Blog Single

Pompa ciepła to ekologiczny system grzewczy, który wykorzystuje odnawialne źródła energii: powietrze, wodę, energię geotermalną. Urządzenie te mogą zapewniać ogrzewanie w chłodne dni, chłodzenie pomieszczeń podczas upałów, a także dostarczać ciepłą wodę użytkową. Jakie są rodzaje pomp ciepła i czym się charakteryzują?

Co to jest pompa ciepła i jak działa?

Pompa ciepła umożliwia transport energii cieplnej pomiędzy obszarami, w których panują różne temperatury. Dla przykładu, urządzenie może pobierać ciepło z gruntu, a następnie dostarczać je do wodnej instalacji centralnego ogrzewania zasilającej grzejniki ścienne lub system ogrzewania płaszczyznowego (np. w podłodze). Pompa ciepła może również ogrzewać wodę użytkową, a także działać w trybie chłodzenia pomieszczeń. Istnieją różne rodzaje pomp ciepła w zależności od tzw. dolnego źródła ciepła, jednak schemat działania jest podobny przy wszystkich urządzeniach. 

Działanie pompy ciepła krok po kroku:

1. Pompa ciepła pobiera energię z tzw. dolnego źródła ciepła: wody gruntowej, gruntu lub powietrza. 
2. Pobrana energia przekazywana jest do obiegu czynnika roboczego. W przypadku pompy gruntowej niezbędny jest roztwór glikolu (solanka), natomiast przy pozostałych pompach energia przekazywana jest bezpośrednio do obiegu. 
3. Pobrane ciepło powoduje odparowanie czynnika roboczego w parowniku. 
4. Pary czynnika roboczego trafiają do sprężarki (zasilanej energią elektryczną), gdzie zwiększają swoją temperaturę i ciśnienie. 
5. Następnie pary czynnika roboczego ulegają skropleniu w skraplaczu. W wyniku tego procesu skraplacz przekazuje ciepło do instalacji w budynku, a pary przechodzą w stan ciekły. 
6. Dochodzi do obniżenia ciśnienia czynnika roboczego i cykl się zamyka.

Pompa ciepła powietrze-woda

To bez wątpienia najczęściej wybierany rodzaj pompy ciepła w Polsce. W 2023 roku na ok. 124 400 wszystkich sprzedanych urządzeń sprzedano aż 110 800 pomp ciepła typu powietrze-woda na potrzeby ogrzewania. Powietrzne pompy ciepła cieszą się znacznie większą popularnością niż inne rodzaje pomp ciepła m.in. ze względu na niższą cenę i szybszy, mniej problematyczny montaż. W tym przypadku nie ma bowiem potrzeby wykonywania instalacji dolnego źródła ciepła, ponieważ urządzenie pobiera energię bezpośrednio z powietrza. Pompa ciepła powietrze-woda może działać również w aktywnym trybie chłodzenia. Taki system chłodzenia jest bardziej efektywny niż chłodzenie pasywne, jednak wymaga pracy sprężarki, co wiąże się z większym zużyciem energii elektrycznej. 

Głównym „zarzutem” wobec powietrznych pomp ciepła jest spadek sprawności przy niskich temperaturach. Do określenia sprawności (wydajności) pomp ciepła używa się współczynników COP i SCOP. Współczynnik COP to stosunek wyprodukowanej energii cieplnej do pobranej energii elektrycznej, natomiast SCOP to stosunek wyprodukowanej energii cieplnej do pobranej energii elektrycznej w określonym czasie (np. w ciągu roku). Powietrzne pompy ciepła osiągają mniejszą sprawność w niskich temperaturach, dlatego podczas dużych mrozów urządzenie korzysta z grzałki elektrycznej, co przekłada się na wyższe zużycie prądu. 

