Pompy ciepła (HP) – Szczecin

Pompa ciepła – jak to działa?

Pompa ciepła to niskotemperaturowe urządzenie grzewcze wykorzystujące energię cieplną, której ogromne ilości znajdują się w naturalnych pokładach ziemi, powietrza i wody. Działanie pompy opiera się na typowych przemianach fizycznych, które zachodzą w urządzeniu: parowaniu, sprężaniu skraplaniu oraz rozprężaniu. A dokładniej?

Pompa ciepła składa się z czterech podstawowych elementów:

  • parownik – wymiennik ciepła odbierający ciepło z gruntu, wody lub powietrza,
  • sprężarka – urządzenie służące do sprężania gazu,
  • skraplacz – wymiennik ciepła oddający ciepło do wnętrza domu,
  • zawór rozprężny – element służący do rozprężania gazu.

Elementy pompy ciepła tworzą zamknięty układ, wewnątrz którego krąży ekologiczny czynnik roboczy podlegający ciągłym przemianom z postaci ciekłej na gazową i odwrotnie powodując przepływ energii cieplnej ze źródła dolnego do górnego.

W parowniku czynnik chłodniczy odparowuje, pobierając ciepło otoczenia wymiennika, czyli dolnego źródła ciepła. Następnie w postaci gazowej trafia do sprężarki. Tam w wyniku sprężania następuje gwałtowny wzrost temperatury gazu. Następnie gorący gaz jest kierowany do skraplacza, w którym ulega ochłodzeniu i skropleniu oddając ciepło do otoczenia. Ciecz dostaje się rurkami do zaworu rozprężnego, w którym następuje zmniejszenie ciśnienia przy jednoczesnym spadku temperatury. Ponownie ciekły czynnik trafia do parownika i cykl się powtarza.

Dolnym źródłem ciepła może być grunt, w którym umieszczane są kolektory płaskie, spiralne lub sondy, woda, powietrze oraz np. ścieki. Źródło górne stanowi instalacja grzewcza. Do działania układ potrzebuje niewielkiej ilości energii elektrycznej, wykorzystywanej do napędu sprężarki.

Rodzaje pomp ciepła

Pompy ciepła dzieli się na trzy typy:

  • solanka-woda,
  • powietrze-woda,
  • woda-woda.

Do najczęściej spotykanych pomp ciepła należą pompy ciepła typu solanka-woda.

Każda z trzech typów pomp działa tak samo w obiegu tzw. górnego źródła, czyli prościej mówiąc – instalacji centralnego ogrzewania. Wszystkie rodzaje pomp wykorzystują wodę jako medium grzewcze w górnym źródle i stąd w każdej nazwie typu pompy występuje słowo woda. Różnica polega na medium i źródle energii wykorzystywanym w tzw. dolnym źródle, czyli obiegu dostarczającym energię do pompy.

Pompa ciepła typu woda-woda

Dolnym źródłem ciepła w tego typu pompie są podziemne cieki wodne.

Pompa pobiera wodę z jednej studni i zrzuca do drugiej oddalonej min. o 15 m w kierunku cieku wodnego. Takie rozwiązanie wymaga przede wszystkim dostępności cieków podwodnych o odpowiedniej wydajności (pompa o mocy 8 kW przepompowuje ok. 2 m3 wody na godzinę). Dodatkowo wydajność cieku nie może się zmienić na przestrzeni okresu, na który przewidziane jest działanie pompy, a więc 25-30 lat. Kolejny powód nieatrakcyjności tego rozwiązania: przepływająca przez pompę woda jest zmineralizowana, co wpływa niekorzystnie na uszkadzanie elementów, z którymi się styka (korozja). Niestety nie występuje tu zjawisko znane z instalacji centralnego ogrzewania – tam krąży cały czas ta sama woda, która szybko wytrąca minerały i staje się neutralna dla elementów instalacji. To wszystko składa się na małą popularność pomp ciepła typu woda-woda.

Pompa ciepła typu powietrze-woda

Dolnym źródłem ciepła jest tutaj powietrze zewnętrzne.

Takie urządzenia działają doskonale, gdy temperatura zewnętrzna wynosi powyżej -5°C. Wtedy osiągnięcie temperatury w obiegu centralnego ogrzewania na poziomie +35°C jest możliwe i efektywne. Gdy temperatura spada poniżej -5 °C, spada gwałtownie sprawność pompy. W tym przypadku uzyskanie w centralnym ogrzewaniu +35°C jest możliwe, ale dużo mniej efektywne. Wskaźnik COP, który określa stosunek energii uzyskanej z dolnego źródła do energii elektrycznej potrzebnej do jej uzyskania spada – dochodzi do sytuacji, w której pompa grzeje głównie prądem, co oczywiście wpływa na koszty eksploatacyjne.

Pompa ciepła typu solanka-woda (lub glikol-woda)

W tym rozwiązaniu źródłem ciepła dostarczanym do pompy jest energia słoneczna skumulowana w ziemi.

Jest to najbardziej efektywny typ pompy ciepła. Ze względu na zastosowane typy tzw wymienników, stosuje się podział na wymienniki pionowe i wymienniki poziome.

Wymienniki pionowe to odwierty o głębokości do 150 m, w których umieszcza się sondę w postaci rury z tworzywa w kształcie wąskiej i długiej litery „U”. W przypadku domów jednorodzinnych stosuje się dwa lub trzy takie odwierty.

