Pompa ciepła to elektryczne urządzenie, które przenosi energię cieplną z powietrza, gruntu lub wody do budynku. Nie spala paliwa i nie wytwarza ciepła w taki sposób jak kocioł. Pobiera energię z otoczenia, podnosi jej temperaturę za pomocą obiegu czynnika chłodniczego, a następnie przekazuje ją do ogrzewania pomieszczeń i przygotowania ciepłej wody użytkowej.
Co to jest pompa ciepła?
Pompa ciepła działa jak lodówka, ale w odwrotnym kierunku. Lodówka odbiera ciepło ze swojego wnętrza i oddaje je do pomieszczenia. Pompa ciepła pobiera energię z otoczenia i przekazuje ją do instalacji grzewczej budynku.
Źródło, z którego urządzenie pobiera energię, nazywa się dolnym źródłem. Może nim być powietrze zewnętrzne, grunt albo woda. Instalacja, do której trafia ogrzane medium, to górne źródło – na przykład ogrzewanie podłogowe, grzejniki lub zasobnik ciepłej wody. Nazwy te opisują obieg energii, a niekoniecznie położenie elementów względem siebie.
Do działania pompa potrzebuje energii elektrycznej, przede wszystkim do napędu sprężarki. Pozostała część dostarczanego ciepła pochodzi z otoczenia. Dlatego urządzenie nie jest klasycznym generatorem ciepła, lecz systemem, który je transportuje i podnosi jego temperaturę do poziomu użytecznego w budynku.
Jak działa pompa ciepła?
W zamkniętym obiegu krąży czynnik chłodniczy, czyli substancja zdolna do zmiany stanu skupienia przy niskiej temperaturze. Dzięki temu może pobierać energię nawet z chłodnego powietrza lub gruntu. Cykl pracy obejmuje cztery podstawowe etapy:
- Parowanie – czynnik chłodniczy odbiera ciepło z dolnego źródła i odparowuje w parowniku.
- Sprężanie – gaz trafia do sprężarki, która podnosi jego ciśnienie. Wraz ze wzrostem ciśnienia rośnie także temperatura czynnika. Sprężarka ma napęd elektryczny i jest elementem, który zużywa energię potrzebną do napędzania obiegu.
- Skraplanie – gorący czynnik oddaje energię w skraplaczu do instalacji ogrzewania budynku. Ochładza się i przechodzi ze stanu gazowego w ciekły.
- Rozprężanie – zawór rozprężny obniża ciśnienie i temperaturę czynnika. Następnie trafia on ponownie do parownika, a cały cykl zaczyna się od początku.
W praktyce oznacza to, że pompa może przekazywać ciepło z chłodniejszego środowiska do cieplejszej instalacji. Im większa różnica między temperaturą dolnego źródła a temperaturą wymaganą przez ogrzewanie, tym większego wysiłku potrzebuje sprężarka.
Jakie są rodzaje pomp ciepła?
Typ urządzenia określa przede wszystkim rodzaj dolnego źródła. Różnice między rozwiązaniami dotyczą stabilności temperatury, zakresu prac ziemnych i warunków montażu.
| Typ pompy | Dolne źródło | Złożoność montażu | Efektywność |
|---|---|---|---|
| Powietrzna | Powietrze zewnętrzne | Najprostszy montaż, bez odwiertów i kolektorów gruntowych | Zależna od temperatury zewnętrznej, spada przy silnym mrozie |
| Gruntowa | Grunt, przez kolektor poziomy lub sondy pionowe | Wymaga przygotowania dolnego źródła, a przy sondach także odwiertów | Stabilna, ponieważ temperatura gruntu zmienia się wolniej niż temperatura powietrza |
| Wodna | Woda gruntowa lub powierzchniowa | Wymaga odpowiednich warunków wodnych, często dwóch studni i dodatkowych formalności | Wysoka, ale zależna od dostępności i jakości wody |
Pompa powietrzna jest zwykle najłatwiejsza do zastosowania w istniejącym budynku. Nie wymaga wykonywania odwiertów, ale jej wydajność zależy od aktualnej temperatury zewnętrznej. Podczas mrozu może nadal ogrzewać dom, jednak przy niższej efektywności i większym zużyciu prądu.
Pompa gruntowa pobiera energię z ziemi za pomocą kolektora poziomego albo sond pionowych. Kolektor wymaga większej powierzchni działki, natomiast sondy zajmują mniej miejsca, lecz wiążą się z wykonaniem odwiertów. W przypadku sond ich głębokość może wynosić orientacyjnie od 80 do 130 metrów, zależnie od warunków gruntowych i projektu instalacji.
Pompa wodna wykorzystuje ciepło wód gruntowych. Jej montaż wymaga odpowiedniej lokalizacji, sprawdzenia warunków hydrogeologicznych i przygotowania układu poboru oraz zrzutu wody. Z tego powodu stosuje się ją rzadziej niż pompy powietrzne i gruntowe.
Warto odróżnić także pompy powietrze–woda i powietrze–powietrze. Pierwsza przekazuje ciepło do wodnej instalacji grzewczej, na przykład podłogówki lub grzejników. Druga ogrzewa pomieszczenia bezpośrednio przez nawiew powietrza.
Dlaczego bierze się pod uwagę pompę ciepła?
Efektywność pompy opisuje między innymi współczynnik COP. Pokazuje on, ile energii cieplnej urządzenie dostarcza w określonych warunkach w stosunku do zużytej energii elektrycznej. Przykładowo COP równy 4 oznacza dostarczenie 4 kWh ciepła przy zużyciu 1 kWh prądu. Rzeczywista wartość zmienia się wraz z temperaturą źródła i temperaturą zasilania instalacji.
Najważniejsze cechy tego rozwiązania to:
- brak spalania paliwa i spalin w miejscu użytkowania,
- możliwość ogrzewania budynku oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej,
- automatyczna praca bez potrzeby składowania węgla, drewna lub pelletu,
- możliwość połączenia z instalacją fotowoltaiczną, która może zasilać urządzenie energią wyprodukowaną na miejscu.
Niektóre pompy rewersyjne mogą również chłodzić budynek. Wymaga to jednak instalacji odbiorczej przystosowanej do chłodzenia, na przykład klimakonwektorów albo odpowiednio zaprojektowanego ogrzewania płaszczyznowego.
Czy pompa ciepła sprawdzi się w każdym domu?
Nie każde urządzenie będzie równie dobrze dopasowane do każdej nieruchomości. Znaczenie ma przede wszystkim izolacja budynku, obliczone zapotrzebowanie na ciepło i rodzaj instalacji wewnętrznej. Pompa ciepła najłatwiej współpracuje z ogrzewaniem niskotemperaturowym, takim jak podłogówka, ponieważ może wtedy pracować przy niższej temperaturze zasilania.
W starszym domu również można ją zastosować, ale przed wyborem trzeba ocenić stan ocieplenia, szczelność budynku i parametry grzejników. Przy dużych stratach ciepła albo instalacji wymagającej bardzo gorącej wody zużycie energii może być wyższe, a dobór urządzenia trudniejszy.
Pompa powietrzna traci część wydajności przy niskiej temperaturze zewnętrznej, podczas gdy grunt i woda zapewniają zwykle bardziej stabilne warunki pracy. Nie oznacza to jednak, że powietrzna pompa przestaje działać zimą. Ostateczny rezultat zależy od projektu całego systemu, a nie tylko od samego urządzenia.
