Ogrzewanie domu. Jak działa pompa ciepła?

Pompa ciepła to system grzewczy, który służy do ogrzewania pomieszczeń oraz wody. Wyróżnia się tym, że nie wytwarza własnej energii jak tradycyjne systemy zasilane paliwami (olejem, węglem, elektrycznością itp.). Nie musi niczego spalać, by zapewniać odpowiednią temperaturę.

Pompa ciepła wykorzystuje energię pochodzącą ze środowiska naturalnego, która pobierana jest z gruntów, wody lub powietrza. Takie działanie może wydawać się nieprawdopodobne, jednak – dzięki zasadzie fizycznej zwanej efektem Joule’a Thompsona – jest możliwe. W skrócie polega na tym, że ciepłe powietrze z zewnątrz (za pomocą odpowiednich procesów termodynamicznych) przenoszone jest do środka pomieszczenia. Pompa działa więc podobnie jak lodówka, tylko że odwrotnie – zamiast ochładzać wnętrze i oddawać ciepło na zewnątrz, ociepla je i oddaje na zewnątrz zimno.

Jedyna energia dodatkowa, jaka jest do tego potrzebna, to prąd, który służy do transportu energii z gruntów, wody lub powietrza. Elektryczność stanowi zaledwie 25% energii potrzebnej pompie do ogrzania domu. Resztę system pobiera z zewnątrz.

W zależności od wybranego modelu, pompa ciepła może bazować na różnych źródłach ciepła.

Nawet jeśli na dworze panują ujemne temperatury, powietrze zawiera w sobie ciepło, które można z niego pozyskać, a następnie przekazać do wnętrza budynku, a nawet wykorzystać do podgrzania wody. Wszystko dzięki pompom ciepła. Niektóre ich modele mogą aktywnie generować ciepło nawet w okresach, gdy temperatura na zewnątrz sięga -25 °C (choć inne mogą potrzebować dodatkowego wsparcia, np. pod postacią grzałki elektrycznej, już w momencie spadku temperatury do -5 °C). Pompy czerpiące energię z powietrza często są wykorzystywane również jako klimatyzatory, szczególnie w porze letniej. Mogą ochładzać pomieszczenia i oddawać ciepło na zewnątrz budynku. Takie pompy nie wymagają również wstawiania sond pionowych ani kolektora gruntowego, dzięki czemu nadają się do montażu nawet na niedużej działce.

W ziemi zawarte są ogromne zasoby ciepła. Pompy gruntowe pozwalają użyć ich do ogrzania domu, dzięki wymiennikowi gruntowemu. Te pompy wymagają budowy kolektora lub wymiennika (w przypadku współpracy z pompą powietrzną). Rodzaj kolektora jest jednak zależny przede wszystkim od rodzaju gruntu, wielkości przestrzeni oraz tego, jakie są akceptowalne rozmiary prac ziemnych. Pompy tego typu często nazywane są również solankowymi, gdyż w ich wymiennikach krąży woda z roztworem glikolu nazywanym solanką.

System opiera się na wodzie, pozyskiwanej ze strumienia lub ze studni (które znajdują się na terenie działki). Daje świetne efekty (szczególnie gdy temperatura wykorzystywanej wody oscyluje w granicach 5-8°C) i przenosi ciepło szybciej niż inne systemy grzewcze. Pompy tego typu bazują na wodzie z warstw wodonośnych zbiornika wodnego. Te warstwy doskonale zachowują ciepło nawet w zimie (są swoistym rezerwuarem ciepła – absorbują je w lecie, dzięki czemu zawsze zachowują dodatnie temperatury zimą). Cały system pompy opiera się na pojedynczej pętli wodnej, który przenosi energię do konwektora. Istnieją różne systemy: otwarte, hybrydowe, z pętlą zamkniętą. Rodzaj zależy od tego, na jakiej głębokości znajduje się zbiornik wodny oraz wielkości działki.

Aby ciepło znalazło się w pomieszczeniu, musi mieć nie tylko źródło dolne, z którego energia będzie pobierana, ale również źródło górne, czyli odbiornik. Górne źródło pompy ciepła to nic innego jak instalacja grzewcza.

Odbiornikiem ciepła w domu może być:

• ogrzewanie podłogowe – system montowany pod podłogą, który nie wymaga widocznych grzejników;
• ogrzewanie sufitowe – system mocowany w suficie, który również nie wymaga widocznych grzejników;
• ogrzewanie grzejnikowe – najbardziej tradycyjna instalacja, wymagająca instalacji widocznych grzejników, które będą oddawać ciepło do pomieszczenia;
• podgrzewania ciepłej wody – pompa może służyć nie tylko do podnoszenia temperatury powietrza.

Pompy ciepła nie produkują energii, a więc nie wymagają dostarczania paliw (wykorzystują tylko 25% prądu do transportowania energii, 75% to energia pobrana z gruntu, wody lub powietrza). Są więc oszczędniejsze niż zwykłe systemy grzewcze i bardziej ekologiczne. Pod względem efektywności porównuje się je z systemami fotowoltaicznymi.

