Pompa ciepła to urządzenie wykorzystywane do ogrzewania oraz chłodzenia wody i przygotowywania ciepłej wody użytkowej. Jak działa to urządzenie? Czym kierować się przy jego wyborze?

Zasada działania pompy ciepła

Pompa ciepła Małopolska, w przeciwieństwie do kotła nie wytwarza ciepła samodzielnie. Zamiast tego, pozwala pozyskać go z otoczenia i przetworzyć na odpowiednią dla użytkownika postać. Dla przykładu, pompa ciepła jest w stanie ochłodzić zewnętrzne powietrze o temperaturze wynoszącej -10 stopni Celsjusza o 4 stopnie Celsjusza i wykorzystać odebraną w ten sposób energię w celu podgrzania wody w obiegu centralnego ogrzewania z 30 stopni Celsjusza do 35 stopni Celsjusza. Taki ruch w drugą stronę wymaga pracy wykonywanej przez sprężarkę pompy ciepła, która do działania potrzebuje zasilania energią elektryczną. Pompa przekazuje do domu pod postacią ciepła 2 do 4 razy więcej energii niż udało jej się pobrać z sieci elektrycznej. Znacząca jej część jest pobierana z otoczenia. Ciepło, jakie jej oddawane do instalacji grzewczej stanowi sumę pobranej energii elektrycznej oraz ciepła z otoczenia. Identyczny mechanizm działania jest wykorzystywany przez klimatyzatory oraz lodówki. W ich przypadku, dla odmiany wykorzystywana jest chłodząca część układu. W lodówkach ciepło jest odbierane z produktów znajdujących się w ich wnętrzu i oddawane do otoczenia. Sprawia to, że znajdujący się w ich tylnej części skraplacz staje się niekiedy gorący. Funkcjonowanie pompy ciepła opiera się o naprzemienne sprężanie i rozprężanie czynnika roboczego, którym jest gaz charakteryzujący się bardzo niską temperaturą parowania. Podczas odparowywania pobiera on ciepło z otoczenia domu (jest to tak zwane źródło dolne). W czasie sprężania jego temperatura rośnie, na skutek czego ciepło trafia do domowej instalacji grzewczej (do czynienia mamy wówczas z tak zwanym źródłem górnym). Jak widać, pompa ciepła jest środkowym z 3 elementów, które są niezbędne do funkcjonowania systemu. Od temperatury oraz parametrów źródeł dolnego i górnego zależy zarówno jej działanie, jak i ilość oraz koszt pozyskanego ciepła.

Skąd brać energię do ogrzewania domu?

Główna część energii, jaka jest oddawana przez pompę ciepła pochodzi z bezpośredniego otoczenia domu. Resztę stanowi czerpana z sieci energia elektryczna. Wspomniany powyżej element otoczenia nazywany jest również źródłem dolnym. Może nim być: powietrze zewnętrzne, usuwane powietrze wentylacyjne (rozwiązanie to jest wykorzystywane w przypadku niewielkich pomp do przygotowywania ciepłej wody użytkowej), woda podziemna lub powierzchniowa (pod postacią studni czerpnej oraz zrzutowej lub poziomego kolektora znajdującego się na dnie stawu) lub grunt (odwierty pionowe, kolektory poziome lub układu z bezpośrednim odparowaniem).

Wielkość instalacji po stronie źródła dolnego, w tym także koszty jego wykonania, uzależnione są od zapotrzebowania danego budynku na ciepło. Jeżeli jest on energooszczędny, w zupełności wystarczająca okazać może się mniejsza powierzchnia kolektora poziomego lub mniejsza liczba odwiertów.

W ostatnim czasie, bardzo dużą popularnością na rynku cieszą się urządzenia powietrze/woda. Są one mniej ekonomiczne od pomp grunt/woda oraz woda/woda, lecz w budynkach o niewielkim zapotrzebowaniu na energię nie będzie się to przekładało na widoczny wzrost rachunków. Główną zaletą takich urządzeń jest łatwość montażu – nie wymagają one bowiem wykonania instalacji po stronie źródła dolnego.

