Powietrzne pompy ciepła. Co warto wiedzieć?

Wraz z rozwojem technologii grzewczej, coraz częściej możemy skorzystać z alternatywnych sposobów zapewnienia odpowiedniej temperatury w domu. Jednym z nich są pompy ciepła. Korzyści, jakie z nich płyną, powinny zainteresować wszystkich planujących budowę lub modernizację istniejącej instalacji grzewczej.

Jednym z podstawowych elementów projektu każdego domu powinna być wydajna instalacja grzewcza. Niestety klimat, w którym żyjemy wymusza konieczność inwestycji w skuteczne i oszczędne metody ogrzewania w okresie jesienno - zimowym.  W tym artykule wyjaśniamy czym jest pompa ciepła i czy sprawdzi się do ogrzewania każdego budynku.

Pompa ciepła - co to jest?

Pompę ciepła możemy najprościej opisać jako urządzenie grzewcze. Jednak trudno ją porównać do tradycyjnych instalacji ogrzewania centralnego, ponieważ pompa ciepła sama nie wytwarza energii. Wykorzystuje do tego procesy termodynamiczne, które pozwalają jej przetworzyć energię pierwotną z wody, gleby lub powietrza i ogrzać wodę, lub cały dom.


Wykorzystanie do ogrzewania energii pochodzącej z naturalnych źródeł jest bardzo korzystne dla budynku jednorodzinnego i jego mieszkańców. Przede wszystkim nie trzeba wydzielać osobnego pomieszczenia na kotłownię, które można wykorzystać do innych celów. Tradycyjne kotły spalinowe musiały być odizolowane od reszty domu, ze względu na konieczność przechowywania paliw kopalnych, z których była wytwarzana energia do ogrzania domu, np. węgla lub drewna. Dodatkowo, palenie drewnem lub węglem powodowało powstawanie popiołu, którego cząstki unosiły się w powietrzu i osiadały na pobliskich przedmiotach.
 

W przeciwieństwie do tradycyjnych kotłów, pompy ciepła do transportu energii wykorzystują jedynie prąd, który stanowi zaledwie 20% energii potrzebnej do ogrzania domu. Dla lepszego zobrazowania zużycia prądu względem produkcji energii można posłużyć się przykładem. Za każdy zużyty 1 kW prądu, pompa może dostarczyć do budynku aż 5 kW energii pochodzącej z OZE. Dodatkowo powietrzna pompa ciepła do ogrzewania domu nie generuje zanieczyszczeń powietrza oraz pyłów, które wdychają mieszkańcy, lub które osiadają na meblach w postaci kurzu.

Dobrze dobrana pompa ciepła w zupełności wystarczy do ogrzania domu lub c.w.u. W celu dobrania mocy powietrznej pompy ciepła należy wziąć pod uwagę wielkość domu, rodzaj instalacji grzewczej, a także ilość energii potrzebnej na ogrzanie wody użytkowej. Warto w swoich obliczeniach uwzględnić możliwe straty ciepła, rodzaj izolacji domu, a nawet jego wiek i technologię, w jakiej został wybudowany. Im więcej danych zbierzemy, tym dokładniej obliczymy optymalną moc pompy ciepła.

Źródła pomp ciepła 

Pompy ciepła wykorzystują procesy termodynamiczne, dzięki którym możliwy jest transport energii wprost do naszych domów. Skąd jednak pompy ją czerpią? Źródłem zasilającym tego rodzaju urządzenia są Odnawialne Źródła Energii, czyli, np. energia z gruntu, powietrza lub wody. Poniżej pokrótce opiszemy, czym charakteryzuje się każdy z wymienionych rodzajów pomp.

Zasilanie pompy ciepła z powietrza

Pompa ciepła zasilana powietrzem może być wykorzystywana do podgrzewania wody oraz do ogrzewania budynku. Energię cieplną pobiera z powietrza znajdującego się na zewnątrz domu. Pompa ciepła powietrzna jest jedną najpopularniejszych rodzajów pomp, głównie ze względu na łatwość jej montażu oraz efektywność wykorzystania energii. Szacuje się, że 75% energii potrzebnej do ogrzania budynku pochodzi z powietrza, a tylko 25% z nieodnawialnych źródeł energii (prądu).
 

