Pompa ciepła – MONOBLOK czy SPLIT

Postęp technologii ostatniej dekady w dziedzinie pomp ciepła zagwarantował tym urządzeniom wciąż rosnącą popularność. Ta rewolucja pozwoliła przede wszystkim na podniesienie współczynnika COP, koszty inwestycji stały się bardziej przystępne a instalacja powietrznej pompy ciepła łatwiejsza. Nie wszystko jest jednak takie proste jak może się wydawać kiedy podejmując już decyzję o montażu pozostaje dylemat: pompa ciepła split czy monoblok? Wyjaśnijmy więc kluczowe różnice.

Pompy powietrzne jak sama nazwa wskazuje pobierają energię z powietrza atmosferycznego i nie ma to znaczenia gdy jego temperatura jest bardzo niska. Przekształcają ją w energię cieplną aby energooszczędnie i ekologicznie ogrzać budynek oraz przygotować potrzebny zapas wody użytkowej. Powietrzne pompy ciepła występują w dwóch wariantach split oraz monoblok. Co warto wiedzieć na ich temat?

Zasada działania pompy ciepła – krótkie przypomnienie

Najłatwiej dostępnym źródłem energii odnawialnej jest powietrze atmosferyczne i dlatego jest ono często stosowane do zasilania parowników pomp o małej lub średniej mocy przeznaczonych do ogrzewania budynków lub przygotowania ciepłej wody.

Zamknięty układ chłodniczy w którym zachodzą przemiany termodynamiczne jest w stanie podnieść temperaturę wody od kilku lub kilkunastu stopni Celsjusza do nawet 60 stopni Celsjusza. Podstawą każdej pompy ciepła są cztery elementy: parownik, sprężarka, skraplacz i zawór rozprężny.

Energia z dolnego źródła jak wiadomo jest dostarczana do parownika po czym czynnik chłodniczy zostaje odparowany. Na kolejnym etapie w postaci gazowej jest sprężany (ściskany) przez sprężarkę dzięki czemu podnosi się temperatura czynnika. Skraplacz to element w którym energia przekazywana jest do instalacji grzewczej i tym samym czynnik chłodniczy (roboczy) zmienia swój stan skupienia z gazu w ciecz. Ostatnim elementem układanki jest zawór rozprężny obniżający ciśnienie czynnika aby była możliwość odbioru ciepła z dolnego źródła ciepła. Cały proces powtarzany jest tak długo aż nie zostanie osiągnięta zadana temperatura w naszej instalacji grzewczej.

Czynnik roboczy

W tym miejscu warto wspomnieć jakie czynniki chłodnicze w pompach ciepła są najpopularniejsze.

W pompach ciepła stosowane są naturalne i syntetyczne czynniki robocze. Do naturalnych należą te ciecze i gazy, które występują naturalnie w przyrodzie m. in.: woda, powietrze, amoniak, dwutlenek węgla a także węglowodory (propan, izobutan, cyklopropan i inne). Są to na ogół substancje jednoskładnikowe (jednorodne).

Syntetyczne czynniki robocze jak sama nazwa wskazuje to te produkty sztucznej syntezy chemicznej, które są obce środowisku naturalnemu. W związku z tym obecność tych czynników jest niepożądana ze względu na szkodliwość ekosystemom. Syntetyczne czynniki chłodnicze mogą być jednoskładnikowe lub wieloskładnikowe.

Obecnie na rynku jest spory wybór stosowanych czynników roboczych jednak najbardziej popularnymi w rozwiązaniach instalacji domowych to przede wszystkim: R410A, czy nadal wykorzystywane R134a i R407C. Mimo tego odchodzi się już od wymienionych a nowymi czynnikami z tej grupy są R32 i R1234ze, oraz oczywiście zyskujące na popularności czynniki naturalne jak R290 czyli propan i R744 inaczej CO2.

Takie zróżnicowanie jest podyktowane w głównej mierze środowisku i warunkom w jakich pracują, ale jest to także dostosowanie się producentów do wymagań stawianych przez Unię Europejską w zakresie ograniczania stosowania czynników mających negatywny wpływ na efekt cieplarniany.

Rodzaje pomp ciepła monoblok i split

Wszystkie typy pomp ciepła które dostępne są na rynku mają wiele rozwiązań jednak zasada działania w każdym przypadku jest niezmienna. Producenci oferują różne systemy pompy ciepła typu split czy monoblok a różnica to konstrukcja każdej z nich. Przybliżmy ich budowę wady oraz zalety.

