Co to jest pompa ciepła? Jak działają pompy ciepła?

Osoby, które budują dom zapewne nie raz słyszały określenie "pompa ciepła". Choć wielu wydaje się, że jest to skomplikowane, w praktyce okazuje się, że jest zupełnie inaczej. Pompy ciepła to ekologiczne rozwiązanie, które jest w stanie bezobsługowo ogrzać dom, jak również przygotować ciepłą wodę użytkową. W dzisiejszym wpisie przybliżymy, czym jest pompa ciepła oraz jaka jest zasada jej działania. 

 

Co to jest pompa ciepła? 

Pompa ciepła to niskotemperaturowe urządzenie grzewcze, które do prawidłowego działania wykorzystuje energię cieplną pochodzącą z odnawialnych źródeł energii (powietrza, wody lub gruntu). Pompy ciepła kojarzą się z dużymi skrzynkami, które w rzeczywistości zajmują niewiele miejsca — max. 2m². Dzięki temu z powodzeniem można zmieścić je nawet na niewielkiej przestrzeni. Pompa ciepła charakteryzuje się zamkniętym układem, w skład którego wchodzi m.in. krążący czynnik roboczy — to on podlega ciągłym przemianom — ze stanu ciekłego w gazowy i odwrotnie. Dzięki temu możliwy jest jego przepływ (wraz z energią cieplną) z tzw. dolnego źródła do górnego. 

Dobierając odpowiednią pompę ciepła, można wykorzystać ją nie tylko do ogrzania pomieszczeń, ale także do przygotowania ciepłej wody użytkowej. Każde urządzenie posiada zarówno dolne, jak i górne źródło ciepła. Dolne źródło ciepła to w zależności od wybranego rodzaju rozwiązania — grunt (w którym umieszcza się kolektory spiralne płaskie lub sondy), powietrze lub woda (gruntowa, a także ścieki). Górne to instalacja centralnego ogrzewania. 

W układzie zamkniętym pompy ciepła zachodzą przemiany fizyczne. Aby uruchomić urządzenie, trzeba dostarczyć do sprężarki niewielką ilość prądu. Można go pobrać z sieci lub wykorzystać ten, który wytwarzany jest w panelach fotowoltaicznych (jeśli gospodarstwo domowe posiada własną mikroinstalację fotowoltaiczną). Wówczas można mówić o dużej oszczędności, jeśli chodzi o rachunki za prąd i ogrzewanie oraz rozwiązaniu niezależnym i w 100% ekologicznym. 

 

Jak działa pompa ciepła? 

Zasada działania pompy ciepła wbrew pozorom nie jest skomplikowana. Urządzenie pracuje w obiegu zamkniętym. Aby zrozumieć, jak działa, należy omówić poszczególne elementy, które się w nim znajdują: 

• Wymiennik ciepła (parownik) – czynnik roboczy, który krąży po obiegu zamkniętym pompy ciepła w postaci gazu i cieczy, musi zostać poddany procesowi odparowania. W ten sposób ciepło zostaje przekazane z dolnego do górnego źródła. Później dochodzi do zassania pary z niskim ciśnieniem, która trafia do sprężarki. Zassany czynnik podnosi swoją temperaturę, a także ciśnienie. Następnie w postaci gazowej krąży po obiegu, dopóki nie trafi do kolejnego elementu. 
• Wymiennik ciepła (skraplacz) – to kolejny element zamkniętego obiegu pompy ciepła. To właśnie do niego dociera gorący sprężony czynnik, oddając jednocześnie do górnego źródła całą zgromadzoną energię cieplną, którą potem wykorzystujemy w naszym obiekcie ogrzewanym. W tym momencie następnie dochodzi do skraplania czynnika. 
• Zawór rozprężny — to ostatnia część obiegu. To właśnie w tym miejscu dozowany jest czynnik, który trafia później do parownika. Proces ten sprawia, że temperatura i ciśnienie krążącego w obiegu czynnika znacznie się obniżają. Dzięki temu może ona nieprzerwanie krążyć po obiegu i zagwarantować ciągłość pracy pompy ciepła. 

