Wykorzystaj naturalne ciepło Pompy ciepła – pytania czytelników

Miłośnicy nowych technologii już dawno zaczęli rozgryzać temat alternatywnych źródeł pozyskania energii. Kolektory słoneczne, pompy ciepła, rekuperatory – te nazwy już nie są nam obce i, co najważniejsze, nie straszą. Ale wystarczy jednak spojrzeć na budowlane fora tematyczne, aby się przekonać, że choć wiele się na temat tych urządzeń mówi i pisze to wciąż pozostawiają wiele do wyjaśnienia. Poniżej próbujemy, wraz z grupą ekspertów, odpowiedzieć na pytania najczęściej zadawane przez naszych czytelników.

1. Od czego zależy efektywność pomp ciepła?

„Efektywność energetyczna zależna jest przede wszystkim od różnicy temperatur pomiędzy dolnym i górnym źródłem ciepła. Jest tym większa, im mniejsza jest wartość, o którą musimy podnieść temperaturę.” – tłumaczy daniel Biłka z Galmetu – „Pompy ciepła to niskotemperaturowe źródła ciepła – maksymalna temperatura wody uzyskiwana na wyjściu w pompach z naszej oferty nie przekracza 55°C. Im niższa jest więc temperatura zasilania układu c.o., tym wyższy będzie współczynnik efektywności pompy. Z tego względu wybierając górne źródło do pompy ciepła, warto zdecydować się na urządzenia o niskiej temperaturze zasilania. Najlepsze jest ogrzewanie podłogowe lub ścienne, gdyż wymagana temperatura zasilania układu nie przekracza 35°C. W przypadku ciepłej wody użytkowej wymagana temperatura to 50 – 60°C, efektywność pompy ciepła jest więc niższa (co oczywiście nie oznacza, że nieopłacalna).”

Przypomnijmy – dolne źródło to źródło, z którego urządzenie czerpie energię wykorzystaną później do ogrzewania budynku. Może być nim powietrze, grunt, woda itp. Zatem im wyższa temperatura tego źródła, tym większa efektywność zainstalowanej pompy. Górne źródło ciepła to instalacja grzewcza. W tym wypadku im niższa temperatura w instalacji, tym pompa ciepła pracuje oszczędniej.

Dodatkowymi elementami wpływającymi na efektywność są: konstrukcja pompy, jakość zamontowanych urządzeń oraz ich odpowiednie wyregulowanie, użytkowanie i konserwacja.

2. Co to jest COP?

Piotr Kuczko z firmy WOLF wyjaśnia: „COP – (z ang. Coefficient of Performance) to współczynnik efektywności pompy ciepła. Jest to nic innego jak stosunek mocy grzewczej wyprodukowanej przez pompę ciepła do mocy elektrycznej pobranej przez nią. Np. gruntowa pompa ciepła Wolf BWS-1 10 kW ma nominalną moc grzewczą 11,1 kW, gdzie sprężarka pobiera przy tym 2,2 kW mocy elektycznej, tak więc COP tej pompy wynosi 11,1/2,2 czyli 5,0”. Oczywiście im wyższy współczynnik COP, tym lepiej.

3. Jakie elementy pompy ciepła i całej instalacji wpływają na efektywność?

Zasadniczy wpływ na efektywność działania pompy ciepła ma rodzaj zastosowanej sprężarki. Jednakże pompy ciepła to nie tylko sprężarka. W rzeczywistym wyznaczaniu współczynnika efektywności pompy ciepła należy zwrócić uwagę na pobór energii przez pozostałe elementy układu: wentylator na parowniku lub wentylator na skraplaczu (w zależności od typu pompy), pompę obiegową, grzałki odszraniania czy mocy potrzebnej do realizacji odszraniania w formie gorących par oraz grzałek dogrzewających ciepłą wodę użytkową.

Oprócz zastosowanych urządzeń na efektywność układu w znaczący sposób wpływa rodzaj dolnego źródła (a co za tym idzie jego średnioroczna temperatura) oraz rodzaj instalacji c.o. w budynku. Najbardziej efektywnym rozwiązaniem sytemu grzewczego dla pompy ciepła jest ogrzewanie płaszczyznowe (np. podłogowe, ścienne). Jeżeli pompa ciepła ma współpracować z grzejnikami, należy pamiętać aby zaprojektowane były tak, aby instalacja grzewcza pracowała w możliwie niskiej temperaturze, nie większej niż 55/45°C.

