Pompa ciepła – co to jest, jak działa, jak wygląda montaż? Praktyczny poradnik

Pompa ciepła – co to takiego?

Pompa ciepła to zaawansowane urządzenie grzewcze, które wykorzystuje energię zewnętrznego źródła, takiego jak powietrze, woda czy grunt, aby przekształcić ją w energię cieplną. Pompa ciepła może być stosowana zarówno do ogrzewania, jak i chłodzenia pomieszczeń, w zależności od potrzeb użytkowników i warunków zewnętrznych. Może również służyć do podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Jest to ekologiczne rozwiązanie, które coraz częściej zastępuje tradycyjne systemy grzewcze ze względu na swoją wydajność i niskie koszty eksploatacji.

Z czego wynika atrakcyjność pomp ciepła?

W ostatnich latach pompy ciepła zdobywają coraz większą popularność. Są interesującą alternatywą dla tradycyjnych źródeł ciepła, takich jak gaz, olej opałowy, węgiel czy energia elektryczna. Zasługą są niskie koszty eksploatacji oraz wysoka efektywność tych urządzeń. Pompy znakomicie sprawdzają się w budownictwie jedno- i wielorodzinnym, jak również w przemysłowym. Mogą być instalowane zarówno w nowych, jak i istniejących budynkach. 

Ich atrakcyjność wynika również z braku konieczności nadzorowania pracy (urządzenia działają praktycznie bezobsługowo), potrzeby przygotowania specjalnych pomieszczeń czy składowania opału, co przekłada się na niższe koszty i większą wygodę inwestycji. Połączenie tych zalet z ekologicznym charakterem pomp ciepła czyni je niemal idealnym źródłem ciepła, co znajduje przełożenie w rosnącej popularności pomp. 

Na czym polega ogrzewanie pompą ciepła?

Działanie pompy ciepła opiera się na cyklu termodynamicznym, który obejmuje cztery główne procesy: odparowanie, sprężanie, kondensację i rozprężanie. W procesie odparowania ciecz robocza pobiera ciepło z otoczenia, następnie zostaje sprężona, co zwiększa jej temperaturę i ciśnienie. W kolejnym etapie para cieczy przekazuje ciepło do układu grzewczego wewnętrznego, powodując kondensację i powrót do stanu ciekłego. Cały schemat działania pompy ciepła omawiamy szczegółowo w dalszej części. By zrozumieć, na czym polega ogrzewanie pompą ciepła, przyjrzyjmy się bliżej budowie urządzenia.  

Jak wygląda pompa ciepła? Budowa urządzenia

Pompa ciepła składa się z trzech głównych elementów:

• źródła dolnego – którym jest grunt, woda lub powietrze,
• pompy – która przetwarza pobrane ciepło i przekazuje do instalacji grzewczej; parownik, który odbiera ciepło z obiegu kolektora, a następnie transportuje do obiegu wewnętrznego pomp oraz skraplacz, którego zadaniem jest pobór ciepła z obiegu wewnętrznego pompy i dostarczenie do instalacji grzewczej,
• źródła górnego – instalacji grzewczej (grzejniki lub ogrzewanie podłogowe), która rozprowadza ciepło po pomieszczeniach domu.

Pompa ciepła składa się z kilku głównych komponentów, które współpracują ze sobą, aby zapewnić efektywne działanie. 

Jak działa pompa ciepła? Schemat działania

Wiemy już, jak wygląda pompa ciepła – na czym polega działanie tego urządzenia? Sposób funkcjonowania pomp ciepła przypomina (odwrócony) schemat działania… lodówki. Lodówka usuwa ciepło ze swojego wnętrza, przekazując je na zewnątrz, z kolei pompa ciepła pobiera ciepło z przestrzeni zewnętrznej, oddając pozyskaną energię do wnętrza budynku. Jak więc pompa ciepła ogrzewa budynek? Prześledźmy krok po kroku schemat jej działania.

Na zewnątrz budynku znajduje się zazwyczaj jednostka zewnętrzna, zawierająca sprężarkę i wymiennik ciepła, który odpowiada za pobieranie energii z zewnętrznego źródła, takiego jak powietrze, woda czy grunt. 