Co ciekawe, pompa może przetworzyć energię cieplną nawet w warunkach, kiedy temperatura otoczenia spada poniżej 0. Dodatkowo powietrzne pompy ciepła są często wykorzystywane w okresie letnim jako urządzenia schładzające pomieszczenia. Mogą bowiem chłodzić pomieszczenia, oddając temperaturę na zewnątrz budynku. Szerzej o wykorzystaniu pomp ciepła jako klimatyzatorów możecie przeczytać w dalszej części artykułu.

Zasilanie pompy ciepła z wody

Woda w warstwie wodonośnej utrzymuje stałą temperaturę w ciągu całego roku. Temperatura ta oscyluje między 5-8 stopni Celsjusza. System wodnej pompy ciepła oparty jest na pojedynczej pętli wodnej, która transportuje energię do konwektora. Na rynku istnieją pompy otwarte, hybrydowe oraz zamknięte. Głównym czynnikiem warunkującym wybór pompy wodnej jest głębokość zbiornika wodnego oraz wielkość działki. Urządzenie to korzysta z zasobów wody znajdujących się np. w studni.

Zasilanie pompy ciepła z gruntu

Gruntowe pompy ciepła pobierają energię do ogrzewania wody i domu z ziemi. Tego typu instalacje idealnie nadają się do budowy nowych domów. Jedynym wymogiem do ich montażu jest posiadanie wystarczająco dużego terenu, z którego można czerpać energię.

Pompa gruntowa wymaga również instalacji specjalnego kolektora w ziemi, który będzie pobierać z niej ciepło. W ten sposób pobrana energia jest transportowana za pomocą glikolu do instalacji, w której zachodzą kolejne procesy mające w rezultacie ogrzać dom i wodę użytkową. Warto tu dodać, że temperatura ziemi w ciągu roku ulega minimalnym wahaniom, stąd też gwarantuje stabilność działania całej instalacji.

Źródło górne pompy ciepła

Pompa musi posiadać również górne źródło ciepła, do którego będzie transportowana energia wytworzona z wody, powietrza lub gruntu. Do górnych źródeł ciepła zaliczyć możemy:
 

  • Ogrzewanie podłogowe,

  • ogrzewanie sufitowe,

  • grzejniki,

  • zbiornik ciepłej wody.

Sposób działania instalacji z powietrzną pompą ciepła

Pompa ciepła powietrzna należy do najczęściej wybieranych. Dlatego na jej przykładzie opiszemy schemat, w jakim instalacja przetwarza temperaturę z powietrza do ogrzewania wody i pomieszczeń w domu.

Działanie pompy ciepła oparte jest na reakcjach fizycznych, które zachodzą w jej poszczególnych elementach. Każda pompa ciepła wyposażona będzie w parownicę, sprężarkę, skraplacz oraz rozprężarkę. Dodatkowo w obiegu instalacji znajduje się czynnik chłodniczy, o temperaturze około -12 stopni Celsjusza, który odpowiada za transport pobranej energii.

Najprościej działanie pompy ciepła można opisać jako proces transportowania ciepła z chłodniejszego obszaru do cieplejszego. W praktyce proces ten jest nieco bardziej skomplikowany.

Pobrane powietrze z zewnątrz jest transportowane do pierwszego wymiennika ciepła, czyli do parownicy. Tam łączy się z czynnikiem chłodniczym, który dzięki temperaturze powietrza zwiększa swoją z - 12 do około - 4 stopni Celsjusza. Następnie czynnik paruje i trafia do kolejnego elementu pompy, czyli sprężarki, która jest zasilana przez prąd. W wyniku procesu sprężania ciśnienie czynnika chłodniczego wzrasta z 1 do 14 barów. Rośnie też temperatura, która może osiągnąć nawet 90 stopni Celsjusza.