Jakie są rodzaje pomp ciepła typu powietrze-woda? Do wyboru mamy:

• urządzenia typu split, które składają się z dwóch jednostek (jedna jest instalowana na zewnątrz, a druga w budynku) połączonych przewodami wypełnionymi czynnikiem chłodniczym;
• urządzenia typu monoblok, w których cały układ chłodniczy znajduje się w jednej jednostce instalowanej na zewnątrz. 

Gruntowe pompy ciepła (solanka-woda)

Gruntowe pompy ciepła wykorzystują ciepło zgromadzone pod ziemią, poniżej strefy przemarzania. Dzięki temu wydajność urządzenia pozostaje wysoka nawet przy niskiej temperaturze na dworze i nie ma konieczności stosowania grzałek elektrycznych. Gruntowe pompy ciepła są zatem dobrym rozwiązaniem w przypadku rejonów, w których występują silne mrozy (czyli np. w górach). Podobnie jak inne rodzaje pomp ciepła, również urządzenie wykorzystujące energię z gruntu może służyć do chłodzenia pomieszczeń latem. Jednak w tym przypadku będzie to chłodzenie pasywne, które nie wymaga użycia sprężarki i tym samym stanowi ekonomiczną formę klimatyzacji (przy czym chłodzenie pasywne jest mniej efektywne niż chłodzenie aktywne). 

Gruntowe pompy ciepła wymagają wykonania instalacji dolnego źródła ciepła, przy czym można to zrobić na dwa sposoby. Jakie są rodzaje pomp ciepła typu solanka-woda?

Kolektory poziome

Wymiennik poziomy to tańsze rozwiązanie, jednak wymaga dużej działki. W tym przypadku instalacja składa się z rur ułożonych horyzontalnie na głębokości ok. 1,5 metra. 

Sondy

Wymiennik pionowy to droższe rozwiązanie, ponieważ wymaga wykonania głębokich odwiertów. Sondy stosuje się wówczas, gdy na działce jest zbyt mało miejsca na wykonanie wymiennika poziomego. 

Pompy ciepła typu woda-woda 

W tym przypadku dolnym źródłem ciepła są wody gruntowe. Co ważne, wody gruntowe przez cały rok zachowują stabilną temperaturę, dzięki czemu pompa ciepła zapewnia wysoką sprawność niezależnie od warunków pogodowych. Wysoka wydajność energetyczna urządzenia wynika również z bezpośredniego przenoszenia ciepła, bez obwodu solanki, jak w przypadku gruntowych pomp ciepła typu solanka-woda. Urządzenie może służyć również do chłodzenia pomieszczeń latem. 

Podobnie jak inne rodzaje pomp ciepła, również system bazujący na wodzie gruntowej nie jest pozbawiony wad. Przede wszystkim takie rozwiązanie wiąże się z dużymi kosztami początkowymi ze względu na konieczność wykonania odwiertów i uzyskania odpowiednich pozwoleń. Pompa ciepła woda-woda wymaga bowiem wykonania dwóch studni. Studia zasilająca służy do pobierania świeżej wody, natomiast studnia zrzutowa umożliwia usuwanie wody schłodzonej. Niestety nie wszędzie można wykonać taką instalację ze względu na brak wystarczających zasobów wód gruntowych lub obszar chroniony. 

Pompy ciepła typu powietrze-powietrze

Jaki rodzaj pompy ciepła wybrać, jeżeli w budynku nie ma instalacji centralnego ogrzewania? W tym przypadku można zastosować urządzenie, które w sposobie działania przypomina zwykłą klimatyzację, jednak jest lepiej dostosowane do funkcji grzewczej. Pompa ciepła typu powietrze-powietrze dostarcza energię cieplną do różnego rodzaju wymienników, np. ściennych, kasetonowych, kanałowych, kanałowych. Układ kanałowy można wykonać pod stropem w piwnicy lub innych pomieszczeniach (np. w suficie podwieszanym lub na strychu). Ten typ pompy zapewnia efektywne ogrzewanie pomieszczeń zimą i ekonomiczne chłodzenie latem. 

