Pompa ciepła powietrze-woda staje się gorącym tematem.
Jak widać w ostatnich miesiącach coraz większym zainteresowaniem cieszy się temat powietrznych pomp ciepła. Lecz nie wszyscy wiedzą jak działa, jak jest zbudowana i jaką wybrać. Tu postaramy się przybliżyć temat.
Pompa ciepła powietrzna, gruntowa – co to jest?
Pompy ciepła to urządzenia, które pobierają energię cieplną z powietrza, gruntu lub wody, czyli tzw. dolnego źródła i przekazują ją do źródła górnego, jakim jest instalacja grzewcza (grzejniki, klimakonwektory lub ogrzewanie płaszczyznowe). W ten sposób pozyskują ekologiczną energię przy bardzo niewielkich kosztach (prąd potrzebny jest jedynie do zasilania sprężarki) w stosunku 1:4 lub wyżej. Wyróżnia się kilka rodzajów pomp ciepła, które wykorzystywane są do ogrzewania budynku, wody użytkowej oraz do chłodzenia pomieszczeń w czasie gorących dni.
Największą wydajnością odznaczają się gruntowe pompy ciepła, których użytkowanie jest najtańsze i daje najlepsze efekty. Nadal jednak, wiele osób zniechęca wysoki początkowy koszt tego rodzaju inwestycji oraz konieczność wykonania odwiertów na sondy gruntowe. Lecz gdy już posiadamy taką pompę ciepła, możemy się cieszyć tanim chłodem, czyli pasywnym chłodzeniem bez użycia sprężarki. Znacznie prostszym i tańszym sposobem ogrzewania domu i wody użytkowej jest użycie powietrza jako dolnego źródła. Ponieważ wtedy cała instalacja ogranicza się jedynie do montażu pompy ciepła przy ścianie zewnętrznej budynku i połączenia jej za pomocą instalacji freonowej w przypadku split i rurowej w przypadku pomp monoblokowych z systemem wewnętrznym. Urządzenia te doskonale sprawdzają się zarówno w domach nowych, jak i modernizowanych. Powietrzne pompy ciepła mogą stanowić więc doskonałą alternatywę dla pomp gruntowych, zwłaszcza gdy działka, na której postawiono dom jest zbyt mała do wykonania wymiennika gruntowego lub też, gdy jest już zagospodarowana, a fundusze nie pozwalają nam na tak drogą inwestycję. Wszystkie te czynniki powodują, że obecnie w całej w Europie Zachodniej, jak i w Polsce, to właśnie pompy ciepła powietrzne cieszą się największym zainteresowaniem inwestorów.
Powietrzna pompa ciepła dla jakich osób?
Pompy ciepła powietrzne stanowią doskonałą propozycję nie tylko dla osób, którym sprawy ekologii są bardzo bliskie sercu. Ich największą zaletą jest bowiem uniezależnienie się od cen nośników energii (np. gazu czy węgla) oraz niskie koszty eksploatacyjne. Choć pompa ciepła zasilana jest energią elektryczną, to większa jej część, bo nawet 80 proc., pochodzi z instalacji fotowoltaicznej. Dzięki temu redukcja kosztów ogrzewania sięga nawet 80 proc. w porównaniu do instalacji tradycyjnych (takich jak: kocioł węglowy, gazowy czy elektryczny). Jest to więc jedna z najtańszych opcji wśród metod ogrzewania domu i wody. Powietrzna pompa ciepła dostarcza również tanią ciepłą wodę użytkową (c.w.u.) oraz może pełnić funkcję chłodzącą pomieszczenia w upalne dni.
Powietrzna pompa ciepła jest więc idealnym rozwiązaniem dla osób, które cenią sobie komfort i wygodę użytkowania oraz nie lubią przepłacać. Przy czym, największe oszczędności uzyskać można, gdy pompa ciepła połączona zostanie z fotowoltaiką, co umożliwia bardziej efektywne wykorzystanie energii ze słońca. Ponieważ produkowany przez panele fotowoltaiczne darmowy i ekologiczny prąd bilansuje się z energią zużywaną przez pompę ciepła. Można w ten sposób uniezależnić się od rosnących cen prądu, a rachunek za energię elektryczną sprowadza się wówczas jedynie do niewielkich opłat stałych. Aby za wiele nie płacić wystarczy jedynie zakupić odpowiednie urządzenie, a powietrze samo zacznie za nas pracować (nie ogranicza nas wówczas, ani wielkość działki, ani rodzaj gruntu, jak ma to miejsce w przypadku pompy ciepła gruntowej). Ponadto, przy założeniu powietrznej pompy ciepła nie trzeba ingerować w otoczenie , co stanowi dużą zaletę na już zagospodarowanych posesjach.