Pompa ciepła Nowy Sącz jest zasilana energią elektryczną. Prąd w Polsce pochodzi w znaczącej mierze z elektrowni węglowych. Biorąc pod uwagę niską sprawność jego produkcji oraz przesyłu, okazuje się, że do użytkowników trafia finalnie zaledwie około ⅓ energii znajdującej się w spalonym węglu. Co za tym idzie – zużycie energii pierwotnej będzie w tym przypadku bardzo wysokie. Dobrym rozwiązaniem może być tutaj montaż paneli fotowoltaicznych. Należy jednak zdawać sobie sprawę z tego, że nie są one wystarczające, aby móc w bezpośredni sposób zasilać pompę ciepła. Niezbędne będzie tutaj przyłącze do sieci energetycznej. Możliwe jest w tym przypadku rozliczenie bilansowe poprzez oddanie nadmiaru energii z paneli do sieci i czerpanie z niej bez ponoszenia kosztów w późniejszym okresie. W ten sposób osiągnąć można standard tak zwanego budynku zeroenergetycznego netto. W skali jednego roku ilość energii pobranej oraz oddanej do sieci równoważą się. Inne dobre rozwiązanie to zakup prądu od producenta w specjalnej taryfie z gwarancją, źe energia ma pokrycie w odnawialnych źródłach.

COP – co to takiego?

Współczynnik COP (z angielskiego Coefficient of performance), nazywany również współczynnikiem efektywności, odnosi się do określania sprawności funkcjonowania pompy. Jest to stosunek ilości energii oddanej do instalacji grzewczej i energii elektrycznej, jaka została pobrana z sieci. Im jest on wyższy, tym lepiej. Dostępne obecnie na rynku pompy, kotły czy lodówki posiadają etykietę energetyczną, która określa jej klasę. Metoda jej wyznaczania jest jednak na tyle skomplikowana, że nie dostarcza konkretnych informacji. Znacznie więcej o danym urządzeniu mówią wartości COP wyznaczone dla zróżnicowanych temperatur po stronie źródła dolnego oraz górnego. Chcąc porównywać ze sobą kilka pomp, należy sprawdzić czy COP zostało wyznaczone dla identycznych temperatur źródła dolnego oraz górnego. Domy energooszczędne mogą być skutecznie ogrzewane z wykorzystaniem systemów niskotemperaturowych, czyli takich, gdzie woda w obiegu ma niską temperaturę. W przypadku niskich strat ciepła przez wentylację oraz przegrody, nie ma konieczności wykorzystywania dużej mocy grzejników czy ogrzewania płaszczyznowego. Wiedza na temat współczynnika efektywności może być niezwykle przydatna podczas projektowania ogrzewania. Pompy, które wykorzystują powietrze zewnętrzne funkcjonują w skrajnie różnych warunkach w przeciągu jednego sezonu. Reszta źródeł dolnych charakteryzuje się stosunkowo stałą temperaturą. W instalacji grzewczej, jaka znajduje się we wnętrzu budynku należy dążyć do utrzymania możliwie jak najniższej temperatury w obiegu. Ze względu na to, grzejniki płytowe nie są najlepszym rozwiązaniem w przypadku pomp ciepła. Najczęściej wybór pada tu na ogrzewanie podłogowe lub specjalne grzejniki, które dopasowuje się do niskiej temperatury zasilania.

