Gruntowe pompy ciepła z ugruntowaną pozycją na rynku

Gruntowe pompy ciepła znalazły już swoich zwolenników. Jeszcze parę lat temu sięgali po nie głownie inwestorzy pozbawieni możliwości podłączenia do sieci gazowej. Dziś są odpowiedzią na rosnącą świadomość ekologiczną wśród coraz większego grona klientów, niezależnie od miejsca posadowienia inwestycji.

Najnowocześniejsze modele pomp ciepła zaskakują prostotą instalacji oraz w zasadzie bezobsługowością. Do rozpoczęcia pracy w instalacji grzewczej gruntowe pompy ciepła nie potrzebują ingerencji użytkownika czy dokonania nastawy przez instalatora, sterownik sam optymalizuje pracę systemu oraz komunikuje je z pozostałymi urządzeniami w instalacji grzewczej. Oferowane obecnie przez producentów gruntowe pompy ciepła dopasowują swoją pracę do zmiennego zapotrzebowania budynku na ciepło zarówno w ciągu roku, jak i w ciągu dnia, pozwalając na osiągnięcie maksymalnego komfortu cieplnego przy minimalnych nakładach energetycznych.

Kluczowa jest oczywiście intuicyjność obsługi w momencie zmiany nastaw. Użytkownik nie musi (nie powinien!) sam określać skomplikowanych parametrów pracy urządzenia, system robi to za niego. Na prostą obsługę urządzenia pozwala wygodny panel sterowania z dużym, przejrzystym wyświetlaczem LED. Wyświetlacz udostępnia użytkownikowi pełne informacje dotyczące statusu pracy pompy ciepła, czasu jej pracy, temperatur itd. Zmiana nastaw zazwyczaj ogranicza się więc do wyboru danego, zaproponowanego trybu bądź podwyższenia, obniżenia temperatury panującej w obiekcie. Za realizację tychże nastaw odpowiadają zaawansowane sterowniki.

Technologia inwerterowa

Rynek gruntowych pompy ciepła prężnie się rozwija – nie tylko w dziedzinie sterowania. Na naszą uwagę zasługują przede wszystkim urządzenia wyposażone w sprężarkę sterowaną inwerterowo – płynna regulacja prędkości w znaczący sposób wpływa na energooszczędność urządzenia. Dzięki technologii inwerterowej prędkość obrotowa silnika sprężarki zwiększa się lub zmniejsza w zależności od aktualnego zapotrzebowania (ma to związek z możliwością sterowania częstotliwością pracy), co pozwala na osiągnięcie dużej mocy podczas rozruchu oraz szybszą zmianę temperatury w pomieszczeniach. Do rozruchu potrzebna jest mniejsza ilość prądu niż standardowo (nawet o 70%). Poza tym wyeliminowane zostają wahania temperatury, które należą do „normy” podczas załączania i wyłączania układów niewyposażonych we wspomnianą technologię.

Co interesujące, technologia inwerterowa stabilizuje pracę urządzenia, które dzięki temu ma dłuższą żywotność. Modulowana moc grzewcza, daje również możliwość bezpiecznego doboru pompy do potrzeb inwestycji oraz zwiększenia powierzchni budynku czy zaspokojenia dodatkowych potrzeb grzewczych (np. ogrzewanie basenu) w przyszłości. Ponadto możemy zrezygnować ze źródła szczytowego oraz buforów ciepła, dzięki czemu niższe są koszty inwestycyjne.

Dzięki zastosowanym rozwiązaniom niektórzy producenci mogą pochwalić się bardzo wysokim średniorocznym współczynnikiem sprawności SCOP według ErP w klimacie chłodnym – osiągającym wartość 5,5. Swego rodzaju standardem wśród nowoczesnych rozwiązań jest zaś już wartość 5,0.

Gruntowe pompy ciepła i ich usprawnienia

Do istotnych usprawnień wprowadzanych przez producentów możemy zaliczyć także asymetryczne mikro-płytowe wymienniki (MPHE) odpowiadające w układzie za realizację funkcji skraplania. Mikrokanały o porowatej strukturze i nieregularnych kształtach uwzględnione w ściankach wymiennika poprawiają wymianę ciepła i zmniejszają wymaganą ilość czynnika chłodniczego, dzięki czemu udaje się podnieść efektywność pracy urządzenia.

Wśród wprowadzonych zmian warto wymienić też zwiększenie kanałów przepływowych po stronie solanki i wody grzewczej oraz zwężenie kanałów po stronie czynnika chłodniczego, co pozwoliło na uzyskanie mniejszych oporów przepływu. Tego rodzaju usprawnienia wpływają na zmniejszenie poboru energii elektrycznej przez pompy obiegowe oraz wzrost wartości COP.
Należy wspomnieć również o rozwiązaniach pozwalających na uzyskanie dużej ilości ciepłej wody użytkowej bez zużywania większej ilości energii. Technologia opiera się przede wszystkim na warstwowym podgrzewaniu c.w.u. w zasobniku – zastosowanie znajduje tu wężownica umieszczona wewnątrz zbiornika, przez którą przepływa gorąca woda z pompy ciepła. Podzielenie wody w zasobniku na trzy warstwy pozwala na szybsze osiągnięcie zadanej temperatury.