Czy pompy powietrzne sprawdzą się w każdym budynku?
Urządzenie można zamontować zarówno w nowym, jak i modernizowanym budynku. Jednak w przypadku drugiej opcji pamiętać należy, że jest to niskotemperaturowe źródło ciepła. W związku z tym, aby osiągać najbardziej efektywną pracę systemu, ważne jest, aby jego standard energetyczny i wielkość grzejników były zgodne z niskimi temperaturami zasilania. Znacznie łatwiej jest jest ogrzać większy dom, ale o dobrej izolacji, niż mniejszy, ale o gorszych parametrach przewodzenia ciepła. Inwestycja w pompę ciepła powietrzną, będzie bowiem najbardziej uzasadniona, gdy zostaną spełnione dwa następujące warunki:
- budynek jest ocieplony w stopniu odpowiadającym przynajmniej obecnym normom budowlanym – urządzenia te montuje się w domach nowych lub termomodernizowanych. Tego rodzaju inwestycja nie ma sensu w przypadku domów źle ocieplonych;
- zainstalowano w nim niskotemperaturowe odbiorniki, takie jak: ogrzewanie podłogowe czy ścienne. Ogromną zaletą ogrzewania płaszczyznowego jest to, że przekazywanie ciepła następuje przez bardzo dużą powierzchnię, co sprawia, że do ogrzania pomieszczeń nie potrzeba wysokiej temperatury jak w przypadku punktowych źródeł ciepła. Należy jednak podkreślić, że na rynku dostępne są modele pomp powietrznych pozwalające na zasilanie tradycyjnych grzejników. Problem braku podłogówki można rozwiązać także montując płaszczyznowe ogrzewanie sufitowe (powoduje to obniżenie sufitu tylko o ok. 3 cm) lub ścienne, czy też wykorzystując klimakonwektory.
Jeśli nie spełniamy tych wymagań to pozostaje jeszcze grupa pomp ciepła wysokotemperaturowych marki Hitachi model S80, który bez grzałki elektrycznej uzyskuje w ujemnych temperaturach wodę na wyjściu na układ np. grzejnikowy 80C.
Pompa ciepła powietrzna – rodzaje
Popularność powietrznej pompy ciepła wynika z tego, że na starcie nie wymaga poniesienia wysokich kosztów, jak przy gruntowej czy wodnej pompie ciepła. Źródłem ciepła w jej przypadku pobierane jest z zewnątrz. Dzieli się je na pompy ciepła typu powietrze-powietrze (w których następuje transport ciepła do wewnątrz) i pompy ciepła typu powietrze-woda (w których ciepło transportowane jest do obiegu grzewczego i zasobnika z gorącą wodą).
Pompa ciepła powietrze-powietrze
Pompy ciepła powietrze-powietrze pobierają ciepło z powietrza zewnętrznego i transportują je do powietrza wewnętrznego (np. domu, czy firmy). Są one najtańszymi i najczęściej stosowanymi urządzeniami tego typu. Pompa ciepła powietrze-powietrze pracuje w układzie nadmuchowym, w którym ogrzewane zostaje bezpośrednio powietrze z budynku (nie ogrzewają one jednak wody użytkowej). Zasada jej działania jest analogiczna jak w pompach ciepła powietrze-woda, z tą jednak różnicą, że tu ciepło skraplania czynnika roboczego przekazywane jest powietrzu, a nie wodzie. System grzewczy z pompą ciepła powietrze-powietrze wyposażony jest w:
- jednostkę zewnętrzną, która odbiera ciepło z powietrza zewnętrznego (w wyniku pracy wentylatora, parownika i sprężarki);
- jednostkę nawiewną, która wyposażona jest w powietrzny wymiennik ciepła (skraplacz) i wentylator. W zależności od potrzeby ogrzewa ona lub chłodzi powietrze w pomieszczeniach, w których przebywamy (wystarczy jedynie wybrać na sterowniku odpowiednią opcję).
