Praktyczne porównanie: pompa ciepła solanka-woda vs pompa powietrze-woda
Zmagając się z rosnącymi kosztami energii oraz dążąc do zmniejszenia negatywnego wpływu na środowisko naturalne, coraz więcej osób zwraca się w kierunku innowacyjnych rozwiązań w dziedzinie ogrzewania i chłodzenia budynków. W tym kontekście technologie oparte na pompach ciepła zyskują na popularności, oferując efektywną alternatywę dla tradycyjnych systemów korzystających z paliw kopalnych. Wybór odpowiedniego typu pompy ciepła może stanowić kluczowy aspekt, mający wpływ zarówno na efektywność działania, jak i na koszty inwestycji oraz eksploatacji.
W niniejszym artykule skupimy się na praktycznym porównaniu dwóch popularnych typów pomp ciepła: gruntowa pompa ciepła (solanka-woda) oraz powietrzna pompa ciepła powietrze-woda. Którą z nich wybrać? Tego dowiesz się z dalszej lektury tekstu.
Jak działa pompa ciepła?
Pompa ciepła jest specyficznym urządzeniem, gdyż w odróżnieniu od konwencjonalnych źródeł ogrzewania oprócz wytwarzania ciepła czynnik chłodniczy dodatkowo pobiera ciepło z otoczenia. Tym otoczeniem, w zależności od rodzaju pompy ciepła, może być grunt, woda lub powietrze. Można więc stwierdzić, że jest swego rodzaju pośrednikiem, umożliwiającym pobór i przetworzenie ciepła pobranego z otoczenia, a następnie jego rozprowadzenie w instalacji grzewczej budynku.
Sposób działania pompy ciepła można porównać do odwróconej pracy znanej wszystkim chłodziarki. Wykorzystuje ona prawa fizyki, a konkretniej tzw. efekt Joule’a-Thomsona, zgodnie z którym ciepło „przepływa” z obszaru o wyższej temperaturze do obszaru o temperaturze niższej, wyrównując różnicę. W przypadku budynków, ciepło często „ucieka” przez szczeliny w oknach czy ociepleniu, co skutkuje stopniowym wychładzaniem pomieszczeń. Uruchomienie pompy ciepła w praktyce odwraca ten efekt, umożliwiając pobór ciepła z otoczenia, podniesienie jego potencjału energetycznego, a następnie przekazanie do instalacji grzewczej budynku.
Cały proces działania pompy ciepła można podzielić na trzy etapy:
Etap I – pobór ciepła
Jednym z kluczowych elementów pompy ciepła (gruntowej lub wodnej) jest dolne źródło, w którym krąży roztwór glikolu absorbujący ciepło z otoczenia. Ten roztwór jest następnie transportowany do pompy ciepła. W przypadku pomp powietrznych funkcję wymiennika pełni wentylator, który zasysa ciepło bezpośrednio z otoczenia na parownik pompy ciepła. Po dostarczeniu ciepła ze środowiska naturalnego do parownika następuje parowanie czynnika chłodniczego.
Etap II – wykorzystanie ciepła
W drugim etapie pracy pompy ciepła sprężarka zwiększa ciśnienie pary czynnika chłodniczego, w efekcie czego znacząco podnosi się jego temperatura, przechodzi on w stan pary przegrzanej, co jest kluczowe dla efektywnego przekazywania ciepła do wnętrza budynku.
Etap III – ogrzewanie
Woda krążąca w instalacji centralnego ogrzewania przejmuje ciepło, które czynnik chłodniczy oddaje w skraplaczu i kieruje je do instalacji – może to być ogrzewanie płaszczyznowe lub grzejniki, zbiornik wody grzewczej lub ciepłej wody użytkowej.
Cały układ grzewczy z pompą ciepła składa się z trzech kluczowych składników:
- dolnego źródła (dostarczającego energię cieplną do pompy ciepła, ze źródła takiego jak woda, grunt lub powietrze)
- pompy ciepła (odpowiedzialnej za pobieranie ciepła ze źródła dolnego i przekształcanie go w użyteczne ciepło przy użyciu czynnika chłodniczego)
- górnego źródła (czyli instalacji odbioru ciepła w budynku)
Biorąc pod uwagę powyższe, istotne jest zrozumienie, że wszystkie te elementy pracują na wydajność systemu grzewczego i jego efektywne działanie. Nawet najlepsza pompa ciepła nie osiągnie pełnej mocy, jeśli pozostałe elementy systemu nie zostaną odpowiednio dopasowane. Z tego względu dokładne poznanie sposobu działania pompy ciepła oraz jej integracji z resztą systemu grzewczego jest kluczowe dla osiągnięcia maksymalnej efektywności i komfortu termicznego w budynku.
