Pompa ciepła gruntowa — wymiennik ciepła poziomy, czy pionowy?

Pompy ciepła to zaawansowane, bezpieczne i przyjazne dla środowiska rozwiązanie grzewcze, które wykorzystuje tanią i odnawialną energię zgromadzoną w naturalnym otoczeniu. Według powszechnej opinii najbardziej opłacalnym wyborem okazują pompy ciepła gruntowe. Wykorzystują one głęboko zgromadzoną energię, która jest mniej wrażliwa na zmienne warunki atmosferyczne. Do wyboru są pompy ciepła gruntowe z kolektorami o układzie poziomym lub pionowym, które różnią się między sobą przede wszystkim procesem ogrzewania. Którą opcję wybrać? Podpowiadamy!

Czym jest gruntowa pompa ciepła?

Gruntowa pompa ciepła (ang. Ground Source Heat Pump, GSHP) pobiera energię z ziemi. Energia ta pochodzi z ciepła przechowywanego w gruncie, które jest wynikiem absorpcji promieniowania słonecznego przez ziemię, a także ciepła geotermalnego płynącego z wnętrza Ziemi.

W celu pozyskania tej energii, instaluje się kolektory poziome lub pionowe w gruncie. Wypełnione są one płynem (najczęściej wodą z dodatkiem glikolu), który krąży w obiegu zamkniętym i wymienia ciepło z gruntem. Następnie pompa ciepła wykorzystuje to ciepło, aby podgrzewać budynek lub wodę użytkową.

W zależności od systemu gruntowej pompy ciepła, kolektory mogą być zainstalowane na różnych głębokościach. Kolektory poziome umieszcza się zazwyczaj na głębokości 1-2 metrów, gdzie temperatura gruntu jest stosunkowo stała przez cały rok.

Kolektory pionowe są instalowane na większych głębokościach (nawet kilkudziesięciu metrów) w formie sond gruntowych i mogą dostarczać większe ilości ciepła, jednak instalacja takiego systemu jest bardziej kosztowna.

Jak działa gruntowa pompa ciepła?

Każda gruntowa pompa ciepła pobiera energię z ziemi, przekształcając ją w ciepło wykorzystywane do ogrzewania budynku. Pomimo różnic między poszczególnymi modelami, zawsze składa się z:

• dolnego źródła z kolektorem, który absorbuje ciepło z gruntu,
• parownika – wymiennik ciepła, który pobiera ciepło z obiegu kolektora i przekazuje je do wewnętrznego obiegu pompy,
• sprężarki,
• skraplacza – wymiennik ciepła, który pobiera ciepło z wewnętrznego obiegu pompy i dostarcza je do górnego źródła (instalacji grzewczej),
• górnego źródła (instalacja ogrzewania z niskotemperaturowymi odbiornikami ciepła, takimi jak ogrzewanie podłogowe czy ścienne panele grzewcze),
• zaworu rozprężnego.

Jak łatwo zauważyć gruntowa pompa ciepła pobiera energię z gruntu, który na głębokości 2 metrów w miesiącach zimowych ma zwykle temperaturę około 5°C. Jest to oczywiście niska wartość w porównaniu z pożądaną temperaturą pomieszczeń, wynoszącą około 21°C.

Jednak mimo to, możliwe jest podniesienie temperatury czynnika roboczego krążącego w wewnętrznym obiegu pomp ciepła do temperatury pokojowej. Dzieje się to za pomocą sprężarki, która jest istotną częścią urządzenia. Wytworzone ciepło jest oddawane w skraplaczu, a czynnik roboczy trafia do zaworu rozprężnego, gdzie następuje obniżenie jego ciśnienia i temperatury.

W takim stanie czynnik dociera do parownika, gdzie pobiera ciepło z gruntu, po czym jest przesyłany do sprężarki. Tworzy on on zarówno energię elektryczną przeznaczoną na ogrzanie budynku, jak i ciepłą wodę użytkową.

Rodzaje gruntowych wymienników ciepła

Gruntowe pompy ciepła można sklasyfikować na podstawie rodzaju kolektora:

• Kolektor poziomy: rury wypełnione płynem przeciwmrozowym są umieszczone tuż pod powierzchnią ziemi, ale rozciągają się na dużym obszarze.
• Kolektor pionowy: konieczne jest wykonanie głębokich odwiertów, sięgających nawet kilkadziesiąt metrów w głąb ziemi, aby umieścić rury.

