Zimy bywają srogie, a ogrzewanie kosztowne i szkodliwe dla środowiska. Pompy ciepła mogą być tańszą i bezpieczniejszą alternatywą dla innych form ogrzewania mieszkania. W poniższym artykule wyjaśniamy, czym są pompy ciepła, jak działają oraz jakie są ich koszty eksploatacyjne i wydajność. 

Czym jest pompa ciepła i do czego służy?

Pompa ciepła jest przede wszystkim alternatywnym rozwiązaniem grzewczym. Wykorzystuje odnawialne źródła energii, kumulujące się w wodzie, powietrzu albo w gruncie, i ogrzewa (lub chłodzi) budynki i – w przypadku wybranych pomp – wodę. W przeciwieństwie do innych metod grzewczych jest przyjazna środowisku. Dlatego, że nie wykorzystuje paliw cieplnych i kopalnych, których produkty uboczne nie ulegają spalaniu i przedostają się do atmosfery. Podstawą działania pompy ciepła, najprościej rzecz ujmując, jest ogrzewanie pozyskanego z zewnętrznego źródła ciepła.

Jak działa pompa ciepła?

Na obrazku znajduje się prosty schemat działania dowolnej pompy ciepła, niezależnie od rodzaju źródła energii. Poniżej wyjaśniamy, w jaki sposób woda albo powietrze jest ogrzewane.

pompa ciepła
  1. Proces ogrzewania ma swój początek w obiegu oznaczonym jako (B).
  2. Strzałka numer (3) pokazuje kierunek niskotemperaturowego ciepła z gruntu, powietrza albo wody. To jest właśnie moment, w którym odnawialna energia jest pobierana.
  3. To ciepło zostaje przekazane do parownika (oznaczonego niebieską falowaną linią).
  4. Z parownika ciepło zostaje przekazane doinstalacji wypełnionej specjalnym płynem (a), który zamienia się w gaz.
  5. Dalej gaz trafia do sprężarki (4), w której zostaje znacząco podgrzany
  6. Ze sprężarki gaz zostaje przekazany (b) do skraplacza, oznaczonego czerwoną falowaną linią.
  7. W skraplaczu gaz oddaje ciepło do płynu. Zważywszy na to, że ten płyn jest chłodniejszy od gorącego gazu, następuje proces skraplania (podobnie, jak w łazience na lustrze skrapla się para wodna).
  8. W tym momencie ciecz ma podwyższoną temperaturę i ogrzewa pomieszczenie albo wodę, co symbolizuje strzałka (1).
  9. Dalej skroplona ciecz trafia (c) do specjalnego zaworu dławiącego (2), w którym następuje zmniejszenie ciśnienia.
  10. Ciecz, po wyjściu (d) z zaworu dławiącego, jest już schłodzona i ma niskie ciśnienie. 
  11. Na koniec wraca do parownika i proces się powtarza.

Czyli, najprościej rzecz ujmując, “chłodniejsze” ciepło wchodzi (1) do obiegu i uchodzi (2) z obiegu, ogrzewając w ten sposób albo wodę w mieszkaniu, albo powietrze w pomieszczeniu. Ze względu na to, że część (A) jest odpowiedzialna za ogrzewanie, nazywa się ją obiegiem grzewczym. Niektóre pompy, o czym za chwilę powiemy, mogą również chłodzić powietrze, ze względu na to, że umożliwia to umieszczona w punkcie (2) wentylacja.

Jakie są rodzaje pomp ciepła?

Zależnie od tego, jakie jest źródło ciepła, rodzaje pomp możemy podzielić na trzy grupy: powietrzne, gruntowe i wodne. Wybór zależy od możliwości finansowych zainteresowanego i otoczenia, w którym znajduje się budynek. Nie jest to łatwa decyzja, wymaga więcej namysłu niż wybór tradycyjnych sposobów ogrzewania, jednak ma szereg zalet. Przyjrzyjmy się jednak najpierw, z jakimi rodzajami pomp ciepła możemy mieć do czynienia.

Powietrzne pompy ciepła

Pompy ciepła powietrzne w ostatnim czasie zyskują na dużej popularności, głównie za sprawą tego, że bez znaczenia jest wielkość otoczenia budynku (np. działki). Powietrze w końcu jest wszędzie. Nie oznacza to jednak, że taka pompa nie ma żadnych wad. Żadną tajemnicą nie jest, że powietrze nie jest najlepszym nośnikiem ciepła ze względu na zmienność jego temperatur. Często zdarza się, że spadają one nawet poniżej – 20°C. To z kolei zwiększa koszty działania pompy, ponieważ zużywa wtedy więcej prądu, aby wytworzyć taką samą ilość ciepła, jak przy wyższych temperaturach. Wśród pomp powietrznych wyróżnia się dwa rodzaje.