Na tym etapie czynnik chłodniczy jest nadal w postaci pary wodnej, która w kolejnym etapie jest transportowana do skraplacza. Czynnik chłodniczy ulega skraplaniu, podczas którego wydzielane jest ciepło. Równocześnie jego temperatura spada do około 60 stopni Celsjusza, a wytworzone ciepło jest oddawane do instalacji grzewczej.

Jednak to nie koniec obiegu czynnika chłodniczego, ponieważ po skropleniu i oddaniu ciepła jest transportowany już jako ciecz do rozprężarki. Na tym etapie zmniejszane jest ciśnienie czynnika chłodniczego z 14 barów do 1 bara, po czym czynnik jest transportowany do parownika, gdzie zostanie wykorzystany do kolejnego cyklu. 

Klimatyzacja z pompy ciepła

Zmiany klimatu w Polsce dają się we znaki zwłaszcza latem, kiedy nierzadko temperatura powietrza przekracza 30 stopni Celsjusza. Z tego powodu coraz więcej właścicieli domów i mieszkań decyduje się na montaż klimatyzatorów, który jest dość kosztowną inwestycją. Chyba że jesteśmy właścicielami domu z instalacją pompy ciepła. W takiej sytuacji możemy ją prawie bezkosztowo wykorzystać jako urządzenie chłodzące. Wystarczy odwrócić kierunek przepływu czynnika chłodniczego oraz ciepła.

Powietrzna pompa ciepła może chłodzić dom jedynie w sposób aktywny. Głównie ze względu na wysokie temperatury panujące latem na zewnątrz, nie ma możliwości chłodzenia pasywnego, tzw. natural cooling. W powietrznych pompach ciepła sprężarka jest instalowana przez zawór czterodrożny, który pozwala na odwrócenie kierunku jej włączania. Dzięki przełączeniu zaworu czterodrożnego sprężarka działa w odwrotnym kierunki niż podczas ogrzewania. To z kolei powoduje, że skraplacz i parownik zamieniają się rolami, dzięki czemu ciepło jest odbierane z systemu grzewczego (np. z ogrzewania podłogowego) i odprowadzane na zewnątrz budynku.
 

Pompy wykorzystujące źródło dolne z wody lub gruntu, mogą również chłodzić pasywnie. Chłodzenie pasywne będzie zachodzić bez udziału sprężarki, a więc zupełnie bez użycia prądu. W takim przypadku ciepło z pomieszczenia będzie oddawane do gruntu, który ma stałą temperaturę około 10 stopni Celsjusza. 

Wentylacja z rekuperacją

Pompy ciepła powietrzne można z powodzeniem wykorzystywać do wentylacji i klimatyzacji pomieszczeń. W nowoczesnym budownictwie największe straty ciepła wynikają właśnie z wentylacji budynku. Wywiewane powietrze może być zatem wykorzystane przez pompę ciepła do ogrzewania, np. c. w. u. Dodatkowo w lecie ciepłe powietrze wpływające do domu przez otwory wentylacyjne z filtrem, może być wykorzystane przez pompę ciepła do ogrzania wody. Dzięki temu uzyskujemy efekt klimatyzacji, czyli schłodzenia świeżego powietrza.

Czy powietrzna pompa ciepła sprawdzi się w polskich warunkach?

Jednym z najczęściej pojawiających się pytań dotyczących powietrznych pomp ciepła jest ich skuteczność w polskim klimacie. A konkretnie w okresie zimowym, kiedy temperatura spada często poniżej zera. Jak już wyjaśniliśmy wcześniej, ciepło można uzyskać nawet z ujemnych temperatur, w tym nawet z lodu. Jedynym wyjątkiem jest zero absolutne, czyli temperatura -273,15 stopni Celsjusza.