Budowa pompy ciepła typu split

W Polsce najwyższy udział w segmencie pomp ciepła mają pompy typu split i to one cieszą się największą popularnością. Podyktowane jest to dużą odpornością na niskie temperatury, nie jest wymagana izolacja termiczna i przede wszystkim nie istnieje ryzyko związane z zamarzaniem czynnika, który w stosunku do wody jest płynny w niskich temperaturach.

Pompa ciepła typu split składa się z dwóch osobnych jednostek zewnętrznej i wewnętrznej.

Jednostka zewnętrzna

Na jednostkę zewnętrzną składa się wentylator, parownik (wymiennik ciepła) oraz sprężarka. Największym plusem związanym z pompami ciepła split jest fakt, że przy jednostce zewnętrznej tych urządzeń nie są wymagane prace ziemne w postaci odwiertów, które są kosztowne. Nie ma też żadnego znaczenia instalacja względem stron świata.

Ważnym aspektem jednak jest komfort akustyczny dlatego też nie powinno się montować jednostek zewnętrznych w narożnikach i wnętrzach pomieszczeń. Dodatkowo nie powinno się kierować nadmuchu urządzenia na ściany budynku, czy pod oknami sypialni. Jeśli podejmujemy już decyzję o montażu warto poświęcić tej kwestii więcej uwagi mimo iż wielu producentów chwali się niską akustyką. Miejsce do montażu powinno znajdować się na fundamencie (wysokość ok 30-60 cm) lub wykorzystujemy do tego elewację. Wyjątkowo profesjonalnym podejściem, jest montaż na niezależnej konstrukcji wsporczej na gruncie.

Kolejnym istotnym elementem jest także miejsce, w którym zainstalowano jednostkę pozwalające odprowadzać skropliny powstałe w wyniku odszraniania parownika jednostki zewnętrznej. Jeśli chodzi o lokalizację uwzględniając długość trasy najczęściej odległość między obiema jednostkami to najczęściej 10 do 20 metrów (im mniejsza odległość tym mniej narażamy się na straty i nie ma konieczności uzupełniania czynnika roboczego).

Jednostka wewnętrzna

W jednostce wewnętrznej znajduje się skraplacz i pompa obiegowa, która wtłacza wodę do instalacji. Istnieją różne warianty wewnętrznych jednostek. Mogą występować wraz z wbudowanym zasobnikiem ciepłej wody użytkowej lub oddzielnie ponieważ urządzenie nie jest w stanie w tym samym momencie ogrzewać budynku i jednocześnie przygotować ciepłej wody. Tym samym aby wybrać priorytet w urządzeniu znajduje się trójdrożny zawór przełączający.

W przypadku urządzenia split woda do ogrzewania podłogowego czy grzejników a także do przygotowywania ciepłej wody użytkowej jest ogrzewana wewnątrz budynku w związku z tym z pompy ciepła split doprowadzany jest tylko gaz chłodniczy. Moduły wewnętrzne są dostępne w wersjach grzania a także grzania/chłodzenia pomieszczeń.

Wewnątrz budynku zainstalowana jest również cała hydraulika wraz z automatyką co jest znacznie bardziej komfortowe w przypadku kontroli a zwłaszcza serwisu.

Pompa ciepła split zgodnie z Dyrektywą Unijną musi zostać zamontowana przez takiego wykonawcę, który posiada stosowne uprawnienia F-gazy. Podczas gdy montaż pomp ciepła kwitnie sporo inwestorów nie jest świadoma, że pompa typu split o mocy wyższej niż 10 kW wymaga tak zwanej karty produktu a także regularnych kontroli szczelności wykonywanych przez certyfikowanego instalatora, ze względu na to iż układ chłodniczy nie jest wykonany fabrycznie. Jeżeli waga czynnika chłodniczego w urządzeniu split przekracza 3 kg inwestor zobowiązany jest do corocznych kontroli szczelności.

Budowa pompy ciepła typu monoblok

Model monoblok w swojej budowie jest zespoloną w całości pompą ciepła. Jest urządzeniem, której układ chłodniczy wykonuje fabryka w całości, co daje większą gwarancję odnośnie do jego szczelności i trwałości. Pompy ciepła typu monoblok są hermetyczne i posiadają bardzo dobrą izolację co przekłada się na lepszy komfort akustyczny. Nie musimy też zaprzątać sobie głowy coroczną kontrolą szczelności.

Wśród urządzeń typu monoblok możemy wyróżnić te, które są urządzeniami przeznaczonymi do instalowania w domu lub na zewnątrz budynku.

Monoblok wewnętrzny

Pompa ciepła monoblok wewnętrzny w budowie jest stosunkowo prostą instalacją. Sama pompa i zasobnik z wodą znajdują się w domu natomiast powietrze zasysane i odprowadzane prowadzone są kanałami odpowiednio na poza budynek. Urządzenie posiada króćce przyłączeniowe po stronie wodnej co ułatwia montaż.