Rodzaje pomp ciepła - co musisz o tym wiedzić?
Dostępne na rynku pompy ciepła występują w szeregu różnych odmian i wersji. Stosując kryterium źródła, z którego pozyskiwane jest ciepło, można je podzielić na trzy podstawowe typy: pompy powietrzne, pompy gruntowe oraz pompy wodne.
1. Pompy powietrzne - pompy z powietrza
Powietrzne pompy ciepła, nazywane również pompami powietrze/woda, wykorzystują energię zgromadzoną w powietrzu do ogrzewania wody w instalacji centralnego ogrzewania oraz wody użytkowej. Chociaż to rozwiązanie jest ekonomiczne i proste w instalacji, ma nieco mniejszą wydajność ze względu na niższą przewodność cieplną powietrza w porównaniu do wody czy gruntu oraz bardzo zmienną temperaturę. Pomimo to zyskuje na popularności z powodu niskich kosztów i łatwej instalacji. Montaż pompy powietrznej nie zależy od wielkości działki ani warunków wodno-gruntowych, co przekłada się na szybkość i wygodę instalacji.
Działanie instalacji z pompą powietrzną polega na pobieraniu powietrza z otoczenia przy użyciu wentylatorów, przekazywaniu zgromadzonej energii cieplnej do pompy i następnie do instalacji grzewczej budynku. W zależności od modelu pompy powietrzne dzielą się na:
- Split – składające się z modułu zewnętrznego zawierającego wentylator, parownik, sprężarkę i zawór rozprężny, oraz modułu wewnętrznego ze skraplaczem, podgrzewaczem wspomagającym i pompą obiegową centralnego ogrzewania. Obie części są połączone rurami chłodniczymi przechodzącymi przez ściany budynku.
- Monoblok – to z kolei kompaktowe rozwiązanie, w którym wszystkie komponenty znajdują się w jednej obudowie na zewnątrz budynku. Całość podłączona jest do instalacji centralnego ogrzewania, do której przekazuje wytworzone ciepło.
2. Pompy gruntowe - ciepło z głębi ziemi
Pompy gruntowe to rozwiązania uznawane za wydajne i efektywne, szczególnie dla indywidualnych użytkowników. Dzięki ich wysokiej wydajności, poprawnie dobrana pompa ciepła gruntowa może stanowić doskonałe główne źródło ogrzewania budynku. W jaki sposób? Temperatura gruntu na głębokości 1-2 m pozostaje dodatnia nawet w zimie, a na większych głębokościach może wynieść nawet ponad +10ºC. Daje to stałe źródło energii, gotowe do wykorzystania w systemie grzewczym i chłodniczym wewnątrz budynku.
Pompy gruntowe posiadają dwa główne typy wymienników ciepła:
- Kolektor poziomy – składający się z rur wypełnionych roztworem glikolu, zakopanych stosunkowo płytko (na głębokości 1,5-2,0 m). Dla uzyskania odpowiedniej wydajności cały układ wymaga dużej powierzchni,
- Kolektor pionowy – składający się rur z czynnikiem chłodniczym wkopywanych w odwierty na głębokość zazwyczaj od 70 do 100m.
Wymienniki poziome z reguły wybierane są przez inwestorów, którzy posiadają wokół budynku odpowiedniej wielkości teren. Ich montaż wymaga bowiem wolnego miejsca zazwyczaj wielkości ok 3 powierzchni nieruchomości i możliwości instalacji około 0,5 m poniżej strefy przemarzania. Częściej wybierane są pompy z wymiennikami pionowymi.
