Krótki przewodnik po pompach ciepła – rodzaje i działanie pomp

Pompy ciepła, jako urządzenia wykorzystujące energię odnawialną, stały się niezbędnym elementem każdego nowego domu pasywnego i niskoenergetycznego. Myli się jednak ten, kto sądzi, że pompy wykorzystywać można jedynie przy okazji budowy nowych nieruchomości – równie dobrze pompy ciepła wykorzystać można w obiektach, które powstały wiele lat temu. Pompy nadają się do wykorzystania nie tylko w budynkach jednorodzinnych, ale również w budownictwie wielorodzinnym, komunalnym i przemysłowym.

Jak działają pompy ciepła?

Niezależnie od rodzaju wykorzystywanego ciepła każda pompa składa się z kilku głównych, podstawowych elementów. Pierwszym jest wymiennik, którego zadaniem jest pozyskiwanie ciepła (z wody, gruntu lub powietrza). Drugi element pompy ciepła to sprężarka, która jest sercem systemu. Trzeci – to kolejny wymiennik – tym razem do oddawania ciepła, wykonany zwykle ze stali szlachetnej. Czwartym jest zawór rozprężny. Elementy – by pompa zadziałała i była skuteczna – muszą tworzyć zamkniętą, hermetyczną całość, którą wypełnia tzw. czynnik chłodniczy, który paruje w bardzo niskiej temperaturze. Dzięki takim właściwościom – nawet w czasie srogich polskich zim – jest on w stanie zamienić się w parę, która jest następnie sprężana, co powoduje wzrost jej ciśnienia. Zjawisku temu towarzyszy z kolei zwiększanie się temperatury i wytwarzanie ciepła, które oddawane jest do wymiennika i później wykorzystywane jest do ogrzewania nieruchomości. Para – po oddaniu ciepła – traci swoją temperaturę i skrapla się, trafiając z powrotem do obiegu przez zawór rozprężny, który powoduje spadek ciśnienia i temperatury na tyle duży, że czynnik chłodniczy ponownie zaczyna parować, dzięki czemu cały proces można rozpocząć ponownie.

Pompy ciepła można podzielić ze względu na źródło, z którego jest pozyskiwane ciepło.

Gruntowe pompy ciepła

W Polsce najczęściej stosuje się gruntowe pompy ciepła, mają one też największy udział w instalacjach nowo budowanych. Charakteryzują się wysoką efektywnością działania i pozwalają na pracę monowalentną (co oznacza, że pompa jest na tyle skuteczna, że może stanowić jedyne źródło ogrzewania nieruchomości). Warto mieć na uwadze, że w wypadku zastosowania wymiennika poziomego będzie potrzebna dość duża powierzchnia działki (niezabudowana). Szacuje się, że aby uzyskać 1 kW mocy grzewczej potrzeba przynajmniej 40 metrów kwadratowych gruntu. Nieco inaczej wygląda sytuacja, gdy w pompie ciepła zastosowane zostaną sondy pionowe. Tu problem polega jednak na tym, że wiercenia powinny być dość głębokie, sięgające około 100 metrów. W zależności od gruntu, na którym odbywać się będą wiercenia, tego typu odwierty kosztować mogą nawet kilka tysięcy euro.

Wodne pompy ciepła również cechuje wysoka wydajność energetyczna, o wiele wyższa niż w wypadku pomp gruntowych, przez co również mogą być stosowane jako jedyne źródło ogrzewania. W polskich warunkach, w budownictwie jednorodzinnym pompy wodne są stosowane rzadziej ze względu na koszty inwestycyjne. Choć do uzyskania 1 kW mocy grzewczej wystarczy przepływ wody gruntowej rzędu 150 litrów na godzinę, to woda ta musi być odseparowana od głównego wymiennika ciepła wymiennikiem pośrednim, by uniknąć jego zanieczyszczenia. To z kolei powoduje konieczność poniesienia dodatkowych wydatków inwestycyjnych.

Popularność powietrznych pomp ciepła rośnie, bo wymagają „na starcie” poniesienia przez inwestora najniższych kosztów. Tego rodzaju pompy ciepła można jednak stosować w każdych warunkach. Wadą tego rozwiązania jest zwykle konieczność wyposażenia nieruchomości w inne, dodatkowe źródło ogrzewania, które będzie albo współistniało z ogrzewaniem z pompy powietrznej, albo je zastępowało w przypadku największych różnic temperatur w środku i na zewnątrz pomieszczeń.

Coraz lepsze możliwości pomp ciepła, jak i niższe ceny powodują, że coraz więcej inwestorów – także w Polsce – życzliwym okiem spogląda na ten rodzaj ogrzewania nieruchomości. Pompy ciepła mają bowiem wiele zalet i cech, którymi nie mogą wykazać się „klasyczne” źródła ogrzewania. Nie spowodują one chociażby pożaru, ich użytkowanie nie grozi zaczadzeniem, a tym bardziej eksplozją. Pompy pozwalają na ograniczenie kosztów ogrzewania, energia, z której korzystają, najczęściej pochodzi ze źródeł odnawialnych, a obecne czynniki chłodzące znajdujące się w wymiennikach również można zaliczyć do ekologicznych – są w pełni degradowalne i nieszkodliwe dla środowiska. Nic więc dziwnego, że w niektórych europejskich krajach pompy ciepła mają już znaczący udział w ogrzewaniu. Tak jest chociażby w Szwecji, gdzie taki system ogrzewania posiada już 70 procent gospodarstw domowych, w Szwajcarii z kolei co trzeciej inwestycji mieszkaniowej towarzyszy instalacja pomp ciepła.