Co by nie powiedzieć, pompy ciepła w ostatnich latach wdarły się na scenę urządzeń grzewczych, stając się alternatywą dla tych, którzy wymieniali swoje stare źródło ogrzewania na nowe, zgodne z obowiązującymi aktualnie przepisami. Nie było tygodni, a nawet dnia bez artykułu w mediach o tych urządzeniach. Po chwilowej euforii zaczęły się jednak pojawiać negatywne głosy. A jak jest naprawdę? Żeby to stwierdzić, musisz najpierw wiedzieć o pompach ciepła nieco więcej, żeby móc sobie wyrobić własny osąd.
Dlatego dziś przeczytasz o następujących zagadnieniach:
3. Jakie są rodzaje pomp ciepła?
Co to jest pompa ciepła?
Najbardziej okrojona wersja definicji mówi, że pompa ciepła to urządzenie cieplne – grzewcze bądź chłodnicze (bo taką funkcję też mają te urządzenia). Oznacza to, że za jej pomocą możemy ogrzać zimą dom oraz ciepłą wodę użytkową (c.w.u.) albo schłodzić go latem. Wersja bardziej zaawansowana albo dla geeków powie nam, że pompa ciepła jest urządzeniem cieplnym, w którym w sposób wymuszony zachodzi wymiana ciepła pomiędzy miejscem o niższej temperaturze, a takim o temperaturze wyższej. Proces ten nie jest zgodny z prawami fizyki, a więc przebiega na przekór naturalnemu kierunkowi przepływu ciepła. Według zasad termodynamiki wymiana ciepła zawsze następuje od ciała cieplejszego do ciała zimniejszego. Dlatego żeby wymusić „nielogiczny” przepływ ciepła, do pompy musi zostać doprowadzona z zewnątrz energia. W jaki sposób? O tym przeczytasz w sekcji: Jak działa pompa ciepła?
Jak działa pompa ciepła?
Niezależnie od tego, o jakim rodzaju pompy mowa, zasada jej działania jest niemal identyczna. Generalnie w każdej pompie ciepła wyróżnimy dolne źródło ciepła, czyli ośrodek, z którego urządzenie czerpie ciepło oraz górne źródło ciepła, czyli domową instalację grzewczą, rozprowadzającą ciepło po obiekcie i/lub nagrzewającą wodę użytkową. Dolnym źródłem ciepła może być powietrze, grunt albo woda.
Najpierw pobierana jest energia cieplna z otoczenia. Zostaje ona następnie przekazana w sposób bezpośredni (w przypadku powietrznych pomp ciepła) lub pośredni (z wykorzystaniem czynnika takiego, jak glikol propylenowy, denaturat lub metanol w przypadku gruntowych pomp) do obiegu czynnika roboczego. Następuje to w elemencie zwanym parownikiem. W parowniku czynnik roboczy odparowuje, a pary powstałe w tym procesie kierowane są na sprężarkę. Sprężarka, dzięki dostarczeniu do niej z zewnątrz energii elektrycznej, podnosi ich temperaturę. Te trafiają następnie do skraplacza (górne źródło), któremu oddają ciepło w wyniku skroplenia. Oznacza to przekazanie ciepła do obiegu grzewczego domu (lub innego budynku). Końcowy etap to przekazanie zimnego czynnika na zawór i z powrotem do dolnego źródła. Cały proces powtarza się od nowa.
Część układu po stronie skraplacza pomiędzy sprężarką a zaworem nazywa się stroną wysokiego ciśnienia. Z kolei część z parownikiem to strona niskiego ciśnienia.
