Jednym z proponowanych przez nas rozwiązań, cieszących się w ostatnich latach bardzo dużą popularnością, są pompy ciepła. To urządzenia chłodnicze stosowane do celów grzewczych, do działania wykorzystujące zjawisko termodynamiki, czyli szereg znanych zjawisk i przemian fizycznych. Ich funkcjonowanie polega na procesach podobnych do tych, które zachodzą w lodówkach, lecz na wyższych poziomach temperatury.
Pompa ciepła odbiera energię ze źródła o niskiej temperaturze (np. powietrze zewnętrzne) i transferuje ją („przepompowuje”) do źródła o wyższej temperaturze (instalacja grzewcza). Źródło o niskiej temperaturze nazywamy źródłem dolnym, a źródło o wyższej temperaturze nazywamy źródłem górnym.
Aby nastąpiło przekazanie ciepła ze źródła o niższej temperaturze (powietrza zewnętrznego) do źródła o wyższej temperaturze (instalacja grzewcza), do pompy musi być dostarczona energia z zewnątrz. W tym celu, najczęściej wykorzystuje się energię elektryczną podaną z zewnątrz (druga zasada termodynamiki).
Chcąc opisać działanie urządzenia typu powietrze/woda, należy wziąć pod uwagę cztery kluczowe procesy:
Bez względu na to, z którego alternatywnego źródła pompa ciepła pobierać będzie energię (powietrze, woda lub grunt), jej instalacja oraz wykorzystanie do ogrzewania wody użytkowej w obiekcie mieszkalnym przyniesie Państwu wymierne korzyści. Działanie systemu zostało zaprojektowane tak, że nie generuje wysokich kosztów związanych z jego funkcjonowaniem, a eksploatacja nie wiąże się też z wytwarzaniem i emisją do atmosfery szkodliwego dwutlenku węgla.
Pompy ciepła można podzielić na:
Gruntowe pompy ciepła wykorzystują ciepło zawarte w ziemi. Dla pozyskania tego ciepła należy wykonać tzw. dolne źródło, którym jest kolektor pionowy lub poziomy.
Kolektor pionowy składa się z kilku (najczęściej dwóch) pionowych odwiertów w których umieszcza się rury wypełnione glikolem. Ten sposób zapewnia bardzo stabilną pracę pompy ciepła, ponieważ temperatura gruntu poniżej 10-15 m jest już stała i wynosi ok. 10°C. Orientacyjnie przyjmuje się, że „wydajność” dolnego źródła, którym jest kolektor pionowy wynosi ok. 40 W/m. Przyjmijmy orientacyjnie, że dla niewielkiego domku jednorodzinnego o powierzchni grzewczej 150 m2 zapotrzebowanie ciepła wynosi 50 W/m2, czyli potrzebujemy pompy ciepła o mocy 7,5 kW dla której trzeba wykonać dolne źródło składające się z dwóch odwiertów o głębokości 75 m. W dużym uproszczeniu można przyjąć, że wielkość powierzchni domku określa długość całkowitą kolektora pionowego. Są to oczywiście dane szacunkowe. Dla konkretnej inwestycji wykonujemy szczegółowe obliczenia dotyczące danego rozwiązania. Odwierty wykonuje się najczęściej do głębokości 100 m z uwagi na uproszczone procedury. Przy większych głębokościach wymagany jest już projekt prac górniczych.
Głównymi zaletami kolektorów pionowych są: wydajna i stabilna praca pompy ciepła, niewielka powierzchnia działki potrzebna do ich wykonania.
Dolne źródło możemy też wykonać w postaci kolektora poziomego. W tym celu zakopujemy rury płasko w gruncie poniżej głębokości jego przemarzania, czyli ok 1,5 m. Wydajność takiego źródła
wynosi 10 – 20 W/m w zależności od rodzaju gruntu. Na terenach piaszczystych będzie to niższa wydajność niż dla gruntów wilgotnych. Orientacyjna powierzchnia potrzebna do wykonania kolektora poziomego jest ok. 2 – 2,5 razy większa od powierzchni grzewczej budynku. Tak więc aby wykonać kolektor poziomy musimy dysponować odpowiednią dużą działką. Wykonanie kolektora poziomego jest nieco tańsze niż kolektora pionowego zwłaszcza że sporą część prac można wykonać w systemie gospodarczym. Narzuca też jednak sporo ograniczeń np. odpowiednia wielkość działki, powierzchnia na której są zakopane rury kolektora powinna odsłonięta (bez drzew i krzewów) aby latem grunt mógł się regenerować (nagrzewać), mniej stabilna praca takiego źródła dolnego z uwagi na znaczące wahania temperatury gruntu zimą.