Czym różnią się oba rodzaje pomp ciepła: powietrze-woda i powietrze-powietrze? Otóż pierwszy typ urządzeń współpracuje z instalacją wodną, natomiast drugi to system nadmuchowy. W pompach typu powietrze-powietrze nie wykorzystuje się wody ani innych mediów pośredniczących, dzięki czemu straty ciepła są mniejsze. Niemniej tego typu urządzenia (w wersji podstawowej) nie pozwala na przygotowanie ciepłej wody użytkowej, więc trzeba zastosować dodatkowe urządzenie (np. podgrzewacz przepływowy lub grzałkę). Pompy ciepła powietrze-powietrze są nieco tańsze w zakupie i użytkowaniu niż pompy powietrze-woda, ponadto pozwalają zaoszczędzić na klimatyzacji. 

Jakie są rodzaje pomp ciepła powietrze-powietrze? Do wyboru mamy:

• urządzenia typu split z jedną jednostką zewnętrzną i wewnętrzną;
• urządzenia monoblokowe z jedną jednostką zewnętrzną lub wewnętrzną;
• systemy typu multisplit, gdzie do jednej jednostki zewnętrznej można podłączyć kilka jednostek wewnętrznych.

Inne rodzaje pomp ciepła 

Na rynku dostępne są różne pompy ciepła, które można wykorzystać w prywatnych lub komercyjnych systemach grzewczych. Są to urządzenia działające na zasadach opisanych powyżej (a więc pompy powietrzne i gruntowe), które różnią się budową lub zostały wyposażone w dodatkowe funkcje. Jakie rozwiązania mamy do wyboru?

Pompa ciepła do c.w.u.

W 2023 roku sprzedano w Polsce 5530 pomp ciepła powietrze-woda do c.w.u., natomiast w 2019 roku sprzedano dwa razy więcej takich urządzeń. Podczas gdy inne rodzaje pomp ciepła umożliwiają ogrzewanie pomieszczeń i wody, pompy ciepła do c.w.u. służą tylko do przygotowywania ciepłej wody użytkowej. Urządzenie wykorzystuje energię cieplną pobraną z powietrza wewnętrznego (w pomieszczeniu) lub zewnętrznego (poza budynkiem), co pozwala na obniżenie kosztów ogrzewania wody użytkowej. Pompa ciepła do c.w.u. sprawdzi się np. w domach ogrzewanych kotłem elektrycznym i w domkach letniskowych, w których do tej pory korzystano z bojlera elektrycznego lub przepływowego podgrzewacza wody. 

Pompy ciepła z zasobnikiem c.w.u.

Jeżeli pompa ciepła ma służyć również do przygotowywania wody użytkowej, wówczas stosuje się urządzenia wyposażone w zbiornik c.w.u. (jeżeli w budynku znajduje się już zbiornik na wodę użytkową, wówczas wystarczy sama pompa, bez zasobnika). Na rynku dostępne są dwa rodzaje pomp ciepła z zasobnikiem: urządzenia kompaktowe w formie monobloku i zestawy, w których pompa ciepła i zasobnik są oddzielnymi urządzeniami. Kompaktowe pompy ciepła sprawdzą się przy ograniczonej powierzchni, z kolei pompy z oddzielnym zasobnikiem zmieszczą się w niższych pomieszczeniach. Zwykle pompy ciepła z zasobnikiem wyposażone są w dodatkową wężownicę, za pomocą której można podłączyć pompę do kominka z płaszczem wodnym, kotła gazowego lub innego źródła ciepła.

