Gruntowe pompy ciepła pozostawiają konkurencję w tyle

Choć niezbyt wiele dzieje się w dziedzinie designu gruntowych pomp ciepła – urządzenia od dawna już wyglądają jak kolejny elegancki, nowoczesny sprzęt gospodarstwa domowego, dzięki czemu z powodzeniem można montować je chociażby w kuchni – to pod obudową doszło do niemałej rewolucji. To coraz bardziej precyzyjne i coraz efektywniejsze inteligentne urządzenia, wyposażone w sprężarkę sterowaną inwerterowo, asymetryczny wymiennik ciepła i elektroniczne pompy obiegowe z płynną regulacją prędkości.

Fot. 1. Kompaktowe rozmiary, intuicyjny panel sterowania, cicha praca sprawiają, że zainteresowanie gruntowymi pompami ciepła rośnie. Fot. NIBE-BIAWAR

Lista najnowszych usprawnień jest długa. Nowoczesne urządzenia automatycznie dopasowują się do zmiennego zapotrzebowania budynku na ciepło nie tylko w ciągu roku, ale również w ciągu dnia. Nie pojawiają się przy tym skoki poboru energii, wskutek czego rachunki za ogrzewanie i ciepłą wodę są jeszcze niższe. Pompy ciepła na bieżąco sterują wydajnością pomp obiegowych, utrzymując optymalną dla komfortu cieplnego i zużycia energii różnicę temperatur pomiędzy wejściem i wyjściem czynnika dolnego i górnego źródła – w zależności od trybu pracy oraz warunków pogodowych czy tych panujących we wnętrzu budynku.

Technologia inwerterowa

Fot. 2. Nowoczesne pompy ciepłą to coraz bardziej precyzyjne i coraz efektywniejsze inteligentne urządzenia. Fot. Danfoss

Wciąż rozwijana i doskonalona jest technologia inwerterowa, która sprawia, że krótszy jest czas rozruchu systemu i osiągniecia pożądanej temperatury, dłuższa żywotność, a praca znacznie bardziej cicha. Polega ona na zwiększeniu prędkości obrotowej silnika sprężarki poprzez sterowanie częstotliwością pracy, co zapewnia dużą moc podczas rozruchu i doprowadza temperaturę do pożądanego poziomu szybciej niż w przypadku urządzeń bez inwertera. Dodatkowo częstotliwość pracy silnika sprężarki i zmiana temperatury w pomieszczeniach są monitorowane, aby określić najefektywniejszy przebieg pracy dla utrzymania optymalnych parametrów. Dzięki temu eliminowane są wahania temperatury, do których często dochodzi podczas załączania i wyłączania pomp niewyposażonych w technologię inwerterową. Zastosowanie „inwerterowych sprężarek” oznacza również bezpieczny dobór urządzenia, brak konieczności stosowania zbiornika buforowego i możliwość rozbudowy domu w późniejszym czasie.

Sporo nowości

Fot. 3. Dzięki wprowadzanym usprawnieniom osiągnięto znacznie lepszy wyniki pracy urządzeń. Fot. Viessmann

Jeden z producentów już parę lat temu opatentował zaś inne interesujące rozwiązanie – uszczelnienie w kierunku osiowym spirali (tzw. tip seal technology) w pompach wyposażonych w sprężarkę spiralną. Uszczelnienie zapewnia wyższą sprawność wolumetryczną odpowiadającą za wysoki współczynnik efektywności w zmieniających się warunkach pracy. Kolejną wartą zaznaczenia nowinką technologiczną jest mikropłytowy wymiennik, który może realizować funkcję skraplania przy lepszym przepływie i wymianie ciepła dzięki asymetrycznej formie, mikrokanałom i porowatej konstrukcji.
Ponadto zwiększył się zakres temperatur dolnego źródła, przy których urządzenia pracują z bardzo wysoką sprawnością: od -10 st. C do maksymalnie +25 st. C. Z kolei temperatura wody na zasilaniu instalacji grzewczej może być nieco wyższa, bo już nie tylko standardowo 55 st. C – u większości producentów jest to już 65 st. C, a nawet 70 st. C.
Co poza tym? Na pewno słyszeliśmy już o technologii wymiennika zatopionego (GSP), zastosowaniu której towarzyszy 12-procentowa oszczędność w eksploatacji w porównaniu z wieloma rozwiązaniami dostępnymi na rynku. Polega ona na maksymalizacji wykorzystania powierzchni wymiennika ciepła. Czynnik chłodniczy wpływający na wymiennik jest w tym przypadku zawsze w stanie ciekłym, co umożliwia efektywniejsze odbieranie energii z dolnego źródła. Wymienniki produkuje się ze stali nierdzewnej w wysokiej klasie odporności, dzięki czemu mogą pracować w agresywnym środowisku, czyli głównie przy zastosowaniu roztworu glikolowego. Technologia wymiennika zatopionego oznacza ponadto zmniejszenie długości odwiertów dolnego źródła nawet o 30%, a to już poważne oszczędności na etapie inwestycyjnym.