 

Jakie rodzaje pomp ciepła są dostępne na rynku? 

Coraz więcej osób szuka informacji nt. pomp ciepła. Wpisując w wyszukiwarkę hasło: "pompa ciepła jak działa" lub "jak działa pompa ciepła" można znaleźć informacje dotyczące różnych rodzajów urządzeń dostępnych na rynku. Poniżej znajdziecie trzy rodzaje, które są najczęściej wykorzystywane w domach jednorodzinnych, wielorodzinnych i budynkach użyteczności publicznej.  

Powietrzne pompy ciepła to jedne z najczęściej stosowanych urządzeń. Dzieje się tak za sprawą niskich kosztów zakupu i montażu oraz stosunkowo szybkim zwróceniem się inwestycji. Kolejną grupą, którą chętnie wykorzystują inwestorzy są gruntowe pompy ciepła. Ostatnią z dostępnych na rynku, jest wodna pompa powietrza. Każde z rozwiązań jest takie samo pod względem górnego źródła ciepła (instalacji c.o.), różnice występują jedynie w dolnym źródle. We wszystkich rodzajach urządzeń jako medium grzewcze stosowana jest woda. Poniżej przedstawimy każdą z nich. Mamy nadzieję, że dzięki temu uzyskasz odpowiedź na pytanie, którą pompę ciepła wybrać? 

Gruntowa pompa ciepła (inaczej pompy ciepła solanka-woda) 

Jest to obecnie najprawdopodobniej najefektywniejsze rozwiązanie. Gruntowa pompa ciepła pozyskuje energię słoneczną, która kumulowana jest w gruncie. System ten zakłada użycie dwóch rodzajów wymienników — poziomych i pionowych. Kolektory, czyli inaczej wymienniki poziome to rury, które wykonano z tworzywa sztucznego, których długość wynosi 130 metrów. Układa się je na głębokości 150 cm. W zależności od tego, jakie zapotrzebowanie na wodę ma budynek, ich ilość będzie wahała się między 4 a 10 sztuk.  

Wymiennikami pionowymi nazywa się odwierty, które należy wykonać do głębokości 1,5 m. Umieszcza się w nich sondy, których kształt przypomina literę "U". Jeżeli gruntowa pompa ciepła montowana jest w domu jednorodzinnym, wówczas wystarczą od 2 do 3 odwiertów. W systemie gruntowej pompy ciepła (solanka-woda) wykorzystuje się fakt, że temperatura ziemi na głębokości poniżej 100 cm jest w miarę stała (w przybliżeniu wynosi około 7,5°C). Dzięki temu można uzyskać czynnik, którego temperatura wynosi około 4°C, co można uznać za dość efektywne rozwiązanie. Współczynnik COP wynosi 4, jeżeli pompa z użyciem sprężarki będzie w stanie podnieść temperaturę do 35°C. Obecnie gruntowe pompy ciepła są najbardziej stabilnymi i efektywnymi modelami dostępnymi na rynku. 

Powietrzna pompa ciepła 

Powietrzna pompa ciepła do prawidłowego działania wykorzystuje powietrze, które zasysa z zewnątrz. Jest to najlepsze rozwiązanie, jeśli temperatura na zewnątrz wynosi minimalnie -5°C. Wówczas osiągnięcie temperatury 35°C w obiegu jest najbardziej efektywne i przede wszystkim możliwe. Efektywność powietrznych pomp ciepła gwałtownie spada, jeśli temperatura powietrza spada poniżej -5°C. W tym momencie spada również współczynnik COP, który odzwierciedla ilość energii uzyskanej z dolnego źródła do energii elektrycznej, którą należy zasilić pompę ciepła. Konsekwencją takiej sytuacji jest to, że pompa ciepła grzeje głównie dzięki zużyciu energii elektrycznej, przez co koszty jej użytkowania rosną proporcjonalnie do zużycia prądu. 

