Pompa ciepła gruntowa czy powietrzna ?

Odpowiedź na to pytanie nie jest jednoznaczna i zależna od wielu warunków.

Na pierwszy rzut oka pompy ciepła powietrze woda (tam gdzie dolnym źródłem ciepła jest powietrze atmosferyczne, górnym źródłem ciepła jest woda, która jest wykorzystywana na cele centralnego ogrzewania i/lub na cele ciepłej wody użytkowej) posiadają najmniej kapitałochłonną potrzebę wykonania dolnego źródła, a z kolei gruntowe pompy ciepła (dolne źródło w postaci pionowego lub poziomego kolektora, wypełnionego najczęściej wodnym roztworem cieczy niskokrzepnącej) posiadają wyższą efektywność energetyczną, z uwagi na stabilniejsze warunki temperaturowe gruntu (szczególnie jest to kolektor pionowy). Czy to zawsze prawda ? W dalszej części artykułu rozpatrzymy szerzej temat i spróbujemy roztrzygnąć jak dokonać właściwego wyboru – pompa powietrzna czy gruntowa.

Jak działa pompa ciepła?

Jak wygląda działanie pompy ciepła ? Pompa ciepła jest urządzeniem, które odbiera energię cieplną z powietrza, gruntu lub wody i po dodatkowym dostarczeniu części energii z zewnątrz przekazuje ją do grzejników, podłogówki czy do zbiornika na wodę użytkową. Mówimy o 3 współpracujących ze sobą elementach układu instalacji pompy ciepła. Dolne źródło czyli właśnie powietrze, grunt lub woda, Górne źródło ciepła czyli centralne ogrzewanie w postaci ogrzewania grzejnikowego, płaszczyznowego i/lub ciepła woda użytkowa oraz trzeci element, samo urządzenie – pompa ciepła.

Z jakich głównych elementów składa się pompa ciepła?

Urządzenie to składa się z czterech elementów składowych: wymiennika ciepła zwanego parownikiem, sprężarki, wymiennika ciepła zwanego skraplaczem oraz zaworu rozprężnego. Pomiędzy tymi czterema elementami krąży czynnik chłodniczy, którego właściwości fizyczne pomagają w przetransportowaniu ciepła z dolnego do górnego źródła ciepła.

W parowniku, z uwagi na to, że krążący czynnik chłodniczy pompy ciepła ma temperaturę wrzenia niższą niż parametr dolnego źródła,  następuje odbiór ciepła poprzez parowanie. Czynnik chłodniczy w postaci gazu wkracza do sprężarki, gdzie poprzez dostarczenie dodatkowej, odpowiedniej mocy elektrycznej, przekształconej w moc cieplną spręża się – podnosi się jego ciśnienie i temperatura. Następnie czynnik trafia do skraplacza, gdzie następuje oddanie ciepła do górnego źródła ciepła poprzez skraplanie, z uwagi na to, że czynnik chłodniczy ma dużo wyższą temperaturę niż parametr górnego źródła. Po tym, czynnik chłodniczy, posiadający już dużo niższą temperaturę trafia na zawór rozprężny, gdzie następuje jego obniżenie ciśnienia, tak, aby był gotowy do kolejnego odebrania ciepła z dolnego źródła na parowniku. Opisany proces przebiega cyklicznie i pozwala na przekazywanie ciepła z dolnego źródła w kierunku górnego źródła ciepła. Powyższy proces jest charakterystyczny dla stanu ogrzewanie budynku.

Czy pompą można chłodzić?

Dużo dostępnych na rynku pomp ciepła umożliwia realizację procesu chłodzenia – wtedy następuje zmiana kierunku zachodzenia procesu, a także zamiana funkcjonalności wymienników ciepła w pompie. Mianowicie wymiennik, który pełnił funkcję parownika podczas ogrzewania, staje się skraplaczem w chłodzeniu. Odpowiednio wymiennik będący skraplaczem w czasie ogrzewania staje się parownikiem w chłodzeniu. Pompy ciepła dają możliwość chłodzenia, ale przy takim stanie rzeczy musi być spełnione wiele dodatkowych warunków, a sam proces chłodzenia pomieszczeń nie osiągnie efektu klimatyzacji pomieszczeń, czego należy mieć świadomość.