W przypadku pomp ciepła powietrze-powietrze wymienniki montowane w ogrzewanych pomieszczeniach zintegrowane są z wentylatorem, kierownicami powietrza i automatyką sterującą. Urządzenia te wykonywane są w różnych wersjach, takich jak np. jednostki ścienne, kasetonowe, przypodłogowe czy kanałowe (do których podłącza się kanały wentylacyjne rozprowadzające powietrze po pomieszczeniu). Cena pompy powietrze-powietrze zależy od producenta, parametrów oraz kosztów montażu i waha się w granicach od kilku do kilkunastu tysięcy złotych.
Pompa ciepła powietrze-woda
Coraz częściej w gospodarstwach domowych instaluje się pompy ciepła powietrze-woda, które mogą być wykorzystywane jako główne źródło ciepła lub jako uzupełnienie instalacji grzewczej z kolektorami słonecznymi czy kotłem grzewczym. Ponadto większość dostępnych na rynku modeli posiada także funkcję podgrzewania wody użytkowej oraz jest względnie prosta i niedroga w instalacji. Pompa ciepła powietrze-woda składa się z trzech obiegów:
- dolnego źródła, z którego pompa pobiera ciepło (jest nim powietrze);
- obiegu chłodniczego – zbudowanego z elementów i urządzeń, dzięki którym ciepło przekazywane jest z dolnego źródła do górnego;
- górnego źródła – którym jest system grzewczy (np. grzejniki, podłogówka, c.w.u.).
Natomiast samo działanie urządzenia bazuje na takich, spotykanych na co dzień zjawiskach fizycznych, jak: parowanie, sprężanie, skraplanie. W procesie parowania czynnik chłodniczy pobiera ciepło z powietrza zewnętrznego. Po odparowaniu, czynnik chłodniczy posiada w sobie skumulowaną energię, temperatura gazu jest jednak zbyt niska, aby było możliwe jej bezpośrednie przekazanie do systemu grzewczego. W tym celu należy podnieść temperaturę gazu w układzie chłodniczym, do czego służy sprężarka pompy ciepła. Podczas sprężania wzrasta ciśnienie i temperatura gazu. Pod wpływem wysokiej temperatury i ciśnienia, gaz trafia na skraplacz gdzie jest już możliwe wykorzystanie go do ogrzewania wody w obiegu grzewczym. Po wszystkim, czynnik w stanie ciekłym przechodzi przez zawór rozprężny, gdzie następuje spadek ciśnienia i temperatury, a cykl rozpoczyna się na nowo.
W przypadku pompy powietrze-woda nawet 75-80 proc. ciepła, trafiającego do systemu grzewczego jest ciepłem uzyskanym z powietrza zewnętrznego. Natomiast pozostałe 20-25 proc.to energia elektryczna, która niezbędna jest do pracy sprężarki i pomp obiegowych systemu grzewczego. Co ważne, nowoczesne pompy ciepła powietrze-woda nie tylko mogą przez cały rok ogrzewać wodę użytkową (bez konieczności przyłączania kotła węglowego, gazowego czy elektrycznego), ale także mogą chłodzić pomieszczenia latem podczas upałów (pełniąc rolę klimatyzatora). Dużą popularnością cieszą się w ostatnim czasie także powietrzne pompy ciepła o małej mocy, służące wyłącznie do przygotowania ciepłej wody użytkowej. Obecnie na rynku dostępne są dwa typy systemów, które różnią się od siebie konstrukcją: pompy ciepła MONOBLOK (składającej się z jednej jednostki połączonej z instalacją orurowaniem) oraz pompy ciepła SPLIT (podzielonej na jednostkę zewnętrzną i wewnętrzną).
Pompa ciepła MONOBLOK
Powietrzna pompa ciepła typu MONOBLOK jest pompą ciepła jednosegmentową, która składa się tylko z jednego modułu (mieszczą się w nim wszystkie istotne komponenty: sprężarka, skraplacz, parownik z wentylatorem, zawór rozprężny i pompa obiegowa). Może być on zainstalowany zarówno zewnątrz, jak i wewnątrz budynku. Założenie urządzenia w domu, owszem chroni jego poszczególne elementy przed czynnikami atmosferycznymi, jednak wiąże się z większym hałasem w jego wnętrzu. Niezbędne jest także wykonanie w pomieszczeniu otworów dla wyprowadzenia kanałów powietrznych. Natomiast zabudowanie pompy ciepła na zewnątrz nieruchomości eliminuje ryzyko większego szumu w domu, wymaga jednak jej zabezpieczenia przed zamarzaniem wody (np. w przypadku przerw w dostawie energii elektrycznej).