  • Pompa powietrze – powietrze. Ciepło pobierane jest z powietrza i trafia znowu do powietrza. Ujmując to schematycznie: ciepło pobierane jest z powietrza, przechodzi przez obieg cieplny i po drodze, za pomocą specjalnego nawiewu (wentylatora), ogrzewane jest pomieszczenie. Pompy powietrze – powietrze mają też funkcję schładzania. W wentylatorze mogą znacząco schładzać temperaturę ciepła pochodzącego z cieczy w obiegu grzewczym i przynieść ulgę w letnie popołudnia.
  • Pompa powietrze – woda. Ciepło pobierane jest z powietrza i przekazywane do wody. Wykorzystuje się ją po to, aby ogrzewać wodę płynącą z kranu i prysznica.

Wodne pompy ciepła

Pompy ciepła wodne to drugi możliwy wybór obok powietrznych. Ciepło pobierają oczywiście z wody, a zatem żeby ogrzewać mieszkanie/wodę, będzie potrzebne zewnętrzne źródło wodne. Można oczywiście wykopać studnię. Jednak w sytuacji, gdy budynek jest zlokalizowany w pobliżu stawu, jeziora, rzeki, czy innych zbiorników wodnych, można z nich skorzystać. W tym przypadku konieczna będzie filtracja wody ze względu na zanieczyszczenia. Wyróżnia się ogólnie dwa rodzaje pomp wodnych.

  • Pompa woda – woda. Ciepło pobierane jest z wody (np. stawu), żeby ogrzewać wodę w budynku.
  • Pompa woda – powietrze. Ciepło pobierane jest z wody, żeby ogrzewać (lub schładzać w przypadku wentylatorów) powietrze w domu.

To, czy pompa wodna będzie ekonomiczniejszym wyborem niż powietrzna, zależy od tego, jak duże zapotrzebowanie na ciepło jest w mieszkaniu. Ogólnie rzecz biorąc, wahania temperatur wody są o wiele niższe niż powietrza, a więc zużywa się mniej prądu. Jest tak jednak pod warunkiem, że głębokość lustra wodnego w trakcie pompowania nie będzie większa niż 10 – 15 m, a jakość wody w źródle będzie odpowiednia. Z drugiej strony trzeba doliczyć koszty wymiany elementów instalacji, które w przypadku tego rodzaju pomp często ulegają stopniowemu niszczeniu (korozji). Jest to zatem opłacalny wybór głównie w przypadku bardzo dużego zapotrzebowania na ciepło w budynku.

Gruntowe pompy ciepła

Gruntowa pompa ciepła może wykorzystywać różne sposoby pobierania ciepła – wybór zależy głównie od tego, jakie warunki panują na działce. Kolektory, czyli wężownice rurowe wypełnione niezamarzającym płynem odbierającym ciepło z gruntu, mogą być np. zakopane na poziomie ok. 1m, umieszczone w głębokich odwiertach, albo też umieszczone na dnie zbiornika wodnego. Decydując o wyborze układu należy wziąć pod uwagę wielkość działki, rodzaj gruntu i akceptowalne rozmiary prac naziemnych (np. obszar, który może zostać rozkopany). Podobnie, jak w przypadku poprzednich pomp, wyróżnia się tutaj również dwa rodzaje.

  • Pompa gruntowo – powietrzna. Ciepło pobierane jest przez kolektory z gruntu, żeby chłodzić lub ogrzewać pomieszczenie.
  • Pompa gruntowo – wodna. Ciepło pobierane jest z gruntu, żeby ogrzewać wodę w mieszkaniu.

Koszty eksploatacyjne, podobnie jak w przypadku pompy wodnej, są wyższe niż pompy powietrznej. Instalacja jest również bardziej skomplikowana. Trzeba mieć jednak na uwadze korzyści związane z temperaturą gruntów – już poniżej 1 m temperatura nie osiąga wartości ujemnych.

Koszty i wydajność pomp ciepła

Najmniejszą wydajność, jeżeli chodzi o produkcję ciepła, mają pompy powietrzne. Właśnie wtedy, gdy warunki pogodowe są najgorsze, ten rodzaj pompy sprawdzi się najmniej. Jest to oczywiście najtańsza opcja, stąd jej popularność. Jednak należy pamiętać, że w przypadku srogich zim może się okazać, że eksploatacja będzie droższa niż w przypadku pompy naziemnej. Najdroższą opcją ze wszystkich są pompy wodne, jednak sprawdzą się bardzo dobrze w przypadku dużego zapotrzebowania na ciepło. Zimą, gdy na ogół temperatury wahają się między 0°C a 10°C, ich wydajność jest bardzo duża. Należy przy tym mieć na uwadze, że koszty związane z filtracją i wymianą instalacji mogą być zbyt wysokie dla małych mieszkań, które nie wymagają dużej ilości ciepła. 

Ogrzewanie pompą powietrzną kosztuje w przybliżeniu tyle, co kotłem na gaz ziemny, zaś gruntową podobnie do kotła na węgiel czy na drewno. Obie formy dostarczania ciepła mogą być znacznie tańsze niż kotły na gaz ziemny, grzejniki elektryczne i olej opałowy – nawet o połowę. Zatem, mimo że sam zakup jest znacznie droższy, późniejsza eksploatacja będzie tańsza, dzięki czemu pierwotny wydatek z czasem się zwróci.