Nowoczesne pompy ciepła powietrzne działają bez zarzutu nawet w temperaturze -25 stopni Celsjusza. Dlatego polscy użytkownicy nie powinni się obawiać ich montażu. Warto również dodać, że obawiając się bardzo niskich temperatur, można do instalacji dokupić grzałkę elektryczną, która rozwiązuje problem bardzo niskich temperatur.

Powietrzna pompa ciepła i fotowoltaika - czy to zadziała?

Z każdym rokiem można zauważyć coraz silniejszy trend w budownictwie, nakierowany na samowystarczalność energetyczną budynków. Dlatego coraz chętniej stosuje się połączenia różnych form OZE, które mogą zaopatrzyć budynki w ekologiczną energię. Jednym z nich jest hybrydowe wykorzystanie fotowoltaiki oraz pomp ciepła.

Pompy ciepła wykorzystywane są do ogrzewania budynków i wody użytkowej. Jednak do funkcjonowania niezbędne jest również wykorzystanie prądu. Jak już wspominaliśmy wcześniej, na 75% wytworzonej energii z powietrza, wody lub gruntu, pompa ciepła musi pobrać około 25% energii elektrycznej.

W zimie, kiedy temperatury są niskie, sprężarka ma zwiększony pobór prądu. Dlatego, aby ograniczyć koszty, warto rozważyć montaż paneli fotowoltaicznych. Instalacja modułów PV pozwoli na obniżenie kosztów związanych z poborem energii podczas ogrzewania domu. Choć zimą instalacja fotowoltaiczna działa na niższych obrotach, nadwyżki wyprodukowane latem spokojnie wystarczą na pokrycie zapotrzebowania na prąd powietrznej pompy ciepła. Należy jedynie pamiętać, aby przed zakupem instalacji PV doliczyć do mocy również zużycie prądu na działanie sprężarki.

Czytaj także: Jaki jest koszt pompy ciepła zasilanej fotowoltaiką do domu 150 m2
Co jeszcze warto wiedzieć o działaniu pompy ciepła?

Pompa ciepła to nadal stosunkowo rzadko wykorzystywana technologia w polskim budownictwie. Nadal dominują kotły paliwowe lub ogrzewanie elektryczne. Jednak sukcesywnie wprowadzane restrykcje dotyczące palenia w tradycyjnych piecach, zachęcają do poszukiwania tańszych i bardziej ekologicznych sposobów ogrzewania budynków. Dlatego warto nieco lepiej przyjrzeć się tej technologii.

Jak bardzo trwała jest pompa ciepła?

Pompa ciepła to urządzenie, które działa w zamkniętym obiegu. Dzięki temu jest wyjątkowo odporna na działanie czynników zewnętrznych. Jedynym elementem pompy, który jest narażony na zużycie, jest sprężarka. Producenci podają, że jej trwałość jest szacowana na około 20 do 25 lat.

Czy obsługa pompy ciepła jest skomplikowana?

Pompa ciepła jest urządzeniem bezobsługowym. Po jej montażu nie ma konieczności uzupełniania paliw lub zmiany ustawień. Do prawidłowego działania pompy konieczne jest zapewnienie jej regularnych wizyt serwisanta, który sprawdzi, czy urządzenie działa poprawnie. Regularne serwisowanie zapewni maksymalną żywotność oraz bezawaryjne działanie pompy ciepła.

Jak przygotować dom do montażu pompy ciepła?

Decyzję o montażu pompy ciepła można podjąć zarówno przed rozpoczęciem budowy, jak i w ramach modernizacji instalacji grzewczych istniejącego już budynku. Niemniej najbardziej opłacalne z ekonomicznego punktu widzenia jest montaż instalacji już na etapie budowy. Dzięki temu można maksymalnie wykorzystać jej potencjał i w krótszym czasie osiągnąć zwrot z poniesionej inwestycji. 