Co z ilością czynnika chłodniczego?

Wskutek zmieniających się przepisów Unii Europejskiej producenci coraz większy nacisk kładą na ograniczenie zawartości tzw. gazów cieplarnianych, do których należy przecież czynnik chłodniczy zawarty w pompie ciepła. Zaleca się wybieranie pomp, które zwierają mniej niż 3 kg czynnika chłodniczego lub mniej niż 5t ekwiwalentu CO2. Ograniczenie negatywnego wpływu na środowisko to jedno. Tego rodzaju urządzenie nie będzie wymagało specjalistycznych przeglądów, rocznych kontroli szczelności czy monitoringu. Pamiętajmy, że pompy zawierające tzw. F-gazy w ilości powyżej 3 kg na jeden moduł chłodniczy wymagają rejestracji w systemie Centralnego Rejestru Operatorów, w myśl ustawy z 15.05.2015r. Dz.U. 2015 poz. 881.

Systemy hybrydowe, czyli pompa plus…

Gruntowe pompy ciepła w układach hybrydowych

W ciągu ostatnich kilku lat znacznie wzrosło zainteresowanie systemami opierającymi swoje działanie na alternatywnych źródłach energii – nie tyle samymi pompami bazującymi np. na geotermalnych źródłach ciepła, ale również połączonymi z instalacją fotowoltaiczną, czyli układami hybrydowymi. Połączenie tych dwóch systemów zwiększa opłacalność inwestycji w fotowoltaikę (jednocześnie praca pompy ciepła staje się niemal darmowa). Sprężarka gruntowej pompy ciepła powinna się załączać, wykorzystując w miarę możliwości energię słoneczną, a gdy jest ona niedostępna – korzystać z zasilania sieciowego (tzn. że urządzenia najczęściej działają w systemie on-grid z wykorzystaniem net meteringu – w okresie letnim nadwyżka energii wyprodukowanej przez panele fotowoltaiczne jest oddawana do sieci, w zimie zaś oddana wcześniej energia jest odbierana, przy czym należy uiszczać jedynie opłatę przesyłową i koszty stałe).

Alternatywnym rozwiązaniem jest magazynowanie energii wytworzonej przez instalację fotowoltaiczną w postaci ciepłej wody w zasobniku. Dzięki temu prąd wyprodukowany przez nasz układ będzie wykorzystywany również do ogrzania budynku, nawet w nocy. Na spore oszczędności można liczyć także w sezonie letnim, kiedy to pompa zasilana prądem słonecznych schładza pomieszczenia. Co interesujące, pompa ciepła „wie”, na jaką ilość energii może liczyć z instalacji fotowoltaicznej, system przekazuje jej informację o tym, ile energii nie zostało zużytej przez domowe sprzęty elektryczne.

Hybrydowość przejawia się również w inny sposób. Inwestorzy coraz chętniej wybierają kompletne systemy grzewczo-chłodząco-wentylacyjne, w których to pompy ciepła współpracują z rekuperatorami o wysokiej sprawności (do 96%). Urządzenie podłączone do centrali wentylacyjnej z rekuperacją wstępnie ogrzewa nawiewane do budynku powietrze. Producenci podają, że takie rozwiązanie pozwala na ogrzanie go nawet do temperatury 50°C.

Ciepło z lodu

Interesującym rozwiązaniem zwiększającym osiągi pompy ciepła jest ponadto betonowy zasobnik lodu zakopany w gruncie (tak aby poziom wody znajdował się poniżej strefy przemarzania); to rozwiązanie, które sprawdzi się przede wszystkim w dużych obiektach o zapotrzebowaniu na ciepło rzędu kilkuset kilowat. Producent działanie systemu opisuje jako „ogrzewanie lodem” – zbiornik lodu magazynuje energię, którą można wykorzystać na ogrzanie budynku lub jego schłodzenie. Układ wykorzystuje ciepło z kilku źródeł, z gruntu, powietrza, słońca oraz zamarzania wody. Podczas zamarzania wody wytwarza się duża ilość energii, którą następnie pobiera pompa ciepła.

Im większą ilość ciepła pobierze urządzenie, tym dalej posuwać się będzie zamarzanie w zasobniku, mimo iż temperatura dalej będzie się w nim utrzymywać na poziomie 0°. Po całkowitym zamarznięciu wody w zbiorniku temperatura zacznie spadać. System jednocześnie wykorzystuje kolektory, które absorbują energię z powietrza atmosferycznego oraz – częściowo – energię słoneczną. Pozyskane w ten sposób ciepło transportowane jest do wężownicy solarnej w zasobniku, dzięki czemu topi lód lub podnosi temperaturę wody. Przez drugi z wymienników przepływa solanka z instalacji pompy ciepła.

Iwona Bortniczuk
Na podstawie materiałów firm:
Nibe-Biawar, Viessmann, Skorupa Energy Technic