Niemniej jednak warto mieć na uwadze fakt, że pompy ciepła gruntowe z wymiennikami pionowymi zazwyczaj wiążą się z wyższymi kosztami inwestycyjnymi. Proces wykonania sondy pionowej, która składa się z pętli rur umieszczonych w jednym lub kilku odwiertach o znacznej głębokości (często sięgającej kilkudziesięciu lub nawet stu metrów), wymaga zaangażowania specjalistycznego sprzętu, co może generować dodatkowe koszty. Pomimo tego, inwestycja w wymienniki pionowe może się okazać opłacalna, od lat to rozwiązanie generuje najmniejsze koszty eksploatacyjne wśród wszystkich źródeł ciepła, więc dokładnie przeanalizować dostępne opcje oraz skonsultować się z ekspertami, aby wybrać najlepiej dopasowaną do swoich potrzeb i możliwości technologię gruntowych pomp ciepła.
3. Pompy wodne - ciepło z cieków i zbiorników wodnych
Pompy wodne są w szczególności polecane inwestorom, którzy przewidują w posiadanych budynkach znaczne zapotrzebowanie na ciepło. Rozwiązania grzewcze tego typu w odpowiednich warunkach mogą mieć wyższą wydajność niż pompy gruntowe. Do ich działania konieczne jest jednak źródło wody, takie jak rzeka, studnia lub zbiornik wodny. Pompy wodne są dostępne w kilku odmianach, w tym w układzie z pętlą zamkniętą, układzie otwartym oraz układzie hybrydowym. Wymagają jednak odpowiedniego pozwolenia wodno-prawnego oraz często montażu wymiennika pośredniego ze względu na jakość wód podziemnych.
Porównanie pompy ciepła solanka-woda vs pompa powietrze-woda
Wybór między pompą ciepła ziemia-woda (solanka-woda) a pompą powietrze-woda stanowi kluczową decyzję dla inwestorów, którzy pragną zainstalować efektywne i ekologiczne źródło ciepła w swoim budynku. Oba rodzaje pomp ciepła posiadają określony zakres funkcjonalności, które przekładają się na ich walory oraz ograniczenia.
1. Pompa ciepła solanka - woda:
Kluczowe korzyści:
- Wyższa wydajność
Pompa gruntowa wykorzystuje stabilną temperaturę gruntu, co sprzyja efektywności energetycznej bez względu na porę roku. Przekłada się to na wyższą wydajność i stabilność pracy w porównaniu do pomp powietrze-woda.
- Stabilna praca przez cały rok
Ziemia na pewnej głębokości utrzymuje stałą temperaturę przez cały rok, co przekłada się na równomierne dostarczanie ciepła, niezależnie od warunków atmosferycznych.
- Efektywność energetyczna
Dzięki korzystaniu z energii zgromadzonej w gruncie, pompy ciepła ziemia-woda osiągają wysoką efektywność energetyczną.
- Bardzo cicha praca
Urządzenia pomimo dużej części ilości mechanicznych emitują niewielki hałas, który w większości przypadków jest na poziomie pracującej lodówki.
- Wieloletnia praca
Znane są pompy gruntowe, które pracowały nawet ponad 30 lat, gdzie cykl życia większości pomp powietrznych to ok 10-20 lat. Standardowo zakłada się ok 25 lat pracy pompy gruntowej.
Ograniczenia:
- Wyższe koszty inwestycyjne
Instalacja gruntowej pompy ciepła wymaga wykonania montażu poziomych lub pionowych wymienników, co może generować wyższe koszty w porównaniu do pomp powietrze-woda. Te jednak zużywają więcej energii elektrycznej niż pompy ciepła gruntowe, co finalnie przełożyć się może na dłuższy okres zwrotu z inwestycji.
- Wymagania terenowe
Konieczność posiadania odpowiedniej powierzchni działki oraz właściwego rodzaju gruntu.
Kiedy więc wybrać gruntową pompę ciepła? Gruntowe pompy ciepła to doskonały wybór praktycznie dla większości nieruchomości, wokół których dostępna jest odpowiednia przestrzeń dla wymienników ciepła. Są także atrakcyjne dla tych, którzy poszukują stabilnego i efektywnego źródła ciepła na długie lata. W nowobudowanych obiektach odwierty wykonuje się pod budynkiem, a nowoczesne pompy gruntowe są wykonywane w technologii inwerterowej. Oznacza to, że mogą pracować w znacznie szerszych zakresach niż pompy powietrze woda i to bez wspomagania grzałką elektryczną. Trzeba przy tym pamiętać, że koszty instalacji pompy ciepła ziemia-woda są zazwyczaj wyższe ze względu na prace ziemne.