Współczynnik COP
Każdą pompę ciepła opisuje charakterystyczny parametr zwany współczynnikiem COP (ang. Coefficient Of Performance). Pokazuje on stosunek między energią cieplną pozyskaną z urządzenia a doprowadzoną do niego energią elektryczną. Dla przykładu COP 3 informuje nas, że w danych warunkach zewnętrznych pompa dostarczyła 3 kWh ciepła, pobierając jednocześnie 1 kWh energii elektrycznej. Jak z pewnością się domyślasz, wartość COP zmienia się wraz ze zmianą temperatury dolnego i/lub górnego źródła ciepła. Jego wartość zawsze będzie większa od 1, ponieważ zawsze mamy do czynienia ze stratami w trakcie przemiany jednej energii w drugą.
Jakie są rodzaje pomp ciepła?
Pompa ciepła to ogólna nazwa urządzeń służących do ogrzewania/chłodzenia pomieszczeń i wykorzystujących w tym celu różnicę temperatur między dwoma ośrodkami. Rozwiązanie to niejedno ma imię i dlatego spotkać je można w wielu wariantach. Poniżej znajdziesz dokładny podział pomp ciepła ze względu na zastosowaną technologię, wraz z opisem.
Powietrzna pompa ciepła (ASHP – ang. Air-source heat pump)
Jak chyba łatwo się domyśleć, ciepło pobierane jest w tym przypadku z powietrza znajdującego się wokół pompy. Instalacja składa się z dwóch wymienników ciepła. Jeden znajduje się na zewnątrz budynku, drugi – wewnątrz. Wentylator w zewnętrznej części pompy wymusza ruch powietrza do wnętrza budynku. Z kolei w środku następuje już nagrzanie powietrza lub wody. Dlatego pompy powietrzne dzielą się na dwie podkategorie:
- pompa ciepła typu powietrze-powietrze – to powietrze jest nośnikiem ciepła. To z zewnątrz budynku transportowane jest po ogrzaniu do jego wnętrza. Urządzenie podłączane jest do systemu wentylacji budynku. Zasada działania jest podobna do klimatyzacji z tą różnicą, że tu zależy nam (głównie) na ogrzewaniu zamiast na chłodzeniu. Jednakże większość współczesnych pomp powietrze-powietrze może działać w trybie chłodzenia.
- pompa ciepła typu powietrze-woda – pompa przyłączona jest do instalacji grzewczej niskotemperaturowej. Zewnętrzne powietrze używane jest do przekazania ciepła instalacji wodnej w budynku. Instalacją taką mogą być np. ogrzewanie podłogowe lub zasobnik c.w.u. Jeśli chodzi o ogrzewanie wody, rozwiązanie to nie jest najlepszym wyborem. Efektywniejsza będzie pompa typu grunt-woda.
Generalnie powietrzne pompy ciepła są uważane za proste i stosunkowo niedrogie w instalacji. Być może dlatego jest to najczęściej spotykany rodzaj. Mają wysoki współczynnik wydajności (COP), nawet przy pracy w ujemnych temperaturach (do -10°C).
Niestety rozwiązanie nie jest pozbawione minusów. Szczególnie starsze pompy miały problem przy pracy w niskich temperaturach. Dlatego polecano je do zastosowań w cieplejszym klimacie. Na szczęście w nowszych modelach zaradzono tym problemom poprzez zastosowanie sprężarki o zmiennej prędkości. Umożliwiło to pracę pomp w temperaturach znacznie poniżej 0°C.
Gruntowa pompa ciepła (GSHP – ang. Ground-source heat pump)
Ten rodzaj pompy pobiera ciepło z gleby albo z wód gruntowych. Zaletą takiego rozwiązania jest fakt, że poniżej określonej głębokości pod ziemią panują praktycznie stałe warunki temperaturowe. Z kolei do wad zaliczymy wysoki koszt instalacji. Jest to związane z koniecznością wykonania otworów wiertniczych do umieszczenia wymiennika ciepła oraz rowów do ułożenia rurociągów transportowych. Gruntowe pompy ciepła można podzielić na podtypy według różnych kryteriów. Jednak z praktycznego punktu widzenia najlepiej jest tego dokonać, biorąc pod uwagę zastosowany wymiennik ciepła. Wiadomo, że musi być on zakopany w ziemi, kluczowy jest jednak sposób jego ułożenia. Będziemy wtedy mieli:
- gruntowa pompa ciepła o wymienniku poziomym – wymiennik ciepła w postaci specjalnych rur układa się poziomo na pewnej głębokości pod powierzchnią ziemi. Żeby możliwa była tego typu instalacja, niezbędny jest dość duży (w zależności oczywiście od oczekiwanych parametrów pompy) płaski teren, na którym docelowo nie powinny rosnąć żadne drzewa ani krzewy oraz stać budynki.