Pompa ciepła gruntowa uważana jest za jedną z najbardziej efektywnych opcji ze względu na prawie stałą, dodatnią temperaturę gruntu. Jest niezwykle skuteczna nawet gdy temperatura na zewnątrz spada znacznie poniżej 0 stopni Celsjusza.

Gruntowa pompa ciepła — zalety i wady

Gruntowa pompa ciepła to innowacyjne rozwiązanie, które ma swoje zalety i wady. Poniżej przedstawiamy główne aspekty:

Pompa ciepła gruntowa – zalety:

• Wysoka efektywność – gruntowe pompy ciepła cechują się wysokim współczynnikiem efektywności energetycznej (COP), co oznacza, że są bardziej efektywne w porównaniu z innymi systemami grzewczymi.
• Stabilność – temperatura gruntu na odpowiedniej głębokości jest stosunkowo stała przez cały rok, co przekłada się na stabilne dostarczanie energii cieplnej.
• Oszczędność – ogrzewanie budynków za pomocą gruntowej pompy ciepła może prowadzić do znacznych oszczędności na kosztach ogrzewania.
• Ekologia – tego typu pompa ciepła korzysta z odnawialnej energii ziemskiej, co sprawia, że są bardziej przyjazne dla środowiska niż tradycyjne systemy oparte na spalaniu paliw kopalnych.
• Ogrzewanie i chłodzenie – może dostarczać zarówno ogrzewanie, jak i chłodzenie, co czyni ją uniwersalnym rozwiązaniem dla wielu potrzeb klimatyzacyjnych.
• Niskie koszty eksploatacji – ogromną zaletą gruntowych pomp ciepła jest stosunkowo niski koszt utrzymania i wytrzymałość, co przekłada się na mniejsze wydatki w dłuższej perspektywie.

Pompa ciepła gruntowa – wady:

• Koszt inwestycji – gruntowe pompy ciepła wymagają większej inwestycji początkowej niż inne systemy grzewcze, głównie ze względu na konieczność instalacji kolektorów w gruncie.
• Przestrzeń – pompa ciepła z kolektorami poziomymi wymagają większego obszaru pod powierzchnią ziemi, co może być problematyczne na mniejszych działkach.
• Złożoność instalacji – tego typu pompę ciepła powinien zamontować profesjonalista ze względu na poziom skomplikowania.
• Pozwolenia – w związku z koniecznością wykonania odwiertów lub zajęcia dużej powierzchni terenu, może być wymagane uzyskanie odpowiednich pozwoleń i zgód na instalację.

Mając na uwadze te zalety i wady, łatwo dojść do wniosku, że gruntowa pompa ciepła może być doskonałym rozwiązaniem dla osób, które poszukują wydajnego i ekologicznego systemu ogrzewania. Warto przeanalizować, czy mamy odpowiednią przestrzeń i jesteśmy gotowi zainwestować w początkowe koszty instalacji.

Gruntowa pompa ciepła z kolektorem pionowym

Kolektor pionowy to opcja bardziej kosztowna do zainstalowania, jednak nie wymaga tak dużej powierzchni działki jak druga alternatywa. W mniejszym stopniu wpływa też na przekształcenie terenu.

W kwestii eksploatacji kolektor pionowy jest zazwyczaj korzystniejszy, ze względu na stabilną temperaturę gruntu na większych głębokościach. Co ważne, instalacja pompy ciepła w tym wariancie nie jest tak złożona i czasochłonna, co dla wielu osób może być najlepszym wyborem mimo początkowych kosztów.

Gruntowa pompa ciepła z użyciem kolektora poziomego

Kolektor poziomy, mimo że jest stosunkowo tani, do instalacji wymaga dużej powierzchni działki. Jego działanie opiera się głównie na cieple pochodzącym ze słońca i wód opadowych (rury są umieszczone zbyt płytko, aby ciepło z wnętrza ziemi miało istotny wpływ).