Pompa ciepła powietrze-woda:
Kluczowe korzyści:
- Niższy koszt początkowy
Powietrzna pompa ciepła jest znacznie tańsza w instalacji, ponieważ nie wymaga wykonania wykopów ani innych prac terenowych. Trzeba jednak mieć świadomość, że nie zawsze może być zainstalowana w danym obiekcie ze względu na odległość od kotłowni czy zbyt małą odległości od ogrodzenia sąsiada.
- Szybka instalacja
Montaż pomp powietrze-woda nie wymaga wykonania dodatkowego wymiennika ciepła, więc jest krótszy niż pomp ziemia-woda. Sam montaż pomp gruntowych jest zazwyczaj dużo prostszy.
- Elastyczność montażu
Możliwość instalacji powietrznych pomp ciepła w różnych warunkach terenowych czyni je atrakcyjnym wyborem tam, gdzie brakuje przestrzeni.
Ograniczenia:
- Niższa efektywność w zimie
Powietrzne pompy ciepła korzystają z energii pobieranej z powietrza, które jest zdecydowanie chłodniejsze w zimie, co zmniejsza wydajność systemu.
- Zmienna wydajność
Wydajność pomp powietrze-woda może być zmienna w zależności od zmian temperatury otoczenia.
- Emisja hałasu
Należy pamiętać, że pompy powietrzne ze względu na pracę wentylatora emitują dużo większy hałas niż pompy gruntowe. Należy pamiętać by dobierać urządzenia o możliwie niskiej emisji hałasu i odpowiednio je ustawiać tak by nie wpływały negatywnie na nas i nasze sąsiedztwo.
Kiedy więc warto wybrać ten sposób ogrzewania domu? Pompy powietrze-woda stanowią przede wszystkim atrakcyjne rozwiązanie dla inwestorów dysponujących mniejszymi działkami. Są także odpowiednie dla tych, którzy szukają szybkiego i kosztowo efektywnego źródła ciepła. Same koszty eksploatacyjne mogą być jednak kilkadziesiąt procent wyższe (20-30%) ze względu na mniejszą efektywność w porównaniu do gruntowych pomp ciepła.
Podsumowując, wybór między gruntową pompą ciepła a pompą powietrze-woda zależy od wielu czynników, takich jak dostępna przestrzeń, budżet inwestycyjny oraz oczekiwania dotyczące efektywności. Każdy z tych rodzajów pomp ciepła ma swoje zalety i wady, dlatego warto dokładnie przeanalizować potrzeby i skonsultować się z ekspertami OZE przed podjęciem decyzji. Najlepsze pompy ciepła powinny zapewniać inwestorom odpowiedni stosunek jakości do ceny oraz wydajność systemu grzewczego, który pozwoli na maksymalizację użycia odnawialnych źródeł energii do ogrzania i chłodzenia budynku.
Na co zwrócić uwagę, wybierając pompę ciepła?
Przy wyborze odpowiedniej pompy ciepła, czy to gruntowej, czy powietrznej, istnieje kilka kluczowych czynników, które warto wziąć pod uwagę. Ostateczny wybór powinien uwzględniać indywidualne potrzeby, możliwości finansowe oraz warunki lokalne.
Efektywność energetyczna: Pompy ciepła gruntowe i powietrzne różnią się w efektywności działania w zależności od warunków otoczenia. Pompy gruntowe, wykorzystując energię zgromadzoną w gruncie, charakteryzują się wyższą stabilnością wydajności, niezależnie od zmian temperatury powietrza. Z kolei pompy powietrzne mogą być mniej wydajne w zmiennych warunkach atmosferycznych, kiedy temperatura powietrza ulega znacznym wahaniom i jest bardzo niska.
Koszty inwestycyjne: Pompy ciepła powietrzne zazwyczaj generują niższe koszty instalacji w porównaniu do gruntowych. Pompy powietrzne nie wymagają prac ziemnych ani odwiertów, co może stanowić przewagę dla inwestorów o ograniczonym budżecie. Pompy gruntowe, choć oferują wysoką efektywność, z reguły wiążą się z wyższymi kosztami instalacyjnymi z powodu konieczności montażu wymienników ciepła pod ziemią.