- gruntowa pompa ciepła o wymienniku pionowym – rury z wymiennikiem ciepła instaluje się pionowo w specjalnych odwiertach. Odwiertów musi być kilka i zwykle będą one dość głębokie. Wpływa to na ostateczny koszt instalacji. Duży.
Podobnie jak przy pompach powietrznych możemy wyróżnić gruntowe pompy ciepła typu grunt-powietrze oraz grunt-woda. W tym pierwszym przypadku ciepło trafia do układu wentylacyjnego budynku. W drugim – służy do nagrzania wody będącej nośnikiem ciepła.
Niezależnie od sposobu ułożenia wymiennika ciepła, substancją znajdującą się wewnątrz niego są: glikol propylenowy (C3H8O2), denaturat lub metanol. Glikol monopropylenowy uznaje się za najmniej toksyczny dla środowiska w przypadku wycieku i dlatego stosowany jest coraz częściej.
Zdecydowaną zaletą gruntowych pomp ciepła jest to, że lepiej nadają się do pracy w niższych temperaturach. Trzeba jednak zadbać na etapie montażu, aby dochować niezbędnych standardów formalnych, technicznych i środowiskowych. Bez tego może dojść, po jakimś czasie użytkowania systemu, do jego uszkodzenia, np. na skutek przemarzania.
Wodna pompa ciepła (WSHP – ang. Water-source heat pump)
Ten typ pompy jest niemal identyczny jak gruntowe pompy ciepła z tą różnicą, że ciepło pobierane jest nie bezpośrednio z gruntu, a z wody znajdującej się w sąsiedztwie pompy. Łatwo można się domyśleć, że nie wszędzie istnieje możliwość montażu tego urządzenia. Niezbędne do tego są odpowiednie warunki hydrologiczne.
Zalety pomp ciepła
Ekologiczne rozwiązanie
Pompy ciepła zaliczane są do ekologicznych źródeł ciepła. Dlaczego? Otóż w trakcie ich użytkowania nie zachodzi spalanie paliwa stałego, w związku z czym nie dochodzi do zanieczyszczania środowiska produktami ubocznymi spalania, np. dwutlenek węgla, tlenki siarki, tlenki azotu, itp. Inna kwestia dotyczy pochodzenia prądu do zasilenia urządzenia. O tym przeczytasz w punkcie o wadach pomp ciepła (kotwica). Generalnie przyjmuje się jednak ekologiczność tego rozwiązania, szczególnie w przypadku współpracy instalacji z fotowoltaiką.
Dodatkowa klimatyzacja
Jak już wcześniej wspomniałam, pompa ciepła może działać latem jako klimatyzacja. Dotyczy to pomp typu powietrze-powietrze oraz grunt-powietrze. W takim wypadku osobom „cierpiącym” z powodu gorąca odpada konieczność zakupu dodatkowego urządzeni.
Urządzenie bezobsługowe
Niewątpliwą zaletą jest to, że użytkowanie pompy ciepła jest praktycznie bezobsługowe. Nie musisz się martwić dokładaniem opału, czyszczeniem pieca, itp. Dodatkowo odchodzi Ci problem ze składowaniem paliwa stałego takiego, jak węgiel, drewno czy pellet.