4. Czy wydajność powietrznych pomp ciepła pozwala na ich wykorzystanie jako jedynego źródła ciepła w budynku?

Witold Twardowski z firmy Immergas podpowiada: „Pompy ciepła powietrze- woda czerpią energię z powietrza atmosferycznego zewnętrznego otoczenia budynku. Wydajność oraz sprawność pracy pompy zależy więc w ogromnej mierze od temperatury tego powietrza: im niższa temperatura tym mniejsza moc grzewcza pompy i większe koszty produkcji ciepła. Przy odpowiednio niskiej temperaturze zewnętrznej okazuje się, że wyprodukowanie pewnej ilości energii cieplnej może pochłonąć taką samą ilość energii elektrycznej (COP = 1), co staje się mocno nieopłacalne. Jest to pierwszy argument przemawiający za koniecznością stosowania drugiego źródła do ogrzewania budynku.

Co ważniejsze własności czynnika roboczego znajdującego się w każdej pompie ciepła nie pozwalają na jej pracę w bardzo niskich temperaturach. Dlatego też, aby zapobiec uszkodzeniu, powietrzna pompa ciepła zostaje wyłączona przez automatykę poniżej pewnej wartości temperatury zewnętrznej. Dla pomp Immergas ta wartość temperatury wynosi -16°C.”

Temperatura w Polsce spada zimą poniżej wartości granicznych. Pozostawienie powietrznej pompy ciepła jako jedynego źródła ogrzewania jest więc dość ryzykowne. Bezpieczne jest zastosowanie drugiego źródła ciepła (najlepiej kondensacyjnego kotła gazowego, węglowego czy olejowego, a przynajmniej grzałki elektrycznej o mocy równej zapotrzebowaniu na moc cieplną budynku.)

5. Czy każda pompa ciepła może być wykorzystywana do chłodzenia budynku?

Wprawdzie budowa powietrznej pompy ciepła jest bardzo zbliżona do budowy klimatyzatora lecz te dwa urządzenia różnią się zasadniczo: pompa ciepła pobiera ciepło z zewnątrz budynku i transportuje je do jego wnętrza, natomiast klimatyzator pracuje dokładnie odwrotnie. Niektóre modele pomp ciepła posiadają wbudowany zawór umożliwiający odwrócenie cyklu pracy pompy ciepła. Przy zmianie położenia tego zaworu skraplacz staje się parownikiem, a parownik skraplaczem. Ciepło w takim przypadku jest pobierane z wnętrza budynku i oddawane na zewnątrz.

Najnowocześniejsze pompy ciepła posiadają układy automatyki, które sterują instalacją zarówno ogrzewającą, jak i chłodzącą. Mogą być wyposażone również w osuszacze powietrza, aktywne i pasywne czujniki temperatury i wilgotności powietrza oraz moduły strefowe. Odpowiednie dobranie pompy ciepła i dodatkowych urządzeń umożliwia więc osiągnięcie pełni komfortu poprzez automatyczne utrzymywanie odpowiedniej temperatury i wilgotności powietrza.

Pompy, które służą tylko do podgrzewania CWU bardzo często posiadają możliwość podłączenia kanałów powietrznych do zasysania i wyrzucania powietrza. Zimne powietrze wyrzucane przez taką pompę może więc zostać z powodzeniem wykorzystane również do chłodzenia budynku.

Do chłodzenia pomieszczeń może być wykorzystywana każda pompa solankowa (pod warunkiem korzystania z otworowego wymiennika pionowego jako źródła dolnego. Poziomy wymiennik ciepła (kolektor gruntowy) w większości przypadków nie nadaje się do tego celu.

6. Jaka jest różnica między chłodzeniem pasywnym, a aktywnym?

Marcin Demczuk, Menedżer Produktu z firmy Vaillant wyjaśnia: „Chłodzenie pasywne to chłodzenie, podczas którego nie pracuje sprężarka pompy ciepła. Urządzeniami pobierającymi energię są jedynie pompa źródła dolnego, pompa (lub pompy) źródła górnego i automatyka.”

Szerzej opisuje temat Grzegorz Łukasik z firmy Robert Bosch: „W przypadku chłodzenia pasywnego źródłem chłodu jest grunt lub woda gruntowa. W przypadku gruntu do chłodzenia wykorzystuje się najczęściej sondy pionowe (ze względu na stosunkowo stabilne temperatury pracy). Odbiór chłodu następuje poprzez wymuszany pompą obiegową przepływ solanki w rurociągach kolektora gruntowego.

Chłodzenie aktywne wykorzystywane jest w pompach ciepła, których obieg chłodniczy jest odwracalny. Do produkcji chłodu wykorzystywana jest wtedy praca sprężarki. Oznacza to, że pompa ciepła w trybie grzewczym pobiera ciepło z dolnego źródła (wody, powietrza, gruntu) i przekazuje je do np. instalacji grzewczej, a w trybie chłodzenia ciepło odbierane jest z instalacji grzewczej i przekazane jest do dolnego źródła.”

Energia elektryczna potrzebna do pracy pompy obiegowej w przypadku chłodzenia pasywnego jest dużo niższa niż w przypadku pracy sprężarki pracującej przy chłodzeniu aktywnym.