Funkcjonowanie pompy ciepła – samodzielne czy biwalentne

Pompa stanowić może jedyne źródło ciepła w domu lub współpracować z innym. Tego typu układu posiadające 2 źródła ciepła są nazywane biwalentnymi. Takie rozwiązanie najczęściej wykorzystuje się w przypadku pomp powietrznych, które nie są w stanie sprawnie funkcjonować przy niskich temperaturach. Najprostsze rozwiązanie to pompa wyposażona w grzejniki elektryczne, które w razie potrzeby przejmują ogrzewanie. Drugim źródłem ciepła może być również kocioł, na przykład na gaz płynny. Najczęściej jest to osobne urządzenie, lecz niekiedy do czynienia możemy mieć także z hybrydami, na przykład centralnymi wraz z kotłem oraz pompą ciepła. Drugie źródło ciepła traktowane może być również w charakterze zabezpieczenia na wypadek, gdyby doszło do awarii jednego z nich. Źródła ciepła mogą także pracować jednocześnie w taki sposób, by ich moce cieplne się sumowały. W roli wspomagania dla pompy występować może na przykład kominek wyposażony w DGP, dodatkowe grzejniki elektryczne czy elektryczna nagrzewnica powietrza w systemie wentylacji mechanicznej. Zarówno moc pompy ciepła, jak i drugiego ze źródeł ciepła może być niższa od strat ciepła, z jakimi mamy do czynienia w budynku. Do pewnej temperatury zewnętrznej działa wyłącznie pompa, a dopiero później uruchamia się jej wspomaganie. Układ tego typu znajduje zastosowanie między innymi wówczas, gdy zakup pompy posiadającej wyższą moc wymagałby poniesienia dodatkowych kosztów, na przykład pod postacią odwiertów. 2 źródła ciepła mogą się również uzupełniać, uwzględniając ich charakterystyczne cechy.

Chłodzenie przy pomocy pompy ciepła

Domy energooszczędne często mają bardzo niskie zapotrzebowanie na ciepło. Aby zagwarantować należyty komfort życia ich mieszkańców, niekiedy wymagają one klimatyzacji w sezonie letnim. Dotyczy to w szczególności budynków posiadających duże przeszklenia na nasłonecznionych elewacjach oraz tych o lekkiej konstrukcji, która nie może pochłonąć zbyt wysokich źródeł ciepła poza sezonem grzewczym. Klasyczna klimatyzacja wiąże się z wysokimi kosztami eksploatacyjnymi oraz inwestycyjnymi. Z pomocą przychodzi tutaj pompa ciepła. Dom chłodzić można wówczas pasywnie oraz aktywnie. Jeżeli chodzi o pierwsze z rozwiązań, polega ono na tym, że źródłem chłodu jest grunt lub woda podziemna. Do działania chłodzenia pasywnego niezbędna jest praca sprężarki w pompie ciepła. Funkcjonują wówczas wyłącznie pompy obiegowe źródła górnego i dolnego. Ciepło płynie tu od ciała cieplejszego, jakim jest dom do zimniejszego, czyli gruntu. Niezbędny jest w tym przypadku wyłącznie wymiennik ciepła między obiegami źródła górnego i dolnego. W takim trybie pracy do czynienia mamy z niewielkim zużyciem prądu. Co do chłodzenia aktywnego, stanowi ono odpowiednik pracy klimatyzatora. Zużycie prądu jest tutaj o wiele wyższe. W ten właśnie sposób funkcjonują pompy powietrzne, które odwracają obieg. Oszczędność w porównaniu do klasycznej instalacji klimatyzacyjnej polega tutaj na tym, że nie mamy do czynienia z dublowaniem ogrzewania.

Chłodzenie przy pomocy pompy ciepła wymaga starannego zaprojektowania górnego źródła. Warty rozważenia jest tutaj system powietrze/powietrze wyposażony w nadmuchowe jednostki zewnętrzne. Godne polecenia są również klimakonwektory. Mianem tym określa się grzejniki wyposażone w ciche wentylatory, które wymuszają intensywny ruch powietrza, czyli szybką wymianę ciepła w trybie zarówno grzania, jak i chłodzenia. Tego typu funkcję pełnić może na przykład grzejnik kanałowy.

Rodzajem ogrzewania płaszczyznowego, które najlepiej nadaje się do chłodzenia jest jego wersja sufitowa. Nie mamy tutaj bowiem do czynienia z chłodną powierzchnią, a zimne powietrze opada samoczynnie w kierunku podłogi, mieszając się z rozgrzanym.