Dzięki temu, że w systemie MONOBLOK cały układ chłodniczy wykonuje fabryka, to w przeciwieństwie do urządzenia typu SPLIT, inwestor ma większą pewność jego szczelności. Ponadto, za tego rodzaju powietrznymi pompami ciepła stoi konstrukcja wydłużająca ich żywotność. Tak duże udogodnienie mają jednak wpływ na wyższą cenę tych urządzeń. Dzięki temu, że cały układ chłodniczy pompy ciepła MONOBLOK mieści się w jednym module, to jego montaż jest prosty i szybki. Nie wymaga on także odpowiednich uprawnień i kwalifikacji od instalatora (tzw. świadectwo kwalifikacji w zakresie substancji kontrolowanych, potocznie zwane uprawnieniami chłodniczymi). Pompy ciepła MONOBLOK posiadają także mniejszą ilość czynnika chłodniczego, co jest ważne z punktu widzenia tzw. ustawy F-gazowej. Wszystkie bowiem pompy ciepła z ilością czynnika chłodniczego większą niż 3 kg podlegają obowiązkowi rejestracji. Zadaniem osoby montującej sprowadza się jedynie do posadowienia pompy i przeprowadzenia przewodów transportujących ciepło do instalacji c.o.
Pompa ciepła SPLIT
W przypadku powietrznej pompy ciepła typu SPLIT, cały system składa się z dwóch modułów połączonych ze sobą rurami chłodniczymi stanowiącymi część układu termodynamicznego (im większa jest odległość między jednostkami, tym trudniejszy jest montaż i mniejsza sprawność pompy). W pierwszym zewnętrznym: znajduje się wentylator, parownik, sprężarka oraz zawór rozprężny i zachodzi w nim większość procesów związanych z transportem oraz wytwarzaniem ciepła. Natomiast w drugim wewnętrznym: skraplacz, elektryczny podgrzewacz wspomagający oraz pompa obiegowa c.o.
Zarówno pompy ciepła MONOBLOK jak i SPLIT pracują na tej samej zasadzie. W pierwszym jednak typie, cały układ termodynamiczny jest wykonywany i testowany w fabryce (napełniany jest tam również czynnikiem chłodniczym). Zaś w pompie typu SPLIT, część instalacji i napełnienie czynnikiem chłodniczym wykonuje sam instalator, w czasie jej montażu. W związku z tym, wymagane jest od niego posiadanie uprawnień do pracy z gazami chłodniczymi (uprawnień F-gazowych). Również od instalatora zależeć będzie . bezawaryjna praca pompy (bardzo ważne jest dokładne wykonanie połączeń układu termodynamicznego). Dzięki temu jednak pompy typu SPLIT są łatwiejsze w transporcie.
Zaletą pomp ciepła typu SPLIT jest eliminacja źródła hałasu z budynku, ponieważ zarówno sprężarka, jak i wentylator parownika umieszczone są w module zewnętrznym. Ponadto w klasycznym rozwiązaniu oba moduły łączą się przewodami z czynnikiem chłodniczym, co eliminuje ryzyko zamarzania układu pompy ciepła w przeciwieństwie do pompy ciepła typu MONOBLOK, która jednak w polskich warunkach wymagają zabezpieczenia przewodów wodnych przenoszących ciepło do domu przed zamarznięciem, gdy podczas mrozów dojdzie do zatrzymania pracy pompy (może wynikać to np. z przerwy w dopływie energii elektrycznej). Najczęściej wybieranym rozwiązaniem jest wtedy napełnianie obiegu pompy roztworem glikolu i montaż między nią, a instalacją c.o. dodatkowego wymiennika. W przypadku pompy SPLIT nieco mniejsze są także straty ciepła, przechodzi ono bowiem niemal bezpośrednio ze skraplacza do instalacji c.o. lub zasobnika ciepła.
Pompa ciepła MONOBLOK i Pompa ciepła SPLIT – porównanie
Pompy ciepła powietrze-woda MONOBLOK i SPLIT, to tak naprawdę dwa takie same urządzenia, z tą różnicą, że te drugie są pod względem produkcji łatwiejsze do wykonania. W przypadku natomiast pomp MONOBLOK duży nacisk kładzie się na akustykę, dzięki czemu są one ciche podczas pracy oraz wyróżniają się prostym i estetycznym designem. Ma to oczywiście wpływ na to, że są droższe w produkcji, co przekłada się z kolei na ich wyższą cenę.