• cichszą pracą;
• brakiem konieczności prowadzenia karty urządzenia.

Najczęściej wymieniane wady to natomiast:

• wyższa cena pomp ciepła typu monoblok;
• straty ciepła.

Rodzaje pomp ciepła - pompa ciepła wodna

Pompy ciepła wodne, które jako źródła ciepła używają wodę płynącą, cechują się wysoką wydajnością energetyczną (wyższą nawet niż pompy ciepła gruntowe). Jednak ze względu na koszty inwestycyjne, są w budownictwie jednorodzinnym stosowane rzadziej. Mogą stanowić jedyne źródło ogrzewania, do zasilania którego, w ramach zewnętrznego źródła wykorzystuje się prąd, olej lub gaz. W przypadku tego urządzenia grzewczego niezbędne jest źródło wody, którym może być:

• zlokalizowany nieopodal budynku zbiornik wodny, taki jak staw bądź rzeka. Woda jest wtedy pobierana bezpośrednio ze zbiornika otwartego lub jej ciepło może odbierać wymiennik wykonany z rur, które w tym celu zostały ułożone na jego dnie lub pod nim. Inwestycja taka polecana jest w przypadku domów o dużym zapotrzebowaniu na ciepło, ponieważ koszty użytkowania instalacji zniwelowane są ilością uzyskanej energii. Ponadto zachodzi wówczas potrzeba filtrowania wody (zanieczyszczenia mogą doprowadziły do awarii instalacji) i okresowych działań zapobiegających korodowaniu jej elementów;
• wykopanie studni głębinowych, w przypadku kiedy nie ma dostępu do zbiornika wodnego. Wówczas, pierwsza z nich (tzw. czerpna) pobiera wodę i pozyskuje z niej ciepło. Natomiast do drugiej studni (zrzutowej) trafia woda schłodzona. W Polsce, przez wymagania związane z montażem i zapewnieniem sprawności, system pomp ciepła woda-woda ze studniami wody powierzchniowej, jest wykonywany stosunkowo rzadko.

Wśród głównych korzyści wynikających z posiadania pompy ciepła wodnej wymienia się m.in. wyższa wydajność energetyczną niż w przypadku pompy gruntowej (woda posiada doskonałą zdolność do akumulowania ciepła), najniższe koszty instalacji (w przypadku układu korzystającego ze stawów i jezior) i długą żywotność. Wadą jest natomiast to, że wymagają odpowiedniej wielkości i jakości wód gruntowych do ich montażu, o których dostępność trudno.

Pompa ciepła hybrydowa

Pompy ciepła hybrydowe różnią się między sobą w zależności od zastosowanych rozwiązań technicznych, których celem jest dalsze zwiększenie całorocznej efektywności energetycznej. Najczęściej spotykane są systemy hybrydowe, składające się z połączenia nowoczesnego i ekologicznego źródła ogrzewania z tym tradycyjnym. Krok dalej stanowią natomiast hybrydowe pompy ciepła, będące urządzeniami, w których znajdują się dwa źródła ciepła.

Hybrydowa pompa ciepła to połączenie w jednym układzie dwóch urządzeń, służących do do ogrzewania budynku i podgrzewania wody. Największą popularnością cieszą się zwłaszcza moduły hybrydowe łączące gazowy kocioł kondensacyjny (jedno lub dwufunkcyjny) i pompę ciepła powietrze-woda (typu monoblok lub split) wykorzystującą energię odnawialną. Na rynku dostępne są również zestawy hybrydowe wyposażone w olejowy kocioł grzewczy, hybrydowy zasobnik c.w.u. oraz w pompę ciepła.

W zależności od temperatury na zewnątrz, kosztów energii (najbardziej ekonomiczny wybór) i wymaganej mocy grzewczej, pompa ciepła hybrydowa decyduje, które z tych dwóch źródeł zasilania, ma działać w konkretnym momencie. A więc, swoje funkcję może wówczas spełniać tylko powietrzna pompa ciepła, tylko gazowy kocioł kondensacyjny, lub też ewentualnie oba te urządzenia na raz.

Do głównych zalet wynikających z posiadania pompy ciepła hybrydowej zalicza się: wysoką efektywność energetyczną, duże łączne moce grzewcze, niezależność i możliwość naprzemiennej pracy dwóch źródeł zasilania (w zależności od potrzeb). Ponadto zastosowanie hybrydowej pompy ciepła wiąże się ze zwiększeniem bezpieczeństwa energetycznego, albowiem w przypadku awarii jednego z urządzeń grzewczych, w jego zastępstwie pracuje to drugie.