Wewnętrzna jednostka, umieszczona w budynku, zawiera parownik i zawór rozprężny, które pomagają w przekazaniu ciepła do systemu grzewczego w budynku. Czynnik chłodniczy, którym zwykle jest najczęściej freon, krąży między jednostkami zewnętrzną i wewnętrzną, przechodząc przez kolejne etapy cyklu termodynamicznego. W parowniku ciecz robocza odparowuje, pobierając ciepło z otoczenia, a następnie jest sprężana przez sprężarkę, co zwiększa jej temperaturę i ciśnienie. 

W kolejnym etapie ciepło jest przekazywane do układu grzewczego poprzez skraplacz, gdzie czynnik chłodniczy oddaje ciepło do wody lub powietrza, ogrzewając tym samym pomieszczenia w budynku. Cały proces odbywa się w zamkniętym obiegu, co pozwala na efektywne wykorzystanie energii cieplnej z zewnętrznego źródła do ogrzewania lub chłodzenia budynku. 

Działanie pompy ciepła – co to jest dolne źródło?

Istnieją różne sposoby pobierania energii, zwane dolnym źródłem, które stanowią jedną z głównych różnic między poszczególnymi typami pomp ciepła. W przypadku powietrznych pomp ciepła, energia jest pobierana z powietrza zewnętrznego. Proces ten polega na wykorzystaniu specjalnego wentylatora, który przesyła powietrze bezpośrednio do parownika pompy.

Natomiast wodne pompy ciepła korzystają z energii zawartej w wodach podziemnych i powierzchniowych. Często stosuje się wody gruntowe, do których dostęp uzyskuje się poprzez pionowe odwierty o głębokości około 100 metrów. Aby korzystać z takiego źródła, konieczne jest wykonanie odpowiedniej liczby odwiertów.

Z kolei gruntowa pompa ciepła wykorzystuje energię geotermalną, którą zawiera grunt wokół budynku. Instalacja tego typu wymaga zastosowania kolektora poziomego lub pionowego. Wymienniki ciepła poziome umieszcza się na głębokości około 1,5 metra, podczas gdy wymienniki pionowe mogą wymagać odwiertów o głębokości nawet do 130 metrów.  Wykorzystanie energii geotermalnej jest bardzo efektywne, ponieważ grunt utrzymuje stabilną i relatywnie wysoką temperaturę przez cały rok.

Czym jest górne źródło w systemach z pompą ciepła?

Górne źródło pompy ciepła odgrywa kluczową rolę w funkcjonowaniu każdej instalacji tego rodzaju. Proces ogrzewania za pomocą pompy ciepła polega na przekazaniu ciepła z niższego źródła do górnego źródła, które odpowiada za podgrzewanie budynku. Zazwyczaj energia jest przekazywana do systemu centralnego ogrzewania oraz do podgrzewania wody użytkowej. 

Górne źródło jest nieodzownym elementem w każdym domu mieszkalnym - może to być na przykład ogrzewanie podłogowe, często wykorzystywane w domach wyposażonych w pompę ciepła. Alternatywą są standardowe grzejniki w systemie centralnego ogrzewania. 

Grunt, woda, powietrze – jakie są rodzaje pomp ciepła?

Istnieją trzy główne rodzaje pomp ciepła: gruntowe, wodne i powietrzne, z których każdy wykorzystuje inne źródło energii do przetwarzania na ciepło (lub chłód). Pompy ciepła gruntowe pobierają energię geotermalną z gruntu wokół budynku, wykorzystując kolektory poziome lub pionowe. Natomiast pompy ciepła wodne korzystają z energii zawartej w wodach podziemnych i powierzchniowych, zaś pompy ciepła powietrzne wykorzystują energię z otaczającego powietrza. Każdy rodzaj pompy ciepła ma swoje zalety i ograniczenia, a wybór odpowiedniego zależy od warunków lokalnych oraz potrzeb użytkownika.

Czym jest i jak działa pompa ciepła powietrzna?