Wyższy współczynnik SCOP

Dzięki opisanym, zastosowanym usprawnieniom pompy gruntowe osiągają coraz wyższe wartości średniorocznego współczynnika sprawności SCOP. W przypadku typoszeregu urządzeń jednego z producentów zgodnie z nową normą EN 14825 i przy mocy obliczeniowej 12 kW SCOP wynosi aż 5,5. W wielu przypadkach przy indywidualnych urządzeniach mamy do czynienia z SCOP na poziomie 5,0. Wprowadzenie nowych funkcjonalności sprawiło ponadto, że podwyższeniu uległ komfort w zakresie ciepłej wody użytkowej – można uzyskać o 11-15% więcej c.w.u.

Zasobnik lodu czy pompa z wentylacją?

Wydawałoby się, że dość niestandardowym rozwiązaniem są zasobniki lodu, jednak powoli pojawiają się one już na polskim rynku. Zasobnik lodu może stanowić dolne źródło ciepła dla pompy gruntowej. Najczęściej tworzy go konstrukcja oparta o betonowy dzwon, częściowo wypełniony wodą oraz zakopany w gruncie na głębokości około 4 m. W ściankach zbiornika zostaje zanurzona wężownica regenerująca wymiennik ciepła, przez którą przepływa niezamarzający czynnik. System połączony jest z kolektorem – absorberem słonecznym montowanym np. na dachu. Kolektor przekazuje energię do wężownicy. Co interesujące, rozwiązanie sprawdza się również w momencie, kiedy temperatura wody spada poniżej 0 st., czyli zamarza.
Wartą zauważenia funkcjonalnością jest bezsprzecznie moduł wentylacyjny z odzyskiem ciepła dedykowany do współpracy z gruntową pompą ciepła. Montuje się go na pompę jako nadstawka, więc oprócz ogrzewania, chłodzenia i produkcji c.w.u. jedno urządzenie pozwala nam na uzyskanie również świeżego powietrza w budynku. Jednocześnie współpraca z układem wentylacyjnym może dodatkowo podnieść sprawność pompy, energia zawarta w powietrzu wywiewanym z budynku jest bowiem akumulowana w gruncie.
Oprócz rozwiązań umożliwiających uzyskanie lepszych wyników w dziedzinie ogrzewania i chłodzenia opracowywane są także technologie zwiększające komfort korzystania z ciepłej wody. Jedna z nich pozwala na uzyskanie dużej ilości ciepłej wody użytkowej w krótkim czasie i bez użycia większej niż standardowo ilości energii. Opiera się ona na efektywnej wymianie ciepła oraz na warstwowym podgrzewaniu c.w.u. w zasobniku.
Coraz większą popularność zyskują pompy kompaktowe, czyli odpowiadające za funkcję c.o., jak i przygotowania c.w.u., tzn. posiadające wbudowany zbiornik c.w.u. – producenci oferują urządzenia o coraz mniejszych rozmiarach, które inwestor z powodzeniem zmieści w kuchni czy niewielkim pomieszczeniu gospodarczym. Wydajność grzewcza wynosi zazwyczaj od 4 do 16 kW, a pojemność zbiorników od 160 do nawet 300 l. Gruntowa kompaktowa pompa ciepła zasila jednocześnie kilka punktów poboru, odpowiada więc na potrzeby kilkuosobowej rodziny.

Artur Radomski, Product Manager z firmy NABILATON Sp. z o.o.

Zdaniem EKSPERTA
Czym kierować się podczas doboru mocy pompy? Czy zastosowanie sprężarki inwerterowej może pomóc w zniwelowaniu błędów doboru urządzenia?

Obecnie każdy typ budynku może być ogrzewany przez pompę ciepłą. Są one czasem jedynym rozwiązaniem dla inwestorów ponieważ nie wymagają doprowadzenia dodatkowego medium do budynku i spełnienia szeregu wymagań dotyczących bezpieczeństwa jak w przypadku ogrzewania gazem czy olejem. Aby optymalnie dobrać moc pompy ciepła przede wszystkim należy zwrócić uwagę na:
• zapotrzebowanie cieplne obiektu,
• rodzaj i instalacje jakie będzie zasilać pompa ciepła: c.o., c.w.u. czy ciepło technologiczne,
• temperaturę zasilania systemu grzewczego,
• moc dolnego źródła ciepła.