Charakterystyka pomp ciepła

Rodzaje pomp ciepła. Jak sprawdzić i porównać ich parametry pracy ? Jakie są różne konstrukcje pomp ciepła ?

Pompy ciepła z uwagi na rozmieszczenie elementów składowych i układu chłodniczego można podzielić na: urządzenia typu split oraz monoblok.

Urządzenia typu split składają się z jednostki zewnętrznej oraz jednostki wewnętrznej. Połączone są układem chłodniczym. Istnieją na rynku również specjalne rozwiązania typu Split, z zabudowanym już zbiornikiem pod proces przygotowywania ciepłej wody użytkowej.

Drugim typem konstrukcyjnym jest Monoblok czyli konstrukcja charakteryzująca się hermetycznym zamknięciem układu chłodniczego w jednej jednostce, montowanej na zewnątrz.

Jakie parametry charakteryzują pracę pompy ciepła?

Istnieje kilka rodzajów współczynników mówiących o efektywności pracy pompy ciepła. Jednym z nich jest współczynnik COP, mówiący nam o tym jaką energię cieplną pompa ciepła wyprodukowała, w relacji do tego jaka energia elektryczna została dostarczona do sprężarki. Krótko mówiąc, jeśli pompa ciepła posiada współczynnik COP=4, tzn. że przy dostarczeniu 1 kWh energii do sprężarki, pompa ciepła wytworzyła 4 kWh energii cieplnej.

Bardziej realnym współczynnikiem będzie SCOP, czyli określenie współczynnika COP w rozciągłości całego sezonu. Ważnym w tym wszystkim jest to, żeby przy porównaniu powietrznych pomp ciepła czy też gruntowych pomp ciepła u różnych producentów, patrzeć na podawane warunki temperaturowe przy których współczynnik COP/SCOP jest określany.

W przypadku powietrznych pomp ciepła punktami charakterystycznymi jest np. A2/W35. Należy rozszyfrować to w ten sposób, że dany współczynnik podawany jest przy temperaturze powietrza 2°C i temperaturze wody 35°C.

W przypadku pomp gruntowych punkt charakterystyczny to np.B0/W55 – odpowiednio temperatura z gruntowego dolnego źródła 0°C i temperatura wody 55°C.

Co będzie dodatkowo wpływać na wielkość COP/SCOP ? Na pewno będzie to utrzymywana temperatura górnego źródła. Czy będzie to ogrzewanie podłogowe z temperaturą zasilania ok. 35°C czy też ogrzewanie grzejnikowe z temperaturą na zasilaniu na poziomie około 55°C. Trzeba odpowiedzieć sobie również na pytanie jaką odpowiednią będzie temperatura na ciepłą wodę użytkową. Relacja i zależność jest taka, iż im niższa różnica pomiędzy temperaturami na dolnym i górnym źródle tym wyższy współczynnik COP/SCOP, a tym samym mniejsze koszty eksploatacyjne.

W tym kontekście, pod rozwagę, szczególnie w przypadku budynków modernizowanych, bardzo często należy wziąć pod uwagę jego przygotowanie czyli termomodernizację. Innym zabiegiem może być zamontowanie dodatkowego źródła wytwarzającego energię elektryczną – mowa o odpowiedniej mocy instalacji fotowoltaicznej.

Powietrzna pompa Ciepła – zalety oraz wady

Jak scharakteryzować powietrzną pompę ciepła wobec innych rozwiązań ? Przede wszystkim w przypadku pompy powietrznej mówimy o praktycznie zerowym nakładzie inwestycyjnym w kontekście instalacji dolnego źródła. Zainstalowanie kolektora poziomego to szereg dodatkowych prac ziemnych, które wpływają znacząco na cały koszt inwestycyjny.