7. Jakie elementy pompy ciepła najbardziej wpływają na jej żywotność?

Sercem pompy ciepła jest sprężarka i to przede wszystkim ona decyduje o żywotności całego urządzenia. Dlatego wybierając pompę ciepła warto dowiedzieć się jakiego producenta sprężarki stosuje on w swoich urządzeniach. Żywotność najlepszych sprężarek często przekracza nawet 20 lat. Kolejnym elementem narażonym na zużycie są pompy obiegowe. Podobnie jak w przypadku sprężarek warto więc dowiedzieć się, jakiego producenta pompy zostały zastosowane.

8. Czy przy parametrach izolacyjności budynku zbliżonych do pasywnego ekonomiczne jest instalowanie pompy ciepła biorąc pod uwagę cenę urządzenia i jego montażu?

W tym wypadku wszystko zależy od wielkości tego budynku, a co za tym idzie OZC. Jeśli wynosi ono więcej niż 5 kW, zainstalowanie pompy ciepła będzie jak najbardziej ekonomicznie uzasadnione. Koszt instalacji niewielkiej mocy (np. wspomagającej ogrzewanie i przygotowanie CWU) jest stosunkowo niewielki. W takim przypadku warto też rozważyć pompę ciepła powietrze/ woda służącą tylko do przygotowania CWU.

9. Czy potrzebny jest zasobnik buforowy w instalacji z pompą ciepła?

Grzegorz Łukasik z firmy Robert Bosch doradza: „Zastosowanie bufora do instalacji grzewczej jest zalecane. Dzięki zastosowaniu zbiornika buforowego nie pojawia się kłopot z zapewnieniem nominalnego przepływu przez skraplacz, co może mieć miejsce, gdy zastosowana jest automatyka sterująca systemem grzewczym zatrzymująca przepływ wody w momencie osiągnięcia zadanej temperatury w pomieszczeniach.

Dodatkowo bufor przy pompach ciepła bez regulacji wydajności grzewczej sprawia, że sprężarka pracuje w nieco dłuższych cyklach. Poza tym cykle postojowe są dłuższe, więc pompa ciepła rzadziej się uruchamia, co wydłuża jej żywotności.

Bufor może magazynować pewną ilość energii, którą można wykorzystać, bez uruchamiania pompy ciepła. Ilość zmagazynowanej energii jest zależna od jego pojemności oraz temperatury wody w nim zgromadzonej.

Instalacja grzewcza z pompą ciepła może również funkcjonować bez bufora. Trzeba jednak pamiętać, aby zapewnić odpowiedni przepływ wody grzewczej przez urządzenie.”

10. Czy ma sens stosowanie kolektorów słonecznych w instalacji z pompą ciepła?

O sensie stosowania takiego rozwiązania decyduje rachunek ekonomiczny. Jeżeli zużywamy małe ilości ciepłej wody, korzyści wynikające z takiego układu będą niewielkie, a okres zwrotu poniesionych kosztów na inwestycję będzie bardzo długi. Zastosowanie kolektorów słonecznych w instalacji z pompą ciepła ma uzasadnienie ekonomiczne głownie wtedy, kiedy mamy do czynienia ze zwiększonym zapotrzebowaniem na CWU.

Sprawność i wydajność pracy pompy ciepła uzależniona jest w największej mierze od temperatury dolnego źródła ciepła, którym w przypadku pomp powietrze-woda jest powietrze atmosferyczne, natomiast sprawność i wydajność instalacji solarnej jest uzależniona od natężenia promieniowania słonecznego. Sprawia to, że oba systemy działają najefektywniej w podobnych warunkach pogodowych (dużo słońca = ciepłe powietrze).

Z drugiej strony system produkcji ciepła zbudowany w oparciu o pompę ciepła i kolektory słoneczne umożliwia bardzo ekonomiczną pracę na potrzeby CWU, gdyż w ciągu słonecznych dni pompa w ogóle może się nie uruchamiać, co znacznie zmniejsza zużycie energii elektrycznej i wydłuża żywotność pompy.

11. Jakie są najczęstsze błędy popełniane przy doborze pompy ciepła?

Przemysław Radzikiewicz z firmy Dimplex za najczęściej popełniany błąd uważa zły dobór urządzeń. „Najczęstszym błędem popełnianym przy doborze pomp ciepła jest niedopasowanie samych jednostek do zapotrzebowania na ciepło budynku. Często zdarza się, że wybierane jednostki są niedowymiarowane, co skutkuje nadmiernym wychładzaniem dolnego źródła a przede wszystkim niespełnieniem oczekiwań inwestora. Również poprawny dobór urządzeń dodatkowych, np. zasobników cwu i co, pomp obiegowych czy zaworów, a także algorytmów sterowania jest nieodzowny do prawidłowego oraz ekonomicznego funkcjonowania całego systemu.”