Monoblok zewnętrzny

Drugim typem pompy ciepła typu monoblok są tak zwane monobloki zewnętrzne, które przystosowane są do ustawienia na gruncie przy ścianie domu lub w dogodnym miejscu na naszej działce. Wewnątrz obudowy znajduje się zamknięty układ chłodniczy. Wszystkie pozostałe elementy układu takie jak zasobnik na wodę, trójdrożny zawór przełączający z funkcji ogrzewania na c.w.u. (i odwrotnie), pompę obiegową oraz regulator umieszcza się wewnątrz. Z modułem głównym pompy ciepła łączą je dwie rury.

Niestety w tym przypadku należy pamiętać o kwestii zabezpieczenia w związku z zamarzaniem wody w wymienniku płytowym. Konieczne w przypadku pompy ciepła monoblok jest wykonanie instalacji odpowiedniej dla tej jednostki, a mianowicie nasze medium po stronie wodnej musi spełniać wymagania dla niskich temperatur (glikol). Urządzenie posiada samo w sobie takie zabezpieczenie przed zamarzaniem ale tylko wtedy kiedy ma dostęp do zasilania elektrycznego. Nie poleca się w związku z tym montażu tych urządzeń w miejscowościach gdzie występują znaczne ograniczenia w dostawie prądu. Koszt urządzenia jest w stosunku do jednostki Split również wyższy.

Co wpływa na efektywność (COP) każdej pompy ciepła?

Coefficient Of Performance (COP), w tłumaczeniu na język polski Współczynnik Wydajności Cieplnej czyli nic innego jak stosunek mocy grzewczej pompy ciepła do poboru mocy generowanej przez elementy elektryczne całego zespołu jakimi są wentylatory a w szczególności sprężarka. Zależność tych mocy dla każdej pompy ciepła monoblok czy pompy ciepła typu split zawsze należy rozumieć w ten sam sposób a mianowicie, że jeżeli nasza pompa ciepła posiada współczynnik COP na poziomie 3 to pobierając 1 kWh energii elektrycznej urządzenie uzyskuje 3 kWh energii cieplnej.

Od czego zależy COP

COP w przypadku powietrznych pomp ciepła głównie zależy od różnicy temperatur, powietrza atmosferycznego, a temperaturą czynnika zasilającego naszą instalację grzewczą. Jak łatwo jest się domyślić, im mniejsza jest różnica między tymi temperaturami, tym pompa ciepła ma wyższą sprawność dostarczania ciepła do budynku. Tak więc wartość współczynnika COP spada proporcjonalnie wraz ze spadającą temperaturą powietrza atmosferycznego i tym samym wraz ze wzrostem temperatury w naszym układzie centralnego ogrzewania. Co jest bardzo istotne, że dopóki pompa ciepła funkcjonuje samodzielnie, współczynnik COP zawsze będzie wyższy od 1.

Lepsza efektywność – kiedy?

Kluczową kwestią jest zrozumienie faktu, przez nowych inwestorów dopiero zaczynających przygodę z tematem jakim są pompy ciepła, jakim jest dodatnia efektywność nie jedynie gdy temperatura zewnętrzna jest dodatnia, ale również przy minusowych temperaturach. Pompa ciepła prawidłowo dobrana do potrzeb budynku oraz użytkowników będzie pracowała w naszym domu z jak najwyższą efektywnością. Również fachowy montaż ma duże znaczenie. Wykonany przez odpowiednio wykwalifikowanego instalatora zapewni optymalną pracę urządzenia w ciągu całego sezonu grzewczego a nawet zminimalizuje nakłady inwestycyjne.

Jeśli popatrzymy od strony czysto technicznej czyli konstrukcji samej pompy, nie można zapomnieć o elemencie takim jak powierzchnia odbierająca ciepło i efektywność sprężarki (tzw. technologia inwerterowa) – ich wpływ na efektywność energetyczną pomp również jest bardzo istotny. Pompy ciepła najlepiej sprawdzają się gdy współpracują z ogrzewaniem niskotemperaturowym, takim jak np. ogrzewanie podłogowe. Nie jest jednak niemożliwym praca instalacji opartej o grzejniki a szczególnie w takiej sytuacji pomaga regulacja poprzez sterownik pogodowy, który dostosowuje na bieżąco temperaturę zasilania naszej instalacji do temperatury powietrza atmosferycznego.