Ze względu na to, że pompy ciepła wykorzystują energię odnawialną, ich koszty eksploatacji są niższe niż w przypadku innych systemów ogrzewania. Same urządzenia natomiast są wprawdzie dość kosztowne, jednak warto pamiętać, że inwestycje bazujące na odnawialnych źródłach energii (OZE) podlegają dofinansowaniom.

Za samą pompę powietrzną lub powietrzno-wodną bez zniżek zapłacisz mniej więcej 20 000-40 000 zł. Jeśli natomiast chodzi o koszty montażu, to instalacja pompy jest różna w zależności od jej typu. Najszybsza i wymagająca najmniej prac budowlanych jest instalacja pompy powietrznej. Najtrudniejsza i najbardziej skomplikowana jest instalacja pompy gruntowej.

Przykładowy koszt pompy ciepła wraz z montażem dla domu o powierzchni do 150 m2 waha się w zakresie 25-50 tys. zł, zaś dla domu mniejszego, np. do około 75 m2, będzie to około 10-25 tys. zł.

Oszczędności związane z pompą ciepła mogą obejmować również brak konieczności instalowania osobno klimatyzacji. Część systemów pomp może bowiem służyć nie tylko jako ogrzewanie, ale także jako klimatyzacja w lecie. Dzięki temu można utrzymać optymalną temperaturę w pomieszczeniach bez konieczności montowania dodatkowych urządzeń.

Rodzaj pompy ciepła, na jaki warto się zdecydować, zależy głównie od wielkości działki, a nie od wielkości domu. Najmniej miejsca wymagają pompy powietrzne, najwięcej gruntowe. Jeśli zaś chodzi o samą powierzchnię mieszkalną – do niej dostosowujemy moc pompy.

Jak obliczyć moc pompy? Można skorzystać z prostego wzoru:

moc pompy (W) = powierzchnia domu x zapotrzebowanie energetyczne

W przypadku, kiedy zapotrzebowanie energetycznie nie jest znane, pod uwagę należy wziąć ocieplenie budynku i izolację:

• budynek nieocieplony wykorzystuje aż 150 kWh/m3,
• słabo ocieplony – 100 kWh/m3,
• dobrze ocieplony – 60 kWh/m3,
• energooszczędny – 50 kWh/m3,
• niskoenergetyczny – 40 kWh/m3.

Czy pompa ciepła to klimatyzacja z funkcją grzania?

Pod względem technicznym – tak. Pompy ciepła doskonale sprawdzają się zarówno do ocieplania, jak i chłodzenia budynku, dlatego klimatyzacja z funkcją grzania to nic innego jak powietrzna pompa ciepła. Działa tu zatem wspomniany już efekt rewersji, czyli odwróconego działania.

Ile kosztuje pompa ciepła?

To, ile kosztuje pompa ciepła, zależy od jej typu i mocy. Koszt pompy ciepła (wraz z montażem) dla domu o powierzchni do 150 m2 waha się w zakresie 25-50 tys. zł, zaś dla domu mniejszego, np. do około 75 m2, będzie to około 10-25 tys. zł.

Czy pompa ciepła pracuje cały czas?

Tak, pompy ciepła pracują 24 h/dobę.

Czy pompa ciepła jest głośna?

To zależy od modelu. Ciche pompy ciepła wydają dźwięki mieszczące się w przedziale 40-60 dB, czyli dźwięki zbliżone do domowych szmerów i szumu w biurze. Te głośniejsze – 60-70 dB, czyli dźwięki o podobnym natężeniu, jak we wnętrzu auta lub głośnej restauracji.

Czy pompa ciepła ogrzeje dom?

Gruntowa lub wodna pompa ciepła może samodzielnie ogrzewać cały dom przez praktycznie cały rok, niezależnie od tego, jak silne są mrozy. Niektóre pompy powietrzne również sobie z tym poradzą, ponieważ bez problemu mogą generować ciepło nawet przy -25 °C. Warto jednak pamiętać, że w tym przypadku wiele zależy od konkretnego modelu pompy. Są bowiem takie, które ogrzeją cały dom, ale przy spadku temperatury do około -5 °C czy -10 °C stracą swoją wydajność. Wtedy mogą potrzebować wsparcia, np. pod postacią grzałki elektrycznej.

Dlaczego pompa ciepła zużywa dużo prądu?

Odpowiednio dobrana i prawidłowo zainstalowana pompa ciepła nie powinny pobierać za dużo prądu. Pompa nie może być za duża – za zwiększone zużycie odpowiada wtedy większa częstotliwość cykli pracy – ani za mała względem danego budynku – nawet przy pracy na najwyższych obrotach urządzenie nie będzie w stanie odpowiednio dogrzać pomieszczeń.