Na ten fakt zwraca również uwagę Małgorzata Smuczyńska z firmy Nibe- Biawar. Mówi jednak, że działa to również w drugą stronę: „Błędem, mającym poważne konsekwencje jest zły dobór mocy grzewczej pompy ciepła do faktycznego zapotrzebowania na ciepło budynku. W konsekwencji za małej mocy pompy ciepła w stosunku do zapotrzebowania na ciepło użytkownik może spodziewać się wyższych rachunków za energię elektryczną (efekt zbyt częstego włączania się grzałki elektrycznej wbudowanej w pompie ciepła, która przejmuje rolę głównego źródła ciepła w budynku).” Uniknięcie błędu możliwe jest przez dobór mocy urządzenia na 90-100% zapotrzebowania na ciepło budynku.

Małgorzata Smuczyńska zwraca również uwagę na właściwe zwymiarowanie kolektora gruntowego. „Niedowymiarowanie kolektora gruntowego to błąd, jaki pojawia się zazwyczaj w wyniku złej oceny przewodności cieplnej gruntu lub nie zachowania minimalnych odległości poszczególnych pętli kolektora gruntowego. Zbyt duże obciążenie dolnego źródła, spowodowane jego niedowymiarowaniem, może spowodować zmniejszanie się temperatur źródeł ciepła w kolejnych okresach grzewczych, zwłaszcza jeżeli nie zapewniono wystarczającej regeneracji dolnego źródła ciepła. Na uniknięcie tego typu błędu pozwala wykonanie rozpoznania geologicznego z map geologicznych i wyliczenie średniej wartości współczynnika przewodzenia ciepła. Prawidłowe zwymiarowanie ułatwia stosowanie programów symulacyjnych do doboru wymienników ciepła, które uwzględniają bezpieczne wartości współczynników przewodzenia ciepła.”

Jednym z częstszych błędów jest niewłaściwy dobór zasobnika wody użytkowej. Fachowcy zapominają często, że pompa ciepła, jako urządzenie pracujące na niskich parametrach wymaga większej niż kocioł grzewczy powierzchni wymiany ciepła. Dlatego też do współpracy z nią należy dobierać specjalne zasobniki o znacznie powiększonej powierzchni wężownicy lub z zewnętrznym wymiennikiem płytowym. W przypadku złego doboru zasobnika i zbyt małej powierzchni odbioru ciepła, użytkownik systemu będzie miał problem ze zbyt niską temperaturą CWU lub zbyt wysokim rachunkiem za energię elektryczną (w przypadku gdy woda dogrzewana będzie do zadanej temperatury przez grzałkę elektryczną).

12. Jakie są najczęstsze błędy instalacyjne i czym skutkują?

Najpowszechniejszym błędem instalacyjnym jest najbardziej banalna fuszerka. Niedbale wykonywane są dolne źródła, co skutkuje gorszą ich regeneracją. Z kolei niedokładnie wykonana izolacja wejścia dolnego źródła do pompy ciepła powoduje wykraplanie, a nawet obladzanie rur. Fachowcy radzą również, aby pilną uwagę zwracać na właściwe wykonanie odprowadzenia skroplin w pompach na powietrze zewnętrzne.

Niestety błędy w projektach oraz wykonaniu instalacji można by długo wymieniać – trzy powyższe to jedynie przykłady. Dlatego zachęcamy do korzystania ze sprawdzonych fachowców, których uczciwość, solidność i profesjonalizm są potwierdzone przez ludzi, którym ufamy.

13. Na jakiej podstawie ocenić, jaki rodzaj pompy ciepła będzie odpowiedni dla danego budynku?

Marcin Demczuk z firmy Vaillant wymienia: „Ważnych jest wiele czynników – wysokość nakładów, jakie inwestor chce ponieść na zakup i montaż systemu, położenie geograficzne budynku, zapotrzebowanie na ciepło, typ instalacji grzewczej, z którą pompa będzie współpracować. Trzeba zapytać, czy pompa ciepła ma spełniać tylko funkcje grzewcze, czy ma również zapewnić wentylację z odzyskiem ciepła? Czy będzie zapewniać chłodzenie w okresie letnim? Czy chcemy zapewnić zdalne sterowanie pompą? Dobór pompy ciepła to także uwzględnienie lokalnych uwarunkowań: wielkości niezabudowanej powierzchni działki czy rodzaju gruntu na działce.”

Jak widać właściwy dobór pompy ciepła zależy od tylu czynników, że powinien być wykonywany dla konkretnego domu budowanego w konkretnym miejscu. Decyzja o zakupie pompy ciepła jest bardzo ważna, więc podejmując ją, należy zwrócić się do fachowców dysponujących wiedzą oraz doświadczeniem.