System grzewczy i jego prostota wykonania to kolejny atut instalacji powietrznej pompy ciepła. Pompa ciepła powietrze woda wobec układu pompa ciepła powietrze powietrze ma tę zaletę, że umożliwia, oprócz ogrzewania pomieszczeń, realizację wygrzewu i przygotowania ciepłej wody użytkowej.

Wadą, choć niekoniecznie deklasującą wybór rozwiązania pompy powietrzne jest najczęściej niższy niż w przypadku rozwiązania pompa gruntowa, współczynnik COP/SCOP. Częściowo związane jest to z faktem spadku wydajności wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej. Wtedy, do pomocy używana jest grzałka elektryczna. Jednak właściwy dobór powietrznej pompy ciepła oraz określenie właściwego punktu biwalencji powinno uwzględnić maksymalny udział grzałki elektrycznej w wysokości 3% na cały sezon grzewczy.

Częściowym problemem może być akustyka pracy jednostki zewnętrznej. Jednak właściwy montaż pompy ciepła powinien ograniczyć to zagadnienie. Montaż zgodny z wytycznymi oraz unikanie przeszkód wzmagających wartość hałasu to podstawa w powietrznych pompach ciepła.

Gruntowa pompa ciepła – czy warto?

Gruntowe pompy ciepła charakteryzują się wyższymi niż powietrzna pompa ciepła wartościami współczynników COP/SCOP średnio co najmniej o zakres 1-1,5, szczególnie przy ujemnych temperaturach powietrza.

Gruntowa pompa ciepła wymaga dużo większego nakładu prac ziemnych. Gruntowa pompa ciepła to stabilna temperatura gruntu, regeneracja źródła – kolektory poziome w uzależnieniu od promieniowania słonecznego. Istnieje możliwość aby chłodzić pomieszczenia – np. w sposób pasywny, przy współpracy z rekuperacją i pompą obiegową dolnego źródła.

Pompa ciepła gruntowa ma bardzo wiele pozytywnych cech, należy wszystkie je zestawić wraz z kosztami inwestycyjnymi i podjąć decyzję.

Korzyści płynące z obydwu rozwiązań

Powietrzna pompa ciepła czy pompa gruntowa ? Obydwa rozwiązania niosą ze sobą korzyści związane z pozytywnym wpływem na środowisko ekologiczne. Nie bez znaczenia jest bezpieczeństwo ogrzewania budynku. Przy użyciu tej technologii, nie ma ryzyka wybuchowości, tak jak chociażby w przypadku instalacji gazowej, czy zaczadzenia, tak jak w przypadku instalacji olejowej czy paliwa stałego. Zarówno w przypadku powietrznej pompy ciepła, jak i gruntowej mówimy o bezobsługowości.

Pompa ciepła gruntowa czy powietrzna – którą pompę ciepła wybrać ?

Porównując projekty instalacji grzewczej, koszty inwestycyjne, częstą konieczność posiadania dużej powierzchni obszaru pod prace ziemne wskazują, że ekonomiczniejszym rozwiązaniem, biorąc pod uwagę prosty czas zwrotu wydają się być pompy ciepła typu powietrze woda. Jednakże istnieje wiele miejsc, gdzie temat gruntowych pomp ciepła będzie miał uzasadnienie i jego realizacja przyniesie wymierne skutki. W przypadku gruntowych pomp ciepła, takim projektem zastosowania mogą być budynki wielkopowierzchniowe, z dużymi obszarami terenowymi wokół samej inwestycji.

Reasumując na stronę powietrznych pomp ciepła przemawiają niższe koszty inwestycyjne, na pompy gruntowe wskazują często niższe koszty eksploatacyjne.
Którą pompę ciepła wybrać, jak skalkulować koszty ogrzewania to jest jednak zawsze końcowa decyzja inwestora.