W ciągu ostatnich lat o pompach ciepła napisano wiele. Wciąż jednak nie każdy inwestor rozróżnia je na tyle, by wiedzieć, w jaki typ urządzenia najlepiej mu będzie zainwestować. W tym tekście omówimy rodzaje pomp ciepła dostępnych na rynku, wskazując ich istotne atuty, ograniczenia oraz zasadność zastosowania.
Pompa ciepła – ogrzewanie przyszłości w nowoczesnym domu
Pompa ciepła to urządzenie grzewcze, które nie generuje ciepła w klasycznym rozumieniu, ale transportuje je z otoczenia do wnętrza budynku. Aby to robić, potrzebuje wprawdzie źródła zasilania, jednak fenomen pompy polega na tym, że pobierając 1 kWh prądu z sieci, jest w stanie dostarczyć średnio 4 kWh energii cieplnej. Może być ona wykorzystana do ogrzewania pomieszczeń lub przygotowania ciepłej wody użytkowej.
Skąd pompa pozyskuje ciepło? Źródła mogą być trzy: powietrze, grunt (energia geotermalna) lub okoliczne zbiorniki wodne. Z punktu widzenia instalatora to właśnie ta cecha odróżnia pompę ciepła od klasycznego kotła – spalającego paliwo i (w przeciwieństwie do pompy) emitującego CO2.
Zasada działania urządzenia przypomina odwróconą pracę lodówki. W uproszczeniu: czynnik roboczy krąży w zamkniętym obiegu, odbiera ciepło z dolnego źródła (np. powietrza zewnętrznego). Następnie – po sprężeniu – oddaje je do instalacji grzewczej w budynku. Fundamentalną funkcję w tym procesie odgrywają sprężarka, parownik, skraplacz i zawór rozprężny.
Nowoczesna pompa ciepła obok funkcji grzewczej może także chłodzić budynek latem oraz współpracować z instalacją fotowoltaiczną. Taka uniwersalność sprawiła, że tego typu urządzenia są dziś traktowane jako pełnoprawne źródło ciepła przyszłości, po które coraz chętniej sięgają świadomi inwestorzy.
Rodzaje pomp ciepła – przegląd technologii
Rodzaje pomp ciepła warunkowane są wspomnianym już dolnym źródłem, czyli miejscem, z którego urządzenie pobiera darmową, odnawialną energie. W tym kontekście wyróżniamy trzy podstawowe pomp oraz ich poszczególne podkategorie.
Pompy ciepła powietrzne
Pompy ciepła powietrzne są obecnie najczęściej wybieranym rozwiązaniem w budownictwie jednorodzinnym. Wynika to głównie z ich uniwersalności oraz braku konieczności wykonywania prac ziemnych na potrzeby montażu. Dolnym źródłem jest tutaj powietrze zewnętrzne.
Powietrze–woda
Ten typ pompy ciepła przekazuje energię cieplną z powietrza do wodnej instalacji grzewczej – ogrzewania podłogowego, grzejników niskotemperaturowych oraz zasobnika c.w.u. To rozwiązanie zasadne wtedy, gdy pompa ciepła ma być głównym źródłem ogrzewania całego budynku lub pracować w instalacji hybrydowej, np. z kotłem gazowym. Sprawdza się zarówno w nowych domach, jak i w obiektach modernizowanych, pod warunkiem odpowiedniego dostosowania instalacji.
Zaletą pomp powietrze–woda jest ich wszechstronność – jedno urządzenie może odpowiadać za ogrzewanie, ciepłą wodę i często również chłodzenie. Ograniczeniem pozostaje zależność od temperatury zewnętrznej, choć nowoczesne jednostki radzą sobie skutecznie także przy silnych mrozach.
Powietrze–powietrze (klimatyzatory)
Pompy ciepła typu powietrze–powietrze to w praktyce klimatyzatory z funkcją grzania. Nie współpracują one z instalacją wodną, ale ogrzewają i chłodzą powietrze bezpośrednio w pomieszczeniach. To rozwiązanie zasadne tam, gdzie:
- nie ma instalacji grzewczej wodnej,
- liczy się funkcja chłodzenia,
- ogrzewanie ma charakter uzupełniający lub strefowy.
W domach o dobrej izolacji cieplnej klimatyzator może pełnić rolę podstawowego źródła ogrzewania, szczególnie w połączeniu z fotowoltaiką. Ta podkategoria popularna jest także w budownictwie wielorodzinnym, np. blokach mieszkalnych.