Wady pomp ciepła
Małoekologiczne źródło prądu
O ile sam proces pozyskiwania ciepła i ogrzewania możemy zaliczyć do ekologicznych, o tyle problematyczne jest pochodzenie prądu do zasilenia m.in. sprężarki. Jeśli czerpiesz w tym celu prąd z sieci, to rozwiązanie to niewiele różni się od zwykłego ogrzewania domu węglem. Czemu? Polski system elektroenergetyczny bazuje w głównej mierze na elektrowniach węglowych. Czyli żeby w gniazdku był prąd, elektrownia musi spalić węgiel i uwolnić do atmosfery szkodliwe substancje. Nawet jeśli do zasilenia pompy wykorzystujesz fotowoltaikę, to również nie jest to w 100% ekologiczne rozwiązanie. Tak się składa, że całkowity cykl życia paneli fotowoltaicznych nie przebiega bez wpływu na środowisko. Szczegółowo zgłębię ten temat na blogu w niedalekiej przyszłości.
Nie ma prądu, nie ma ciepła
Jeśli masz pompę ciepła i zdarzy się wyłączenie lub awaria sieci elektroenergetycznej, jesteś pozbawiony ciepła. I to nawet wówczas, kiedy masz fotowoltaikę. W czasie awarii inwerter ze względów bezpieczeństwa odcina instalację od sieci. Jedynym ratunkiem jest wyposażenie budynku w magazyn energii lub agregat. Pamiętaj tylko, że oba urządzenia muszą zapewnić wystarczającą moc do zasilenia pompy ciepła przez dłuższy czas. Szerzej o tym zagadnieniu pisałam w artykule pt. Magazyn energii.
Droga zabawka
Pompa ciepła wraz z montażem to droga inwestycja (szczegóły znajdziesz w następnym punkcie). Nie każdego na nią stać, co prowadzi do wykluczenia osób uboższych finansowo. Nawet jeśli wziąć pod uwagę dofinansowania.
Problem z pracą w niskich temperaturach
Nie każdego typu pompy ciepła dotyczy ten problem w takim samym zakresie. Jednak często pompy (szczególnie powietrzne) mogą mieć problem w odpowiednim nagrzaniu budynku przy bardzo niskich temperaturach. Ponadto taka praca w skrajnym zimnie zwiększa zapotrzebowanie urządzenia na energię elektryczną, co szybko odczujemy na rachunkach.
Konieczność instalacji ogrzewania podłogowego
Sposób działania pompy ciepła wymusza u użytkownika zainstalowanie niskotemperaturowego systemu grzewczego. Należą do niego m.in. ogrzewanie podłogowe. Próba korzystania z pompy z wykorzystaniem konwencjonalnych kaloryferów może się skończyć osłabieniem grzania w budynku oraz znacznym wzrostem zapotrzebowania na energię elektryczną i docelowo nawet wielotysięcznymi kwotami na rachunkach.
Ile kosztuje pompa ciepła?
Instalacja systemu pompy ciepła
Na ostateczną cenę pompy ciepła ma wpływ wiele czynników. Możemy wśród nich wyróżnić: rodzaj pompy ciepła, jej moc, wydajność, markę, montaż instalacji. Przykładowo ten ostatni będzie zdecydowanie wyższy w przypadku pomp gruntowych niż powietrznych. Koszt samego urządzenia może się wahać od około 15 tys. zł do nawet ponad 45 tys. zł. Do tego wszystkiego należy doliczyć cenę przygotowania terenu (dla pomp gruntowych i wodnych), montaż instalacji, wyposażenie dodatkowe, itp. Docelowe ceny instalacji całego systemu powinny oscylować według poniższych kwot (stan na jesień 2023 r.):
- 40 tys. zł dla pomp powietrznych,
- 50 tys. zł dla pomp gruntowych,
- 60 tys. zł dla pomp wodnych.