Wysokotemperaturowe pompy ciepła

Panuje powszechne przekonanie, że pompa ciepła najlepiej współpracuje z niskotemperaturowymi instalacjami grzewczymi, czyli z ogrzewaniem płaszczyznowym (podłogowym lub sufitowym). Jednak dostępne są również pompy ciepła przystosowane do ogrzewania wysokotemperaturowego (do 80°C). Tego rodzaju urządzenia sprawdzą się w starszych budynkach, w których system grzewczy bazuje na klasycznych grzejnikach. Dzięki temu nie trzeba modernizować całej instalacji i zakładać ogrzewania podłogowego, co przekłada się na niższy koszt całej inwestycji. 

Hybrydowe pompy ciepła

Jaki rodzaj pompy ciepła wybrać, jeśli w budynku znajduje się ogrzewanie gazowe lub olejowe? Osoby, które nie chcą rezygnować z dotychczasowego systemu ogrzewania, mogą zdecydować się na hybrydowe pompy ciepła. Takie urządzenie jest przystosowane do pracy z zewnętrznym źródłem ciepła, którym może być np. kocioł gazowy kondensacyjny lub kocioł olejowy. W tej sytuacji głównym urządzeniem grzewczym staje się pompa ciepła, natomiast kocioł włącza się w razie potrzeby (czyli np. podczas silnych mrozów, gdy pompa nie jest w stanie zapewnić komfortu cieplnego lub zużywa zbyt dużo energii elektrycznej). Hybrydowe pompy ciepła to dobre rozwiązanie do budynków modernizowanych, które mają wysokie zapotrzebowanie na energię i są wyposażone w instalację gazową lub olejową. 

Gazowe pompy ciepła 

Nie wszystkie rodzaje pomp ciepła są wyposażone w sprężarkę zasilaną elektrycznie. Na rynku dostępne są również sprężarkowe pompy ciepła z silnikiem spalinowym na gaz (GHP = Gas Heat Pumps). W odróżnieniu od urządzeń ze sprężarką elektryczną w gazowych pompach ciepła ciepło emitowane podczas spalania paliwa zostaje wykorzystane do ogrzewania razem z ciepłem pochodzącym z dolnego źródła ciepła (czyli np. powietrza, wody lub gruntu). Istnieją również gazowe absorpcyjne pompy ciepła (GAHP), w których zamiast sprężarki stosuje się warnik zawierający roztwór amoniaku i wody (warnik ogrzewany jest palnikiem gazowym). 

Rewersyjne pompy ciepła

System grzewczy może służyć również do chłodzenia pomieszczeń latem, jednak nie wszystkie rodzaje pomp ciepła działają tak samo. W przypadku pomp gruntowych możliwe jest chłodzenie pasywne z udziałem wyłącznie pompy obiegowej. Droższym, ale i bardziej efektywnym rozwiązaniem jest chłodzenie aktywne wykorzystujące cały układ chłodniczy ze sprężarką (opcja dostępna w pompach powietrznych). W niektórych pompach chłodzenie to funkcja standardowa, natomiast w innych można korzystać z chłodzenia po zastosowaniu odpowiednich akcesoriów. Warto jednak zwracać na to uwagę, ponieważ nie wszystkie modele pomp są przystosowane do funkcji klimatyzatora. 

Jaki rodzaj pompy ciepła wybrać?

W Polsce największym zainteresowaniem cieszą się pompy ciepła typu powietrze-woda, ponieważ tego typu urządzenia należą do najtańszych i nie wymagają rozbudowanej infrastruktury. Montaż powietrznej pompy ciepła nie jest skomplikowany ani czasochłonny, a urządzenie pracuje automatycznie i bezobsługowo. Jednak większą wydajność i efektywność ogrzewania zapewniają gruntowe pompy ciepła (solanka-woda i woda-woda), ponieważ ich działanie nie zależy od temperatury na zewnątrz. Niestety tego typu systemy są droższe i wymagają przygotowania instalacji dolnego źródła ciepła, co nie zawsze jest możliwe. Kwestia tego, jaki rodzaj pompy wybrać, zależy zatem od budżetu przeznaczonego na inwestycję, warunków klimatycznych oraz warunków panujących na działce.