Wymienniki poziome (kolektory) to ułożone poziomo na głębokości ok. 1,5 m pętle z rury z tworzywa sztucznego. Długość takiej pętli to maksymalnie 125/150 m, a ich ilość zależy od zapotrzebowania domu na ciepło i waha się od 4 do 10 m. Pompy solanka-woda wykorzystują fakt, że temperatura ziemi poniżej 1,5 m jest w przybliżeniu stała i wynosi 7-8 oC. To pozwala na uzyskanie temperatury krążącego czynnika (najczęściej roztworu glikolu) na poziomie około +4 °C, co dla pompy jest bardzo efektywne. Pompa za pomocą sprężarki podnosi temperaturę do +35°C przy bardzo dobrej efektywności (współczynnik COP – 4,0). Pompy ciepła typu solanka-woda są w tej chwili chwili najbardziej efektywnymi i stabilnymi urządzeniami wykorzystującymi energię odnawialną do celów grzewczych. Jest to często polecane rozwiązanie w połączeniu z instalacją centralnego ogrzewania podłogowego.

Instalacja górnego źródła, centralnego ogrzewania – zaufaj specjalistom ze Szczecina!

Pompy ciepła to urządzenia pracujące najefektywniej na tzw. niskim parametrze, tzn. na niskiej temperaturze czynnika w obiegu centralnego ogrzewania. Za niską temperaturę uważa się temperaturę do +35°C. W takim trybie pracy współczynnik COP pompy jest najwyższy. Pompa oczywiście może podgrzać czynnik do wyższej temperatury (nawet +55°C), ale wtedy współczynnik COP znacząco spada. Dlatego też najlepiej współpracują z pompą ciepła niskotemperaturowe systemy ogrzewania. Do takich systemów należą tzw. systemy ogrzewania płaszczyznowego, czyli podłogowe, ścienne lub sufitowe oraz niektóre systemy ogrzewania grzejnikowego. Grzejniki w domach jednorodzinnych są najczęściej dobierane przez projektantów na temperatury 70/50, tzn. temperatura zasilania wychodząca z urządzenia grzewczego wynosi 70°C, a temperatura powrotu do urządzenia wynosi 50°C.

Aby taka instalacja dobrze współpracowała z pompą ciepła należy dokonać przeliczenia mocy (wielkości) grzejników na parametry 35/28. W praktyce oznacza to znaczne powiększenie mocy grzejników nawet kilkukrotnie. A więc trzeba się liczyć z grubymi (3 panele) i dużymi grzejnikami wiszącymi na ścianach. Z tego powodu najchętniej i najczęściej wybieranym systemem centralnego ogrzewania współpracującym z pompą ciepła jest ogrzewanie płaszczyznowe – podłogowe. Dlatego też proponujemy Państwu instalację centralnego ogrzewania w tym systemie z możliwością dodania kilku grzejników drabinkowych w łazienkach. Nie będą one zbyt mocno grzały (ale również nie ma takiej potrzeby), ale doskonale spełnią funkcję suszarki.

Instalacja centralnego ogrzewania jest jedną z najważniejszych w domu. Szczególnie ogrzewanie podłogowe wymaga dokładności zarówno na etapie projektowania jak i realizacji. O ile błędy w instalacji grzejnikowej można naprawić (np. wymieniając grzejnik na większy), to błędy w instalacji ogrzewania podłogowego są prawie niemożliwe do korekty (wiążą się z całkowitym skuciem posadzki i ułożeniem na nowo).

Dlatego tak ważny jest tutaj projekt i reżim wykonawczy. Projekt powinien być oparty na rzeczywistych parametrach budynku (technologii i izolacji ścian, posadzek, poddasza, wielkości i współczynnika przenikania ciepła przez okna, nasłonecznienia, głównego kierunku wiatrów w zimie oraz oczekiwanej przez użytkowników temperatury.

Moc pompy ciepła: zarówno samego urządzenia, jak i parametrów dolnego źródła dostosować należy do innych zastosowanych instalacji, szczególnie wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła – rekuperacji, oraz np. instalacji ogrzewania ciepłym powietrzem z kominka (DGP).

Powinna także zawierać dokładne wyliczenia zapotrzebowania na ciepło dla każdego pomieszczenia oraz za tym idącą długość i sposób ułożenia instalacji ogrzewania podłogowego w każdym pomieszczeniu.

Dlatego też każda instalacja grzewcza z pompą ciepła powinna być realizowana w oparciu o projekt inżynierski. Nie polecamy wykonywać instalacji bez projektu!

Równie ważne jest odpowiednie ułożenie instalacji z materiałów najlepszej jakości. Zalewamy przecież instalację ogrzewania podłogowego już na zawsze i nie może ona za kilka lat zacząć przeciekać. Po pierwsze wymaga to wtedy poważnej naprawy (skucie części posadzki), a po drugie może spowodować znaczne straty. Obowiązuje zasada: dla elementów zalewanych posadzką nie ma kompromisu – zawsze należy wybrać najwyższe jakościowo rozwiązania i najlepszą technologię ogrzewania, której producent daje 10-letnią gwarancję na połączenia rur w posadzce. Wreszcie wykonawstwo – na tym etapie można zepsuć nawet najlepszy projekt.

Dolne źródło pompy ciepła – co wybrać?

Od wielu lat zdecydowanie polecamy odwierty pionowe o określonej głębokości ze względu na większą i stabilną ich wydajność. Jednocześnie zwracamy uwagę, że źle dobrane dolne źródło pompy ciepła zamrozi się w zimie i nie będzie wydajnie pracować – tutaj nie można iść na kompromis szukając oszczędności. Jeśli szukasz specjalistów w zakresie instalacji OZE działających na terenie Szczecina i okolic, skontaktuj się z nami!