Wodna pompa ciepła 

Nie da się ukryć, że wodna pompa ciepła jest tym urządzeniem, które do prawidłowego działania w dużej mierze wykorzystuje wodę (to ona jest najważniejszym aspektem w obiegu). Do zasilania dolnego źródła ciepła wykorzystywane są podziemne cieki wodne. Woda z jednej studni pobierana jest po to, aby zrzucić ją do następnej. W tym wypadku należy pamiętać o tym, aby ta kolejna była oddalona minimum 15 m w stronę cieku wodnego. 

Jeżeli chcesz, aby Twój dom ogrzewała wodna pompa ciepła, musisz pamiętać o odpowiedniej wydajności podziemnych źródeł wody. W tym wypadku przeciętna wodna pompa ciepła, której moc wynosi 8 kW jest w stanie przepompować około 2m3 wody w ciągu godziny. Żywotność tego typu rozwiązania wynosi około 30 lat. Warto zatem przed zakupem zastanowić się, czy w tym czasie wydajność podziemnych źródeł nie spadnie. Co więcej, woda, która przepływa przez pompę posiada w swoim składzie wiele minerałów. Oznacza to, że elementy obiegu pompy ciepła, które mają z nią styczność, będą szybciej korodować. Właśnie te powody sprawiają, że tego rodzaju urządzenia nie są często wykorzystywane w gospodarstwach domowych. 

 

Co warto wiedzieć o górnym źródle (instalacji centralnego ogrzewania)? 

Zastanawiasz się, dlaczego pompa ciepła pracuje najlepiej, kiedy czynnik w obiegu ma niską temperaturę? Otóż jest to zjawisko, które nazywa się pracą na niskim parametrze. Niski parametr przystosowany jest do pracy w temperaturze, która nie przekracza 35°C. Oczywiście nic nie stoi na przeszkodzie, aby pompy ciepła podgrzewały czynnik grzewczy do wyższych temperatur, jednak nie ma to większego sensu. Jeśli tak się będzie działo, wówczas współczynnik COP będzie spadał. Dlatego też najlepszym rozwiązaniem dla pomp ciepła, jest współpraca z ogrzewaniem powierzchniowym (np. podłogowym lub ściennym) i z wybranym rodzajem ogrzewania grzejnikowego (kaloryfery niskotemperaturowe, w których temperatura wychodząca wynosi 70°C, a powrotna 50°C. 

 

Która pompa ciepła najlepsza — na co zwrócić uwagę przy wyborze rozwiązania? 

Osoby, które zdecydują się na montaż ogrzewania podłogowego, powinny poświęcić swoją uwagę temu rozwiązaniu już na samym początku, czyli podczas projektowania domu. O ile grzejniki można wymienić na każdym etapie budowy i późniejszego użytkowania domu, tak w przypadku ogrzewania podłogowego wprowadzenie zmian na późniejszym etapie może okazać się trudne, a wręcz niemożliwe. Chyba że właściciel domu zgodzi się na skucie podłogi i położenie ogrzewania podłogowego od nowa. 

Wybierając pompę ciepła, która idealnie dopasuje się do górnego źródła, czyli instalacji centralnego ogrzewania, należy pamiętać, aby nie tylko spełniała założone parametry techniczne, ale także była dostosowana do innych zastosowanych instalacji. Tutaj na uwadze należy mieć szczególnie wentylacją mechaniczną z odzyskiem ciepła, tzw. rekuperację oraz posiadanie innego źródła ciepła — kominka, tzw. DGP. 