Powietrzna pompa ciepła jest rodzajem urządzenia grzewczego, które wykorzystuje energię zawartą w otaczającym powietrzu do ogrzewania lub chłodzenia budynków. W przeciwieństwie do gruntowych i wodnych pomp ciepła, które pobierają energię odpowiednio z gruntu i wód, pompy powietrzne korzystają z energii termicznej zawartej w powietrzu atmosferycznym. 

W ramach powietrznych pomp ciepła wyróżnić możemy pompy:

• powietrze – powietrze – ciepło pobierane jest z powietrza zewnętrznego i przekazywane do powietrza wewnętrznego,
• powietrze – woda – przekazywanie ciepła zewnętrznego do obiegu grzewczego i zbiorników c.w.u.,

Jedną z głównych zalet powietrznych pomp ciepła jest ich łatwość instalacji, ponieważ nie wymagają one wykonywania skomplikowanych prac ziemnych, jak w przypadku gruntowych pomp. Są one polecane zwłaszcza w przypadku niewielkich działek lub budynków w gęsto zabudowanych obszarach. 

Wydajność powietrznych pomp ciepła może być uzależniona od warunków atmosferycznych. Oznacza to, że w okresach niskich temperatur lub dużych zmian temperatury mogą być mniej efektywne. Pompy ciepła powietrzne są również drogie w zakupie, ale ich niższe koszty instalacji mogą częściowo to zrekompensować. 

 

CZYTAJ TAKŻE: Praktyczne porównanie: pompa ciepła solanka-woda vs pompa powietrze-woda

Jak działa pompa ciepła gruntowa?

Gruntowa pompa ciepła to rodzaj urządzenia grzewczego, które wykorzystuje energię geotermalną zgromadzoną w gruncie do ogrzewania lub chłodzenia budynków. W przeciwieństwie do powietrznych i wodnych pomp ciepła, które korzystają z energii zawartej odpowiednio w powietrzu i wodzie, pompy gruntowe pozyskują ciepło z ziemi. 

Jedną z kluczowych zalet gruntowych pomp ciepła jest stabilność działania tych urządzeń. Dzieje się tak, ponieważ temperatura gruntu pozostaje stosunkowo stała przez cały rok, co sprawia, że tego typu urządzenia są bardziej niezawodne niż inne rodzaje pomp ciepła. Co więcej, gruntowe pompy ciepła cechują się lepszą wydajnością (w porównaniu z powietrznymi) - temperatura gruntu jest zazwyczaj wyższa niż temperatura powietrza atmosferycznego w okresach zimowych. 

Z drugiej strony, montaż pomp ciepła gruntowych jest bardziej skomplikowany i kosztowny, ponieważ wiąże się z koniecznością wykonywania odwiertów. 

Tak jak w przypadku pozostałych typów pomp ciepła, działanie gruntowej pompy ciepła opiera się na cyklu termodynamicznym. Ciecz robocza pobiera ciepło z gruntu poprzez kolektory poziome lub pionowe, a następnie przechodzi przez proces sprężania, kondensacji i rozprężania, przekazując ciepło do wnętrza budynku. Pomimo pewnych wyzwań związanych z instalacją, gruntowe pompy ciepła są popularnym i efektywnym rozwiązaniem dla osób poszukujących alternatywnych, ekologicznych źródeł ogrzewania.

Wodna pompa ciepła – na czym polega jej działanie?

Wodna pompa ciepła to rodzaj urządzenia grzewczego, które wykorzystuje energię zawartą w wodzie do ogrzewania lub chłodzenia budynków. Podczas gdy powietrzna pompa ciepła pobiera powietrze z otoczenia za pomocą wentylatorów, a pompa ciepła gruntowa pozyskuje energię geotermalną za pomocą kolektorów gruntowych (pionowych lub poziomych), pompa ciepła wodna do pozyskiwania energii cieplnej wykorzystuje podziemne zbiorniki wód gruntowych. Analogicznie jak przy innych typach pomp, działanie wodnej pompy ciepła opiera się na cyklu termodynamicznym, gdzie ciecz robocza pobiera ciepło z wody, a następnie przechodzi przez proces sprężania, kondensacji i rozprężania, przekazując ciepło do wnętrza budynku. 