Warunki terenowe: Wybór między pompą gruntową a powietrzną zależy również od warunków terenowych. Pompy gruntowe wymagają dostępu do odpowiedniej powierzchni działki oraz właściwego rodzaju gruntu. Zaleca się także wykonanie analizy geologicznej, aby upewnić się, że warunki terenowe są odpowiednie do instalacji. Warto podkreślić, że wykonanie odwiertów, wymaga wcześniejszego sporządzenia projektu robót geologicznych przez uprawnionego geologa, a opracowana dokumentacja musi zostać złożona w Wydziale Ochrony Środowiska Urzędu Miasta lub w Starostwie Powiatowym na minimum 30 dni przed rozpoczęciem prac. Pompy powietrzne potrzebują natomiast jedynie dostępu do powietrza.
Efektywność w różnych warunkach: Pompy ciepła powietrzne są mniej efektywne w warunkach zimowych, kiedy temperatura powietrza jest bardzo niska. Warto sprawdzić, jak dana pompa radzi sobie w różnych temperaturach, aby uniknąć niespodzianek w okresie zimowym.
W obu przypadkach istotne jest również dobranie odpowiedniej mocy pompy do wielkości budynku oraz potrzeb grzewczych. Warto konsultować się z doświadczonymi specjalistami, którzy pomogą dobrać odpowiednią pompę ciepła dla konkretnych warunków. Niezależnie od wyboru, zarówno gruntowa pompa ciepła, jak i powietrzna, stanowią ekologiczne i efektywne źródło ciepła, przyczyniając się do oszczędności na kosztach ogrzewania.
Czy montaż pompy ciepła to faktyczna oszczędność dla gospodarstwa domowego?
Montaż pompy ciepła może przynieść faktyczne oszczędności, jednak wartości te zależą od wielu czynników. Pompa ciepła jest uważana za ekologiczne i efektywne źródło ciepła, które może znacznie obniżyć koszty ogrzewania w porównaniu do tradycyjnych systemów opartych na paliwach kopalnych. Oszczędności wynikają przede wszystkim z wykorzystania darmowej energii pochodzącej ze źródła ciepła takiego jak grunty, woda czy powietrze. Pompa przetwarza tę energię na ciepło wykorzystywane do ogrzewania budynku i przygotowywania ciepłej wody użytkowej. W skali roku i długoterminowo korzystanie z tej odnawialnej formy energii może znacznie zmniejszyć rachunki za ogrzewanie.
Jednak oszczędności związane z montażem pompy ciepła gruntowej czy pompy ciepła powietrznej zależą od kilku kluczowych czynników, takich jak:
- Wydajność pompy ciepła - dobór właściwej pompy o odpowiedniej mocy do wielkości budynku i potrzeb cieplnych ma kluczowe znaczenie dla jej efektywnej pracy i możliwych do wygenerowania oszczędności.
- Cena energii – zyski z inwestycji będą większe, jeśli porównamy koszty korzystania z pompy ciepła do kosztów ogrzewania tradycyjnymi źródłami energii, takimi jak gaz czy olej opałowy. Pompa nie wymaga też nakładów pracy takich jak czyszczenie czy dokładanie paliwa jak w kotłach stałopalnych. Dodatkowo, jeśli połączmy pompę ciepła z fotowoltaiką, uzyskamy jeszcze większą niezależność od dostawców energii.
- Koszty instalacji – koszty związane z zakupem i montażem pompy ciepła oraz ewentualnym dostosowaniem instalacji mogą wpłynąć na okres zwrotu inwestycji. Zanim więc zapadnie ostateczna decyzja, warto zweryfikować wydatki.
Bez wątpienia warto przeprowadzić dokładne obliczenia i analizę, uwzględniając powyższe czynniki oraz koszty inwestycji i eksploatacji, aby ocenić, czy montaż pompy ciepła faktycznie przyniesie oczekiwane oszczędności w konkretnym przypadku. Ostatecznie, pompa ciepła może stanowić atrakcyjne pod względem ekonomicznym i ekologicznym rozwiązanie, jeśli tylko zostanie właściwie dobrana do potrzeb i prawidłowo zainstalowana.