Chcąc odpowiedzieć sobie na pytanie — która pompa ciepła jest lepsza — gruntowa czy powietrzna, trzeba nie tylko poznać parametry obu rozwiązań, ale także dokonać stosownych obliczeń. Dzięki nim inwestor pozna zapotrzebowanie na ciepło w każdym pomieszczeniu. Co więcej, projekt budynku powinien określać, w jaki sposób ma być ułożona instalacja oraz jaka powinna być jej długość. Tylko wtedy możliwe będzie dobranie odpowiedniej pompy ciepła pod wyniki, jakie inwestor otrzymał w obliczeniach. Specjaliści nie zalecają montowania instalacji bez wcześniejszego wykonania projektu, ponieważ takie działanie może przynieść więcej szkody, niż pożytku. Co więcej, może okazać się, że wyniki uzyskane w obliczeniach mocno odbiegają od rzeczywistego zapotrzebowania, co niestety będzie miało negatywny wpływ na funkcjonowanie całego systemu grzewczego. 

Kompletując wyposażenie instalacji centralnego ogrzewania, warto dobrać materiały najwyższej jakości. To nie jest ten moment, w którym powinno szukać się oszczędności. Wręcz przeciwnie. Decydując się zatem na pompę ciepła, dobrze jest posłuchać rad fachowca, ponieważ tylko wtedy można mieć pewność, że urządzenie będzie wydajne i trwałe. Dotyczy to nie tylko samej pompy ciepła, ale także samego projektu, który także powinien być przygotowany przez specjalistę. Warto pamiętać, że dobrze zrealizowany projekt inżynierski i wysokiej jakości materiały to klucz do sukcesu. Te ostatnie mogą mieć nawet do 10 lat gwarancji, co oznacza, iż można mieć pewność, że będą służyć bez zarzutu przez wiele lat. Materiały wątpliwej jakości mogą sprawić, że po kilku latach konieczna będzie wymiana instalacji, a tym samym generalny remont, który pochłonie sporo pieniędzy. 

Wybierając pompę ciepła warto pamiętać, że tylko dobrze dobrane dolne źródło zapewni wydajną pracę pompy ciepła. Warto zatem wybrać takie rozwiązanie, w którym nie będzie dochodziło do zamarzania dolnego źródła ciepła. Często w takim wypadku polecane są inwestorom pionowe odwierty, które zapewniają stabilną wydajność gruntowej pompy ciepła. 

Podsumowanie 

Inwestorzy, którzy zdecydowali się na instalację pompy ciepła powinni poszukać rzetelnego specjalisty, który poinformuje ich o ewentualnym ryzyku, jeśli Klient działa bez profesjonalnego projektu. Projekt i dobre wykonawstwo to podstawa wydajnej i trwałej instalacji grzewczej, która oparta jest o pracę pompy ciepła. Dobór odpowiednich fachowców jest niezwykle ważny, ponieważ to od nich zależy właściwe odczytanie projektu i montaż instalacji grzewczej. Jeśli zatem szukasz takich osób, zachęcamy do przejrzenia oferty hurtowni instalacyjnych GIK, w których zatrudniamy rzetelnych pracowników. Współpracujące z nami firmy instalacyjne posiadają nie tylko niezbędną wiedzę, ale także doświadczenie, które jest niezbędne,aby świadczyć usługi najwyższej jakości. Kontaktując się z nimi nie tylko dowiesz się czym to jest pompa ciepła i jak działa, ale także możesz mieć pewność, że instalacja urządzenia przebiegnie bezproblemowo, a Ty będziesz mógł cieszyć się wydajną i trwałą instalacją grzewczą. Pamiętaj o tym, ponieważ koszt kupna i montażu pompy ciepła nie jest niski. Możesz jednak skorzystać z różnego rodzaju programów rządowych i regionalnych, które znacznie go zminimalizują, np. Czyste Powietrze, czy Moje Ciepło. 

 

Autor: Aneta Wojtczak 

Aktualizacja: 05.07.2022

 

Przeczytaj także: 

• Gruntowa pompa ciepła — wymiennik poziomy czy pionowy? 
• Jaka pompa będzie najlepszym wyborem: pompa ciepła gruntowa czy pompa ciepła powietrzna? 

 

Zapraszamy także na tematyczne e-szkolenie IK

 

 

 

 
 

Sprawdź bogatą ofertę produktową na ik.pl 

 

Instal-Konsorcjum — Twój sprawdzony Partner!