Jedną z głównych zalet wodnych pomp ciepła jest ich stabilność działania, ponieważ woda ma tendencję do utrzymywania stabilnej temperatury przez cały rok, co sprawia, że są one niezawodne niezależnie od warunków. 

Atutem tych rozwiązań jest wydajność (wyższa niż w przypadku pomp powietrznych) oraz niższe koszty (w porównaniu z pompami gruntowymi). Pompy wodne nie wymagają wykonywania odwiertów ani układania kolektorów. Jednocześnie urządzenia te potrzebują dostępu do odpowiedniego źródła wody, co może być ograniczeniem w niektórych lokalizacjach. 

Pompa ciepła – nie tylko do ogrzewania

Pompa ciepła może być wykorzystywana nie tylko do ogrzewania domu czy podgrzewania ciepłej wody użytkowej, ale również do chłodzenia pomieszczeń. W czasie letnim, kiedy temperatura na zewnątrz wzrasta, pompa ciepła może być przestawiona w tryb chłodzenia. Dzięki odwróconemu procesowi termodynamicznemu parownik pełni rolę skraplacza, a górne źródło ciepła staje się dolnym. Tym sposobem pompa ciepła usuwa ciepło z wnętrza pomieszczeń, obniżając ich temperaturę nawet o kilka stopni Celsjusza. To pozwala cieszyć się maksymalnym komfortem nawet podczas największych upałów.

Pompa ciepła we współpracy z instalacją fotowoltaiczną

Pompa ciepła współpracująca z instalacją fotowoltaiczną stanowi optymalne rozwiązanie dla inwestorów pragnących uniezależnić się od wzrastających kosztów energii. Współdziałanie tych dwóch technologii umożliwia pokrycie zapotrzebowania pompy na energię elektryczną, zwłaszcza w okresie zimowym, bez dodatkowych wydatków. 

Dodatkowym atutem korzystania z instalacji opartych na odnawialnych źródłach energii są dostępne liczne dofinansowania, takie jak programy Moje Ciepło oraz Mój Prąd. Przyszli właściciele mogą otrzymać wsparcie finansowe ze strony gmin oraz skorzystać z ulg podatkowych.

Jak przebiega montaż pompy ciepła?

Instalacja grzewcza wykorzystująca bazująca na pompie ciepła powinna opierać się na dokładnym projekcie. Jego brak może nieść kosztowne konsekwencje.

Montaż pompy ciepła rozpoczyna się od odpowiedniego wyboru lokalizacji – należy uwzględnić przy tym warunki geologiczne i ograniczenia przestrzenne w miejscu inwestycji. Następnie konieczne jest przygotowanie fundamentu, który musi być stabilny i odpowiednio zabezpieczony przed ruchami gruntu. W przypadku pomp powietrznych montaż obejmuje ustawienie jednostki zewnętrznej na odpowiednim podłożu – zapewniającym swobodny przepływ powietrza. Dla pomp wodnych lub gruntowych wymagane jest wykopanie studni lub wykonanie pętli poziomej w ziemi.

Po wykonaniu niezbędnych prac instalatorzy przystępują do montażu samej pompy oraz zasobnika na ciecz nośną. Połączenia hydrauliczne i elektryczne są starannie wykonywane zgodnie z instrukcjami producenta i z zachowaniem obowiązujących przepisów budowlanych. 

Po zakończeniu montażu następuje proces napełniania układu cieczą nośną oraz odpowietrzania. Po zakończeniu instalacji niezbędne jest przeprowadzenie testów sprawnościowych systemu. Montaż pompy ciepła kończy instruktaż użytkowników systemu.

Montaż pompy ciepła powinien być zawsze wykonywany przez profesjonalistów z odpowiednim doświadczeniem i certyfikatami. Ma to zapewnić bezpieczną i skuteczną instalację systemu grzewczego. Nawet najwyższej klasy urządzenie nie będzie działać prawidłowo (wydajnie i bezawaryjnie), jeśli zostanie niewłaściwie zainstalowane.

Cena pompy ciepła – ile wynosi i od czego zależy?