Z tego powodu teren nad kolektorem nie może być zabudowany ani pokryty nawierzchnią utrudniającą regenerację urządzenia w postaci nagrzewania się gruntu w okresie letnim. Niewskazane jest również zacienianie tego obszaru przez drzewa czy budynki. W przypadku tego rodzaju pompy ciepła warto mieć na uwadze, że kolektory poziome nie są dla każdego, ale dla niektórych mogą okazać się najbardziej korzystnym rozwiązaniem.

Gruntowy wymiennik ciepła – pionowy czy poziomy?

Gruntowy wymiennik ciepła poziomy będzie lepszym wyborem, gdy grunt jest gliniasty i bogaty w wodę powierzchniową. W przypadku gruntów piaszczystych bardziej wydajne okazują się kolektory pionowe.

Kolektor poziomy wymaga dużo przestrzeni, dlatego jeśli dysponujemy ograniczoną powierzchnią działki, a chcemy ogrzewać budynek pompą ciepła, jedynym rozwiązaniem jest zastosowanie kolektora pionowego lub innego rodzaju pomp ciepła.

Ogrzewanie ciepłej wody użytkowej za pomocą gruntowych pomp ciepła

Gruntowe pompy ciepła oferują efektywne rozwiązanie do ogrzewania ciepłej wody użytkowej w budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej. Dzięki wykorzystaniu energii zgromadzonej w ziemi te nowoczesne urządzenia pozwalają na przekształcanie naturalnego źródła ciepła w energię użyteczną do podgrzewania wody.

W praktyce pompa ciepła absorbuje ciepło z gruntu za pomocą kolektorów poziomych lub pionowych, a następnie przekazuje je do obiegu wewnętrznego, gdzie podnosi temperaturę czynnika roboczego.

Energia cieplna jest w ten sposób przekazywana do zasobnika ciepłej wody użytkowej, z którego korzystają mieszkańcy budynku. Gruntowe pompy ciepła to ekologiczne i ekonomiczne rozwiązanie, które pozwala na korzystanie z odnawialnego źródła energii i oszczędność na rachunkach za ogrzewanie wody.

Ile prądu zużywa gruntowa pompa ciepła?

Zużycie energii elektrycznej przez gruntową pompę ciepła zależy od wielu czynników. Jest to przede wszystkim:

• moc urządzenia,
• sprawność energetyczna,
• warunki zewnętrzne,
• projekt i izolacja budynku,
• indywidualne potrzeby cieplne.

Pompy ciepła są uważane za urządzenia energooszczędne, ponieważ wykorzystują odnawialne źródła energii z gruntu, powietrza czy wody. Ich sprawność określa współczynnik COP (Coefficient of Performance), który wyraża stosunek ciepła dostarczanego do budynku do energii elektrycznej zużytej przez pompę.

W przypadku gruntowych pomp ciepła COP może wynosić od 3 do 5, co oznacza, że pompa może dostarczać od 3 do 5 jednostek ciepła na każdą jednostkę zużytej energii elektrycznej.

Zużycie prądu przez gruntową pompę ciepła może być bardzo zróżnicowane. Oto jeden z przykładów: jeśli pompa ciepła o mocy 10 kW ma współczynnik COP równy 4, będzie zużywać około 2,5 kW energii elektrycznej (10 kW / 4 = 2,5 kW) podczas pracy.

Aby uzyskać dokładniejsze informacje dotyczące zużycia energii przez konkretne urządzenie, warto sprawdzić dane techniczne producenta i konsultować się z ekspertem ds. pomp ciepła. Będzie mógł on uwzględnić specyfikę instalacji oraz indywidualne potrzeby.

Ile kosztuje gruntowa pompa ciepła?

Koszt gruntowej pompy ciepła zależy od różnych czynników, takich jak moc, sprawność energetyczna, rodzaj kolektora (pionowy czy poziomy), a także marka i model urządzenia. Ponadto konieczność instalacji oraz ewentualnych prac ziemnych (odwierty czy wykop), również wpływają na ostateczną cenę.

W przypadku samego urządzenia, ceny gruntowych pomp ciepła mogą zaczynać się od około 20 000 złotych dla mniejszych, mniej wydajnych modeli. Często jest to koszt nawet 50 000 złotych lub więcej dla większych, bardziej zaawansowanych technicznie jednostek. Do tego dochodzi koszt instalacji i prac ziemnych, który zaczyna się od kilku tysięcy złotych, w zależności od warunków terenowych, wielkości działki i rodzaju kolektora.