W tej chwili powietrzne pompy ciepła projektuje i produkuje się tak, że posiadają wyposażenie technologiczne które pozwala skutecznie pracować w szerokim zakresie temperaturowym (od -25ºC do +45/50ºC). Należy jednak pamiętać że Współczynnik Wydajności Cieplnej będzie zmienny. Przykładowo COP jednej z pomp powietrznych, która podgrzewa wodę do 35 stopni Celsjusza przez energie odbieraną od powietrza o temperaturze 7 stopni Celsjusza wynosi 4,8, ale podczas pracy w temperaturze -7 stopni Celsjusza współczynnik to już tylko 3,4, a w temperaturze -15 stopni to już zaledwie 3.

Oczywistym jest fakt, że pompa ciepła split czy monoblok jako urządzenie wykorzystywane do ogrzewania współpracuje prócz tego z instalacją przygotowania c.w.u. Aby zatem praca urządzenia była jak najlepsza czyli efektywna i ekonomiczna należy odpowiednio dostroić te dwie funkcje. Podstawa to wykonanie instalacji o parametrach niskotemperaturowych od strony zasilania oraz montaż zbiornika c.w.u przystosowanego do pracy z pompą ciepła ponieważ czym niższy będzie parametr temperatury zasilania w naszej instalacji tym Współczynnik Wydajności Cieplnej (COP) pompy będzie większy a co za tym idzie koszty jej eksploatacji niższe.

O wyborze między pompami ciepła monoblok i split

Nie łatwo jest zdecydować którą pompę ciepła wybrać porównując typ monoblok i pompę typu split ponieważ w obydwu przypadkach możemy wskazać sporo mocnych argumentów za. Podsumowując w pigułce szereg zalet a także wad opisanych pomp ciepła przedstawiono poniżej.

Powietrzna pompa ciepła typu monoblok – zalety

• zwarta budowa – w porównaniu z pompą ciepła typu split osiąga trochę lepszą sprawność grzewczą;
• łatwość instalacji;
• odpadają coroczne kontrole szczelności, które związane są z typem split (dodatkowe koszty około 400 – 600 zł, zależnie od modelu);
• niższe generowanie poziomu hałasu – pompy typu monoblok są dobrze zaizolowane akustycznie oraz termicznie;
• szczelność urządzenia – w przypadku pomp typu monoblok fabrycznie napełniany, zamykany oraz testowany jest cały układ chłodniczy;
• brak obowiązku posiadania dodatkowych narzędzi oraz uprawnień F-gazowych przez instalatora – dzięki temu obniża się koszt instalacji pompy typu monoblok niż pompy split.

Powietrzna pompa ciepła typu monoblok – wady

• straty ciepła – jeżeli decydujemy się na monoblok zewnętrzny będą większe ze względu na przesył i większy przepływ pompy obiegowej;
• wyższy poziom hałasu – jeżeli wybierzemy jednostkę wewnętrzną;
• wyższa cena;
• niezbędne jest zabezpieczenie przewodów w przypadku jednostek zewnętrznych. Jeśli podczas mroźnych dni praca pompy zostanie zatrzymana (np. poprzez zanik napięcia elektrycznego), urządzenie musi posiadać zabezpieczenie przed zamarznięciem wody.

Powietrzna pompa ciepła typu split – zalety

• niższe koszty inwestycyjne – w porównaniu do pomp typu monoblok;
• źródło hałasu poza budynkiem;
• brak strat ciepła – pompa ciepła split dostarcza je niemal bezpośrednio ze skraplacza do instalacji grzewczej lub zasobnika;
• brak ryzyka zamarzania przewodów i uszkodzenia urządzenia – przy braku dostaw energii elektrycznej.

Powietrzna pompa ciepła split – wady

• opłaty co roku za wykonanie kontroli szczelności – przeprowadzaną, jeśli równowartość dwutlenku węgla czynnika roboczego przekracza 5 ton;
• utrudniony montaż, moduły koniecznie muszą być połączone rurkami, które stanowią część układu termodynamicznego, wykonane wyłącznie przez instalatora mającego uprawnienia F-gazowe (przy pracy z gazami chłodniczymi);
• wymagane posiadanie karty produktu – powyżej mocy 10 kW pompy;
• nieuzależniona sprawność pompy od odległości między jednostkami oraz ilości zgięć w rurkach które łączą moduł zewnętrzny i wewnętrzny – im dalej i więcej zgięć, tym mniejsza sprawność.

Zgromadzenie wszystkich za i przeciw niezbędnych do montażu jest najlepszą ścieżką do osiągnięcia sukcesu oraz podjęcia właściwej decyzji a przede wszystkim udzielenia trafnej odpowiedzi na pytanie które zadaliśmy sobie na samym początku.