Inwestycja w pompę ciepła to kosztowne przedsięwzięcie. Na wycenę wpływ ma zarówno moc pompy ciepła, producent urządzenia czy skomplikowanie prac. Orientacyjny koszt zakupu wraz z montażem pompy wynosi w 2024 roku od 20 000 do 40 000 tysięcy. Na poziomie 50-70 tysięcy kształtują się ceny gruntowych pomp ciepła, które wymagają przeprowadzenia prac ziemnych.

Ile kosztuje eksploatacja pompy ciepła?

W obliczu wzrostu cen konwencjonalnych źródeł energii, inwestycja w pompę ciepła jako główne źródło ogrzewania może być korzystnym rozwiązaniem. Roczny koszt użytkowania pompy ciepła wynosi orientacyjnie ok. 1500-1800 zł w budynkach do 100 m2 i zapotrzebowaniu na energię cieplną na poziomie 70 kW/m2.

Efektywność pracy pompy ciepła zależy od klasy energetycznej budynku, który ma być ogrzewany. Im klasa ta jest wyższa, tym lepsza wydajność pompy ciepła. Choć pompa ciepła doskonale sprawdza się w nowoczesnych budynkach z ogrzewaniem podłogowym, może być również skutecznym rozwiązaniem w starszych budynkach, gdzie używane są tradycyjne grzejniki. 

Pompa ciepła – dlaczego warto w nią zainwestować?

Pompa ciepła to innowacyjne rozwiązanie, które oferuje szereg korzyści – nie dziwi więc jej rosnące z roku na rok coraz powszechniejsze zastosowanie w budownictwie. Po pierwsze, jest to ekologiczna alternatywa dla tradycyjnych systemów grzewczych – pompa ciepła wykorzystuje energię z odnawialnych źródeł, takich jak powietrze, woda czy grunt. Dzięki temu minimalizuje emisję szkodliwych gazów cieplarnianych, przyczyniając się do ochrony środowiska naturalnego. 

Pompy ciepła są zgodne z nowoczesnymi trendami w budownictwie, które kładą coraz większy nacisk na zrównoważony rozwój i efektywne wykorzystanie energii. Nie bez powodu coraz więcej osób decyduje się na instalację pomp ciepła, doceniając korzyści ekologiczne tych urządzeń.

Pompy ciepła są przy tym bardzo efektywne energetycznie, co oznacza niższe rachunki za ogrzewanie w porównaniu z tradycyjnymi kotłami gazowymi czy olejowymi. Wszechstronność urządzeń pozwala z kolei na zastosowanie ich zarówno do ogrzewania, jak i chłodzenia pomieszczeń. A to sprawia, że są idealnym rozwiązaniem przez cały rok. 

Pompy ciepła są bezpiecznym rozwiązaniem, pozbawionym ryzyka wybuchu czy zatrucia. Odpowiednio dobrana i skonfigurowana pompa może pracować bezobsługowo przez cały sezon grzewczy. Pompy ciepła mają długi czas życia, wynoszący od 20 do 30 lat – oczywiście pod warunkiem regularnych przeglądów serwisowych.

Pompy ciepła są ciche, co zapewnia komfortowe użytkowanie. Nie zajmują dużo miejsca, przez co są idealne do zastosowania w różnych rodzajach budynków, również tych o ograniczonej przestrzeni. Ich trwałość w połączeniu z niskimi kosztami eksploatacji sprawiają, że są świetną inwestycją na lata.

Wykorzystanie pompy ciepła umożliwia zużycie od 75% do 80% energii pochodzącej z odnawialnych źródeł, co prowadzi do szybkiego zwrotu inwestycji, nawet w ciągu 5-7 lat, w porównaniu do tradycyjnych kotłów na olej opałowy czy gaz. 

Pomimo wysokich kosztów inwestycji w pompę ciepła, przedsięwzięcie można sfinansować przy pomocy środków zewnętrznych. Możliwe jest skorzystanie z dostępnych programów dofinansowania, ulg termomodernizacyjnych oraz preferencyjnych ofert kredytowych z dopłatą do odnawialnych źródeł energii.

 

CZYTAJ TAKŻE: Czy gruntowa pompa ciepła się opłaca? Ile to kosztuje? Podsumowujemy koszty