Podczas ogrzewania domu pompą ciepła, urządzenie pobiera energię z dolnego źródła ciepła, a następnie oddaje ją w górnym źródle. Pompy ciepła różnego typu wykorzystują przy tym odmienne dolne źródła ciepła. Jakie rodzaje tych źródeł wyróżniamy? Czym się one charakteryzują i które wybrać? Podpowiadamy
Czym są górne i dolne źródło pompy ciepła?
Pompa ciepła, jak wskazuje nazwa urządzenia, nie wytwarza ciepła, lecz jedynie pobiera je z otoczenia i przekazuje dalej, by mogło służyć do ogrzewania domu. Źródłem ciepła dla pomieszczeń w budynku jest tak zwane górne źródło pompy ciepła, czyli po prostu instalacja centralnego ogrzewania wraz z wodą grzewczą (w przypadku instalacji wodnej), która w niej krąży. Najpierw jednak czynnik chłodniczy, który ogrzewa wodę, musi sam pobrać energię cieplną z otoczenia budynku – nazywanego dolnym źródłem ciepła.
Temperatura obu źródeł ciepła ma bardzo duży wpływ na efektywność pompy ciepła, mierzoną współczynnikami COP, SCOP i SPF. Wydajność urządzenia będzie przy tym większa, im mniejsza jest różnica temperatur między górnym i dolny źródłem ciepła (między temperaturą zewnętrzną budynku a temperaturą wody w instalacji centralnego ogrzewania). Dlatego właśnie pompy ciepła najlepiej pracują w instalacjach niskotemperaturowych z ogrzewaniem płaszczyznowym (głównie podłogówką). Istotne są też jednak temperatura (im wyższa, tym lepiej) i rodzaj dolnego źródła ciepła.
Dolne źródło ciepła – rodzaje w zależności od typu pompy ciepła
W przypadku domów jednorodzinnych stosuje się głównie dolne źródła ciepła trzech rodzajów, które odpowiadają trzem różnym typom pomp ciepła.
- Powietrze (na przykład pompa ciepła typu powietrze-woda). Najczęściej wybierane rozwiązanie to pompa ciepła, która pobiera ciepło z powietrza z zewnątrz budynku. Jest to najłatwiej dostępne źródło energii odnawialnej do ogrzewania domu.
Może być wykorzystywane przez pompy ciepła na przykład typu monoblok – z jednym modułem zewnętrznym lub split – z dwoma jednostkami (wewnętrzną i zewnętrzną). Największym minusem są sezonowe wahania temperatury powietrza w naszym klimacie, które mogą wpływać na efektywność pomp, natomiast nowoczesne pompy Immergas mogą pracować nawet do -25 °C.
- Grunt (na przykład pompa ciepła typu grunt-woda). Urządzenie wykorzystuje tu energię pobieraną z gruntu. W przeciwieństwie do źródła w pompie powietrznej, w gruntowej pompie ciepła nie występują duże wahania temperatury, ale instalacja jest znacznie bardziej skomplikowana.
Pierwsza możliwość – z wymiennikiem poziomym – wymaga wykorzystania większej powierzchni działki. Wymmienik odbiera ciepło przez czynnik roboczy krążący w systemie rur ułożonych około 1,2-2 metrów poniżej poziomu terenu. Położenie takiej instalacji wymaga dużej powierzchni wykopu. Drugie rozwiązanie to wymiennik pionowy, w którym rury z tworzywa sztucznego lub stalowe umieszcza się odwiertach głębokich na 20-100 m. Ilość odwiertów oraz ich głębokość zależą od rodzaju gruntu i zapotrzebowania budynku na ciepło.
- Woda (na przykład pompa ciepła typu woda-woda). Najrzadziej stosowanie rozwiązanie ze względu na największe koszty i wymagania dotyczące montażu. Instalacja składa się między innymi z dwóch, oddalonych od siebie o około 30-50 m studni. Studnia czerpalna umożliwia pobranie energii cieplnej z wody, a ochłodzoną wodę odprowadza się do warstwy wodonośnej poprzez studnię chłonną (zrzutową).
Dolnym źródłem ciepła mogą być też wody powierzchniowe, czy też ścieki i odpady lub procesy przemysłowe, których efektem ubocznym jest energia cieplna. Z różnych względów nie są one jednak wykorzystywane do ogrzewania domów jednorodzinnych.
Regeneracja dolnego źródła pompy ciepła i nieprawidłowości w jego pracy
Żeby pompy ciepła typu grunt-woda oraz woda-woda mogły efektywnie pracować, konieczna jest właściwa ocena wydajności cieplnej dolnego źródła ciepła. Jeśli wydajność będzie niewystarczająca lub nadmiernie spadnie na skutek niewłaściwie wykonanej instalacji czy wahań poziomu wód gruntowych, pompa ciepła nie będzie w stanie ogrzać domu.
Ważna jest też odpowiednia regeneracja dolnego źródła pompy ciepła, zwłaszcza gruntowej. Temperatura gruntu w pobliżu wymiennika stopniowo spada w trakcie sezonu grzewczego, co oznacza, że należy zapewnić jej możliwość powrotu do stanu z początku sezonu. W tym celu, przy instalacjach poziomych grunt nad wymiennikiem musi mieć swobodny dostęp do promieni słonecznych oraz wody z opadów.
W układach poziomych przydatne jest z kolei wykorzystanie pompy ciepła do chłodzenia budynku. W ten sposób przepływ ciepła może zostać odwrócony (chłodzenie aktywne). Ewentualnie energia z instalacji centralnego ogrzewania jest przekazywana z pominięciem sprężarki do wymiennika w gruncie (chłodzenie pasywne). Inne rozwiązanie to specjalny moduł regeneracji dolnego źródła pompy ciepła, który magazynuje w gruncie nadwyżki energii (np. z kolektorów słonecznych).
Jakie dolne źródło pompy ciepła wybrać?
Im wyższa i stabilniejsza jest temperatura dolnego źródła ciepła, tym praca pompy ciepła będzie bardziej efektywna. Najwydajniejsze będą więc pompy ciepła wodne i gruntowe z kolektorem pionowym, gdzie temperatura wynosi odpowiednio około 8-12°C i 10-11°C. Powietrzne pompy ciepła będą zaś tym mniej efektywne, im chłodniej jest na zewnątrz budynku.
Nie oznacza to jednak wcale, że są gorszą opcją. Wręcz przeciwnie, modele powietrzne, takie jak pompy ciepła Immergas to bardzo często najlepsze rozwiązanie, między innymi ze względu na znacznie niższe koszty sprzętu i instalacji oraz stosunkowo prosty montaż i łatwość obsługi. Nie trzeba też przejmować się regeneracją dolnego źródła ciepła pompy ciepła, a urządzenie można zamontować praktycznie w każdym domu o stosunkowo dobrej izolacji termicznej.