 

Widać to szczególnie dobrze w przypadku wyboru instalacji grzewczej do domu. Niskotemperaturowa specyfika wody grzewczej wykorzystywana w pompach ciepła najlepiej sprawdzi się w ogrzewaniu podłogowym lub ściennym. Nie sprawdzi się natomiast w tradycyjnych grzejnikach. Jeżeli zatem planujemy modernizację budynku, do kosztów należy doliczyć zmianę całej instalacji grzewczej w budynku. Zatem, jeżeli czynnikiem decydującym o zakupie pompy ciepła była chęć oszczędności, to w takim przypadku taka inwestycja może nie mieć ekonomicznego uzasadnienia. 


Ważnym czynnikiem, który będzie warunkować wybór pompy oraz jej mocy jest także termoizolacja budynku. Im lepiej zabezpieczony dom przed stratami ciepła, tym pompa ciepła będzie efektywniejsza. Termoizolacja ma również ogromne znaczenie podczas doboru mocy urządzenia. Czasami w dużym, ale dobrze izolowanym budynku można zamontować pompę o mniejszej mocy niż w budynku o mniejszej powierzchni o słabym stopniu termoizolacji. 

 

Jeżeli chodzi o sam montaż pompy ciepła, to trwa on od 1 do 3 dni i w dużej mierze zależy od tego, jaki model pompy wybierzemy. Dodatkowo warto wziąć pod uwagę czas potrzebny na pierwsze uruchomienie instalacji, a także sprawdzenie jej zgodności z dokumentacją. Dzięki precyzyjnemu wyregulowaniu i zaprogramowaniu urządzenia będziemy mieć pewność, że pompa będzie działać bezawaryjnie i nie będzie stwarzać zagrożenia. 

Czy powietrzną pompę ciepła można stosować w budynkach przemysłowych?

Pojedyncza pompa ciepła nie jest w stanie poradzić sobie z ogrzaniem dużego budynku przemysłowego. Dlatego do większych pomieszczeń używa się kaskadowego układu pomp, które są połączone w jedną instalację. W razie większego zapotrzebowania na ciepło uruchamia się kolejna pompa w układzie, zapewniając optymalne ciepło w budynku. 

Kiedy opłaca się instalować pompę ciepła?

Montaż pompy ciepła oraz przygotowanie instalacji grzewczej w domu jest kosztowną inwestycją. Jednak zakup i instalację pompy ciepła można sfinansować częściowo z dotacji. W 2021 roku dofinansowanie zakupu pomp ciepła możemy uzyskać z programu Czyste Powietrze. Dodatkowo NFOŚiGW przygotował nowym programem Moje Ciepło, które ma być dedykowane zakupom i instalowaniu pomp ciepła. w 2022 i kolejnych latach.

Przy udzielaniu finansowego wsparcia brana jest jednak pod uwagę opłacalność zamierzonej inwestycji. Dlatego bardziej prawdopodobne jest uzyskanie dofinansowania pompy ciepła w nowo powstającym budynku niż w ramach modernizacji już istniejącego. 

 

Warto pamiętać, że inwestycja w pompę ciepła będzie opłacalna jedynie, kiedy dobierzemy optymalną moc urządzenia. Zbyt niska moc urządzenia może bowiem spowodować konieczność dogrzewania pomieszczeń alternatywnymi źródłami ciepła, np. grzałką elektryczną, co znacznie podniesie koszt wytwarzania energii. W końcowym rozrachunku może się nawet okazać, że inwestycja nie przyniesie oczekiwanych oszczędności. 

 

Niekwestionowaną korzyścią z wyboru pompy ciepła jako głównego źródła ogrzewania jest jej ekologiczny charakter. Dzięki temu możemy mieć pewność, że będzie się sprawdzać nawet za kilkanaście lub kilkadziesiąt lat.

Montaż pompy ciepła, która zajmuje około 1 m², pozwala na lepsze wykorzystanie przestrzeni domu. Zamiast przeznaczać jedno pomieszczenie na kotłownię, możemy wykorzystać go na pralnię, warsztat lub spiżarnię. 

 

Czytaj także: Corab stawia na pompy ciepła Stiebel Eltron

Masz pytania? Potrzebujesz więcej informacji? Skontaktuj się z nami

Może ci
się również
spodobać