Zastosowanie technologii inwerterowej ma na celu dostosowanie pracy urządzenia do rzeczywistego zapotrzebowania na ciepło, co w efekcie zwiększa efektywność energetyczną pracy. Najczęściej popełnianym błędem jest dobranie zbyt małego urządzenia, co powoduje, że urządzenie inwerterowe traci swoje właściwości. Zapotrzebowanie jest tak duże, że sprężarka w momencie załączenia bardzo szybko wchodzi na maksymalną wydajność i w końcowym efekcie pracuje jak klasyczne urządzenie włącz-wyłącz. Zalecam również sprawdzić wielkość przepływu wody grzewczej przez pompę ciepła, ponieważ zbyt duży przepływ będzie powodował podobne efekty.
Firma Nabilaton posiada urządzenia serii ENX i GSP ze sprężarkami w technologii inwerterowej. Dodatkowo gruntowe pompy ciepła GSP posiadają technologię zatopionego wymiennika, która zwiększa sprawność wymiany ciepła. Technologia ta pozwala na zmniejszenie wielkości kolektorów o ponad 30% oraz zwiększa oszczędność eksploatacji pompy ciepła o 12% w porównaniu do standardowych urządzeń.

Sterowanie przez internet

Współpraca pomiędzy gruntową pompą ciepła a pozostałymi urządzeniami odbywa się dzięki specjalnym regulatorom i sterownikom. Mogą one m.in. kontrolować wykorzystywanie prądu fotowoltaicznego do zasilania pompy ciepła czy jednocześnie tak sterować pracą układu fotowoltaicznego, aby część prądu zasilała w tym samie czasie pompę i rekuperator.
Znacznie więcej funkcjonalności mają również panele sterowania. Do standardu należy już oczywiście duży, intuicyjny wyświetlacz z prostym w obsłudze menu. Panel umożliwia programowanie pracy urządzenia w kilku wybranych trybach, np. dostosowanym do tańszej taryfy. Co interesujące, standardowe parametry mogą być zadawane nie tylko z poziomu pompy, ale także instalowane z pamięci przenośnej za pomocą portu USB. Za pomocą panelu sterującego ustawiamy temperaturę wody użytkowej, wody basenowej, programujemy system solarny, a nawet wentylację, nie mówiąc już o załączeniu opcji chłodzenia pasywnego. Możliwa jest także współpraca z siecią elektroenergetyczną, a prawdopodobnie wkrótce także: dostosowanie pracy pompy do chwilowych cen energii elektrycznej poprzez automatyczne skomunikowanie z siecią (rozwiązanie testowanie obecnie w Szwecji).
Interesującą ciekawostką są z kolei QR Cody na obudowie pompy lub w menu sterownika,, które wystarczy zeskanować za pomocą specjalnej aplikacji na smartfonie, aby odczytać informacje o numerze seryjnym, roku produkcji i innych ważnych danych urządzenia. Dzięki temu bez problemu zdobędziemy informacje, np. w przypadku pilnej potrzeby skontaktowania się serwisem.
Oczywiście, dalej rozwijana jest technologia zdalnego sterowania pompą ciepła – przez internet, sieć GMS, jak również systemy BMS. Producenci tworzą nowe programy umożliwiające zewnętrzną komunikację. Oznacza to, że gruntowa pompa ciepła może być jednocześnie włączona do sieci internetowej, jak i „chmury” obliczeniowej producenta, co pozwala na komunikację z innymi urządzeniami elektronicznymi, które też mają dostęp do „chmury”, jak nawet termostaty grzejnikowe czy też systemy grzewcze pozostałych producentów. Programiści, mając dostęp do danych w „chmurze”, mogą na ich podstawie zaprojektować własną aplikację, która odpowie na indywidualne potrzeby grzewcze danego budynku, np. siedziby firmy. Można śmiało przewidywać, że o skomunikowaniu z urządzeniami mobilnymi oraz intuicyjnych w obsłudze i atrakcyjnych wizualnie aplikacjach, usłyszymy jeszcze nie raz w kolejnych latach.
Wszystko idzie więc w kierunku prostszej, odbywającej się w zasadzie poza użytkownikiem obsłudze. Prostszy jest też proces rozruchu systemu – instalator nie musi już wykonywać optymalizacji i regulacji pracy pompy, urządzenie automatycznie dostosuje parametry pracy do wymagań instalacji. Nie musimy się jednak obawiać: montaż urządzenia to już trudniejsze zadanie, nic więc nie zastąpi doświadczonego instalatora.

Fot. 3. Tylko w kotłowni lub w pomieszczeniu gospodarczym? Niekoniecznie. Pompy ciepła wyglądem nie różnią się od innych sprzętów gospodarstwa domowego. Fot. Stiebel Eltron

Iwona Bortniczuk
Na podstawie materiałów firm: NIBE-BIAWAR, Viessmann, Zymetric, Stiebel Eltron, Danfoss
Konsultacja merytoryczna: dr inż. Małgorzata Smuczyńska, menedżer ds. marki NIBE