Żeby uczynić przygodę z pompami ciepła ciut bardziej opłacalną, państwo udziela dofinansować (zobacz punkt Dofinansowania).
Użytkowanie pompy ciepła
Jeśli mówimy już o kosztach związanych z pompami ciepła, nie sposób nie poruszyć tematu kosztów eksploatacji. No więc, ile przyjdzie nam płacić za ogrzewanie domu za pomocą pompy ciepła? Niestety odpowiedź na to pytanie nie jest wcale prosta i jednoznaczna. Na końcowy wynik wpływa między innymi: moc pompy ciepła, wielkość ogrzewanego obiektu, temperatura otoczenia (głównie w przypadku powietrznej pompy), oczekiwana temperatura w domu oraz temperatura c.w.u., czas pracy. Jak widzisz biorąc tyle zmiennych pod uwagę, nie sposób jest jednoznacznie wyznaczyć kosztów użytkowania pompy ciepła.
Użytkowanie pompy ciepła odbije się docelowo na Twoich rachunkach za energię elektryczną. Dzieje się tak, ponieważ bez prądu nie działałaby sprężarka, kluczowy element całego systemu.
Na pewno jednak istnieje kilka trików, dzięki którym docelowe użytkowanie pompy ciepła może być tańsze. Oto co możesz zrobić:
- dobrać urządzenie o wysokiej wydajności energetycznej,
- zadbać o odpowiednią izolację budynku,
- wybrać niskotemperaturowy system grzewczy, np. ogrzewanie podłogowe.
Dofinansowania
Trudno nie zauważyć, że pompa ciepła jest drogą zabawką. Dlatego żeby zachęcić obywateli do wymiany swoich aktualnych źródeł ciepła albo skłonić ich do postawienia na to urządzenie w trakcie budowy nowego domu, państwo udziela dotacji oraz pożyczek takim osobom. Aktualnie w grę wchodzą trzy programy pomocowe:
- Mój Prąd – prawdopodobnie już w kwietniu 2024 r. ruszy nabór do szóstej edycji programu,
- Moje Ciepło,
- Czyste Powietrze.
We wszystkich tych programach dofinansowaniu podlegają pompy ciepła. Jednak kwoty dotacji są różne, więc najlepiej przed złożeniem wniosku zapoznaj się ze szczegółowymi wytycznymi i przysługującymi kwotami. Śpiesz się jednak! Programy kończą swoją żywotność najpóźniej w 2030 roku (jest to ostateczny termin zwrotu kosztów).
Żeby załapać się na dofinansowanie, na początku musisz pokryć koszty inwestycji z własnych środków finansowych. Dopiero po pozytywnej weryfikacji wniosku, odpowiednia jednostka administracyjna zwróci Ci określoną w regulaminach kwotę. Nie będę wdawała się tu w szczegóły funkcjonowania tych programów, ponieważ napisałam na ich temat artykuł. Dlatego jeśli chcesz sprawdzić szczegóły to odsyłam Cię w to miejsce: Aktualne dofinansowania.
Podsumowanie
W trakcie wielu lat odkąd pompy ciepła zaczęły służyć ludziom jako źródła ciepła, narosło wokół nich wiele opinii, niedomówień oraz nieprawdziwych informacji. Całe rzesze lobbystów i firm zajmujących się produkcją i montażem pomp przekonywały, że nie ma dla nich realnej alternatywy. Wielu ludzi dawało się skusić na półprawdy i słodkie obietnice. Później kończyli z kredytem i wysokimi rachunkami za prąd. A wystarczyło dokładnie rozeznać temat. Dlatego mam nadzieję, że powyższy artykuł rzucił Ci trochę światła na pompy ciepła.
Jeśli masz już jakieś doświadczenie w użytkowaniu pomp ciepła, to daj o tym znać w komentarzu. Na pewno pomoże to niezdecydowanym oraz wszystkim czytelnikom bloga.