Warto zwrócić uwagę, że pomimo większego kosztu zakupu i instalacji w porównaniu do innych systemów ogrzewania, pompy ciepła są bardziej ekonomiczne w dłuższej perspektywie. Dzięki ich wysokiej sprawności energetycznej oraz wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii, koszty eksploatacji są niższe, a inwestycja zwykle zwraca się w ciągu kilku lat.

Zakup gruntowej pompy ciepła to inwestycja długoterminowa, dlatego warto zwrócić uwagę na jakość urządzenia oraz odpowiednią instalację. Warto również sprawdzić dostępność dotacji lub programów rządowych wspierających inwestycje w ekologiczne źródła energii, które mogą obniżyć koszt początkowy projektu.

Jak działa gruntowa pompa ciepła podczas ogrzewania domu?

Pompa ciepła może służyć jako główne źródło ogrzewania całego budynku, zapewniając zarówno ogrzewanie pomieszczeń, jak i podgrzewanie ciepłej wody użytkowej. Dzięki wykorzystaniu energii zgromadzonej w gruncie jako źródło ciepła, urządzenia są wysoce efektywne energetycznie i przyjazne dla środowiska.

Jednym z kluczowych aspektów zastosowania gruntowej pompy ciepła jako systemu ogrzewania całego budynku jest zapewnienie odpowiedniego układu ogrzewania. Powinien być on kompatybilny z temperaturą wody dostarczanej przez pompę ciepła.

Pompy ciepła gruntowe zwykle ogrzewają do nieco niższej temperatury niż tradycyjne systemy ogrzewania, takie jak kotły gazowe. Dlatego zaleca się stosowanie niskotemperaturowych systemów ogrzewania, takich jak ogrzewanie podłogowe, grzejniki niskotemperaturowe lub panele ścienne jako dodatek.

Odpowiednie zaprojektowanie i wykonanie instalacji gruntowej pompy ciepła ma istotne znaczenie dla osiągnięcia optymalnej wydajności i komfortu cieplnego w całym budynku. Należy uwzględnić takie czynniki jak właściwy dobór mocy pompy ciepła, rodzaj kolektora (pionowy lub poziomy), głębokość instalacji oraz izolacja budynku. Wówczas można osiągnąć bardzo dobrą efektywność energetyczną.

Gruntowa pompa ciepła może być więc głównym źródłem ogrzewania budynku, przynosząc znaczące oszczędności w kosztach eksploatacji w porównaniu z tradycyjnymi systemami opartymi na paliwach kopalnych.

Czy gruntowe pompy ciepła radzą sobie w przypadku dużych mrozów?

Gruntowe pompy ciepła radzą sobie dobrze w przypadku dużych mrozów, ponieważ korzystają z ciepła zgromadzonego w gruncie. Jego temperatura na odpowiedniej głębokości pozostaje stosunkowo stabilna przez cały rok, nawet podczas ekstremalnych warunków pogodowych. Dzięki temu wiele osób skutecznie ogrzewa pompą ciepła cały budynek.

Warto jednak zaznaczyć, że efektywność pracy gruntowej pompy ciepła w warunkach silnych mrozów może być nieco niższa niż w przypadku łagodniejszych temperatur. Dotyczy to jednak nie tylko tego urządzenia, ale wszystkich opcji ogrzewania.

Dobrze dobrana moc pompy ciepła i odpowiednio zaprojektowana instalacja ogrzewania są kluczowe dla utrzymania optymalnej wydajności urządzenia w trudniejszych warunkach.

Funkcja chłodzenia pompy ciepła — nie tylko system grzewczy

Gruntowa pompa ciepła to nie tylko efektywny system grzewczy, ale również urządzenie zdolne do chłodzenia pomieszczeń w sezonie letnim. Funkcja chłodzenia polega na odwróceniu procesu, który zachodzi podczas ogrzewania. W takim przypadku, zamiast pobierać ciepło z gruntu, pompa ciepła odbiera je z wnętrza budynku i przekazuje je do gruntu lub innego źródła zewnętrznego.