Split, monoblok i multi-split
Pompy powietrzne występują w różnych konfiguracjach konstrukcyjnych.
Pierwszą są urządzenia typu monoblok, gdzie układ chłodniczy został zamknięty w jednej obudowie. Monoblokowe pompy ciepła mogą składać się z dwóch jednostek – wewnętrznej i zewnętrznej, połączonych ze sobą przewodami wodnymi. To rozwiązanie prostsze instalacyjnie, nie wymagające ingerencji w układ chłodniczy.
Wariant split zakłada podział układu chłodniczego na dwie jednostki: zewnętrzną oraz wewnętrzną. W ten sposób działa większość klimatyzatorów z funkcją grzania. W przypadku pomp ciepła typu Split część instalacji chłodniczej wykonuje instalator w czasie montażu, dlatego musi on posiadać dodatkowo uprawnienia chłodnicze.
Na rynku dostępne są też warianty multi-split stosowane w systemach powietrze–powietrze, gdy jedna jednostka zewnętrzna obsługuje kilka jednostek wewnętrznych. To rozwiązanie praktyczne przy ogrzewaniu lub chłodzeniu kilku pomieszczeń. Przykładowo w takim układzie montuje się jednostkę zewnętrzną na jednej ze ścian budynku i odprowadza od niej od 2 do 5 jednostek wewnętrznych.
Warto dodać, że nie istnieje tutaj rozwiązanie „najlepsze” czy „uniwersalne”. Każda z konfiguracji ma swoje uzasadnienie, a wybór powinien wynikać z układu budynku, oczekiwań użytkownika oraz funkcji, jakie ma pełnić system.
Pompy ciepła gruntowe
Gruntowe pompy ciepła wykorzystują energię geotermalną (zgromadzoną w ziemi). W przeciwieństwie do powietrza charakteryzuje się ona stabilną temperaturą przez cały rok poniżej strefy przemarzania. Już na głębokości kilku metrów wahania sezonowe są niewielkie, co z punktu widzenia pracy pompy ciepła ma ogromne znaczenie.
Stabilne dolne źródło oznacza przewidywalną i efektywną pracę urządzenia niezależnie od warunków pogodowych. W praktyce wyróżniamy dwa podstawowe sposoby pozyskiwania ciepła z gruntu:
- Kolektory poziome – system rur układanych płytko w gruncie (ok. 1,2–1,8 m), pobierające ciepło z warstwy nagrzewanej przez słońce i opady. Wymagają dużej, niezabudowanej powierzchni działki; są prostsze wykonawczo, ale bardziej zależne od warunków gruntowych.
- Odwierty pionowe – pionowe sondy o głębokości kilkudziesięciu–ponad 100 m, gdzie temperatura gruntu pozostaje stabilna przez cały rok. Sprawdzają się na małych działkach i przy większym zapotrzebowaniu na ciepło, zapewniając bardzo przewidywalną pracę pompy.
Pompy ciepła wodne
Ten rodzaj pomp ciepła jest najbardziej wydajnym, a jednocześnie najrzadziej stosowanym. Wynika to przede wszystkim z wysokich kosztów inwestycyjnych oraz uzależnienia od warunków lokalnych. Woda, podobnie jak grunt, ma bardzo stabilną temperaturę, a dodatkowo cechuje się wysoką pojemnością cieplną, co sprzyja efektywnemu przekazywaniu energii.
W praktyce najczęściej spotyka się systemy typu woda–woda, gdzie dolnym źródłem są studnie czerpne i zrzutowe. Rzadziej występują instalacje wykorzystujące zbiorniki wodne (np. jeziora). Zastosowanie pomp ciepła wodnych jest jednak możliwe tylko tam, gdzie pozwalają na to warunki hydrogeologiczne, dostęp do odpowiedniej ilości wody oraz lokalne przepisy. Występują głównie w obiektach o większej skali lub tam, gdzie warunki naturalne wyjątkowo sprzyjają ich zastosowaniu.
Pompy ciepła do c.w.u.
Jedną z podkategorii pomp ciepła są także kompaktowe urządzenia przeznaczone są wyłącznie do przygotowania ciepłej wody użytkowej. Najczęściej wykorzystują energię z powietrza (np. z pomieszczenia technicznego lub powietrza wywiewanego), odciążając główne źródło ogrzewania. Sprawdzają się tam, gdzie zapotrzebowanie na c.w.u. jest niezależne od systemu grzewczego lub gdy priorytetem jest efektywne podgrzewanie wody przez cały rok, także poza sezonem grzewczym.