Efektywność działania pomp ciepła określa tzw. współczynnik efektywności COP.
Dla pomp gruntowych wynosi on 4,5 – 5 a dla pomp powietrznych 3,5 – 4.
Współczynnik COP = 5 oznacza, że z jednej części energii elektrycznej jest generowane 5 części energii cieplnej.
Pompy ciepła są wyposażone są w zaawansowaną automatykę umożliwiającą precyzyjne sterowanie całego układu grzewczego. Mogą też być wyposażone w zintegrowany wymiennik chłodzenia pasywnego co umożliwia chłodzenie domu w upalne dni latem.
Pompy ciepła typu powietrze-woda wykorzystują ciepło zawarte w otaczającym nas powietrzu. Dzięki jej pracy możemy oszczędnie ogrzać budynek jak i zapewnić dla jego mieszkańców ciepłą wodę. Kluczem do udanej inwestycji jest odpowiedni dobór pompy ciepła powietrze woda. Przy odpowiednim doborze pompy ciepła typu powietrze-woda zapewnimy jej efektywne działanie nawet w mroźne dni. Potrafią one skutecznie działać nawet przy mrozach do – 20 oC. Podstawową zaletą pomp powietrznych jest to, że nie trzeba tak jak w przypadku pompy gruntowej wykonywać w ziemi dolnego źródła w postaci kolektora pionowego lub poziomego co znacznie obniża koszt całej inwestycji.
Wyróżniamy zasadniczo dwa typy powietrznych pomp ciepła :
Pompy powietrzne typu split składają się z dwóch modułów zewnętrznego i wewnętrznego. Moduł zewnętrzny (montowany na zewnątrz budynku) zawiera wentylator, sprężarkę, parownik i zawór rozprężny. Posiada on bardzo dobrą izolację termiczną i akustyczną. Dzięki temu praca wentylatora jest bardzo cicha. Odpowiednia automatyka umożliwia płynną regulację mocy modułu. Zastosowanie techniki inwerterowej sprawia, że powietrzna pompa ciepła automatycznie dobiera swoją moc grzewczą do aktualnego zapotrzebowania budynku na energię cieplną. Moduł wewnętrzny (montowany wewnątrz budynku) zawiera zbiornik buforowy ze specjalnym wymiennikiem ciepła (skraplacz), grzałkę elektryczną do wspomagania, naczynie wzbiorcze, pompę cyrkulacyjną i zaawansowaną automatykę sterującą, która umożliwia sterowanie i kontrolę wielu obiegów grzewczych. Moduł wewnętrzny i zewnętrzny są połączone rurami chłodniczymi, w których jest gaz chłodniczy, co w czasie mrozów zabezpiecza powietrzną pompę ciepła przed uszkodzeniem w razie zaniku energii elektrycznej. Połączenie modułu zewnętrznego i wewnętrznego jest wykonywane na budowie podczas montażu pompy ciepła.
W powietrznych pompach ciepła typu monoblok wszystkie elementy umieszczone są w jednej obudowie. Dlatego cały układ chłodniczy jest wykonywany fabrycznie a przez to bardziej niezawodny. Pompy te z uwagi na fakt, że wszystkie jej elementy pracują na zewnątrz budynku posiadają bardzo dobrą izolację termiczną i akustyczną. Są podczas pracy cichsze od pomp ciepła typu split. Z powietrznej pompy ciepła typu monoblok są wyprowadzone jedynie rury transportujące ciepło do ogrzewanego obiektu. Pompy typu monoblok są również wyposażone w zaawansowaną automatykę do sterowania pracą urządzenia i kontroli obiegów grzewczych. Uważa się też, że są bardziej niezawodne z uwagi na fakt, że cały układ chłodniczy jest wykonywany fabrycznie. Pompy ciepła typu monoblok są natomiast droższe w zakupie od pomp ciepła typu split.
Wydajności dla obu typów pomp są podobne.
Powietrzne pompy ciepła typu split cieszą się większym zainteresowaniem inwestorów głównie z uwagi na niższą cenę oraz przekonanie, że w razie mrozów przy przerwie w dostawie energii elektrycznej pompa nie ulegnie uszkodzeniu. Pompy ciepła typu split są tańsze od monobloków ale wymagają na budowie wykonania połączenia modułu zewnętrznego i wewnętrznego rurami chłodniczymi przez uprawnionych instalatorów. Dlatego do obowiązkowych wymagań dla pomp powietrznych typu split należy coroczna kontrola szczelności całego układu chłodniczego co generuje stały dodatkowy koszt.
Zarówno pompa ciepła typu monoblok jak i typu split są dodatkowo wyposażane w panel zdalnego sterowania jak i moduł internetowy