Zamiast podgrzewać czynnik roboczy w skraplaczu, pompa ciepła odbiera ciepło z pomieszczeń za pomocą parownika, a następnie przekazuje je do obiegu zewnętrznego, gdzie zostaje oddane do gruntu przez skraplacz. W efekcie, temperatura w pomieszczeniach jest obniżana, co przyczynia się do większego komfortu w sezonie letnim.

Funkcja chłodzenia w pompy ciepła stanowi dodatkowy atut tego systemu. Szczególnie dla osób poszukujących kompleksowego rozwiązania zarówno dla ogrzewania, jak i chłodzenia swojego domu. Korzystając z pompy ciepła, można uzyskać oszczędności energii oraz zmniejszyć koszty utrzymania w porównaniu z tradycyjnymi systemami klimatyzacji.

Jak obliczyć zapotrzebowanie na ciepło danego budynku?

Obliczenie zapotrzebowania na ciepło danego budynku jest istotne dla wyboru odpowiedniego systemu ogrzewania, takiego jak pompa ciepła. Proces ten obejmuje kilka etapów:

1. Obliczenie strat ciepła przez przegrody budowlane (ściany, dach, podłoga, okna i drzwi). Aby obliczyć straty ciepła przez przegrody, należy uwzględnić powierzchnię każdej przegrody, jej współczynnik przenikania ciepła (U) oraz różnicę temperatur między wnętrzem budynku a otoczeniem. Wzór na straty ciepła przez przegrodę to: Q = U × A × ΔT, gdzie Q to strata ciepła, A to powierzchnia przegrody, ΔT to różnica temperatur.
2. Obliczenie strat ciepła na skutek wentylacji. W celu obliczenia strat ciepła związanych z wentylacją, należy uwzględnić objętość powietrza wymienianego w budynku. Najczęściej wyrażona jest jako ilość wymian powietrza na godzinę, np. 0,5) oraz różnicę temperatur między wnętrzem budynku a otoczeniem. Wzór na straty ciepła związane z wentylacją to: Q = V × ρ × c × ΔT, gdzie V to objętość powietrza wymienianego, ρ to gęstość powietrza, c to pojemność cieplna powietrza, ΔT to różnica temperatur.
3. Sumowanie strat ciepła – następnie sumuje się straty ciepła przez przegrody budowlane oraz straty ciepła związane z wentylacją, aby uzyskać całkowite zapotrzebowanie na ciepło budynku.
4. Dodanie zapasowego współczynnika bezpieczeństwa. Jest to niezbędne, w celu uwzględnienia ewentualnych błędów w obliczeniach, nieprzewidzianych zmian warunków atmosferycznych czy usterki w systemie ogrzewania. Warto więc dodać współczynnik bezpieczeństwa do obliczonego zapotrzebowania na ciepło. Zwykle wynosi on około 10-20% całkowitego zapotrzebowania na energię z pompy ciepła.

Pamiętajmy, że obliczenia te są uproszczone i służą jedynie jako punkt wyjścia. Dla precyzyjnego oszacowania zapotrzebowania na ciepło danego budynku, zaleca się skonsultowanie się z ekspertem ds. energetyki budynków lub wykonanie audytu energetycznego.

Gruntowe pompy ciepła pionowe i poziome — podsumowanie

Gruntowe pompy ciepła stanowią innowacyjne, efektywne i przyjazne dla środowiska rozwiązanie, które może dostarczyć komfortowe ogrzewanie oraz chłodzenie dla Twojego budynku. Ważne jest jednak, aby dokładnie obliczyć zapotrzebowanie na ciepło i odpowiednio dobrać rodzaj oraz moc pompy ciepła. Właściwy wybór gwarantuje optymalne działanie systemu i zmniejszenie kosztów eksploatacji.

Zachęcamy do skorzystania z profesjonalnego doradztwa i usług firmy INERGIS®. Nasz doświadczony zespół doświadczonych specjalistów pomoże Ci w wyborze odpowiedniej gruntowej pompy ciepła. INERGIS® to gwarancja rzetelności, precyzji i jakości usług, które pozwolą Ci cieszyć się komfortem i oszczędnością w Twoim domu.

Skontaktuj się z nami już dziś i dowiedz się, jak możemy pomóc Ci zwiększyć efektywność energetyczną Twojego budynku oraz zadbać o przyszłość naszej planety. Zapraszamy do współpracy!