Edukacja społeczeństwa w zakresie zalet użytkowania pomp ciepła spada na barki producentów tych urządzeń. Dlatego w poniższym artykule dokładnie tłumaczymy, co to jest pompa ciepła i jak działa.
Pompa ciepła – co to jest?
Współcześnie, gdy stoimy u progu kryzysu klimatycznego, ochrona środowiska naturalnego jest obowiązkiem nas wszystkich. Jak zwraca uwagę Polska Organizacja Rozwoju Pomp Ciepła (PORT PC), chłodzenie i ogrzewanie budynków, które obecnie zasilane jest w większości z paliw kopalnych, przyczynia się w Europie aż do 38% emisji dwutlenku węgla. Jak wynika z dostępnych danych, Polska należy do tych krajów Wspólnoty, które rocznie emitują najwięcej gazów cieplarnianych.
Dlaczego mówimy o tym wszystkim? Dlatego, że stanowisko Polskiej Organizacji Rozwoju Pomp Ciepła jest jasne: to właśnie pompy ciepła są najważniejszą technologią, umożliwiającą wyraźne zmniejszenie emisji dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych, produkowanych w efekcie ogrzewania budynków.
Pompa ciepła to urządzenie, które umożliwia przenoszenie energii cieplnej z jednego obszaru do drugiego. W zależności od trybu pracy, może służyć do ogrzewania lub chłodzenia pomieszczeń. W przypadku ogrzewania, pompa ciepła pobiera ciepło z otoczenia i przekazuje je do wnętrza budynku, podnosząc tym samym temperaturę. Natomiast w procesie chłodzenia proces ten się odwraca – pompa usuwa ciepło z wnętrza domu i przekazuje je na zewnątrz.
Jak właściwie działa pompa ciepła?
No dobrze, wiesz już, czym jest pompa ciepła, ale jak właściwie dochodzi do ogrzewania pomieszczeń z użyciem tego urządzenia? Pompa ciepła działa na zasadzie cyklu termodynamicznego, wykorzystując trzy główne elementy: parownik, sprężarkę oraz skraplacz + zawór rozprężny. Cały proces możemy wyjaśnić, wyróżniając następujące etapy:
- Na początkowym etapie dochodzi do pobierania ciepła, czyli parowania. W parowniku czynnik chłodniczy pobiera ciepło z otoczenia (powietrza, wody, gruntu), co powoduje jego parowanie i dodatkowo niewielkie podniesienie jego temperatury.
- Na kolejnym etapie następuje sprężanie pary chłodniczej przy użyciu sprężarki. Proces ten podnosi temperaturę i ciśnienie pary, co jest kluczowe dla przenoszenia ciepła do wnętrza budynku.
- Kolejnym etapem procesu termodynamicznego jest skraplanie, czyli oddawanie ciepła. Sprężona para chłodnicza przemieszcza się do skraplacza, gdzie oddaje ciepło do układu grzewczego wewnątrz budynku. W wyniku tego procesu para kondensuje się z powrotem w ciecz.
- Teraz następuje rozprężanie. Ciecz chłodnicza przechodzi przez zawór rozprężny, gdzie ciśnienie zostaje obniżone, co powoduje chłodzenie cieczy.
Po zakończeniu tego cyklu, czynnik chłodniczy wraca do parownika, aby rozpocząć kolejny cykl, a cały proces może się powtarzać.
Chociaż pompy ciepła składają się przede wszystkim z parownika, sprężarki, skraplacza czy zaworu rozprężnego, mogą być wyposażone w dodatkowe elementy, takie jak zawór 4-drogowy. Odpowiada on za przepływ czynnika chłodniczego w dwóch kierunkach, co umożliwia pompie działanie jako urządzenia do ogrzewania pomieszczeń zimą i ich chłodzenia latem.
Rodzaje pomp ciepła
Już wcześniej wspomnieliśmy o tym, że pompa ciepła energię niezbędną do zasilania instalacji grzewczej może pobierać z różnych źródeł. Stosując jako kryterium dolne źródło ciepła, możemy wyróżnić trzy rodzaje pomp ciepła: powietrzne, gruntowe oraz wodne.
W innym artykule omawiamy różnice między pompa ciepła monoblok a split.
Powietrzne pompy ciepła
Powietrzne pompy ciepła pobierają ciepło z powietrza zewnętrznego i wykorzystują je do ogrzewania budynków. Są łatwe w instalacji i często stosowane w przypadku budynków mieszkalnych oraz komercyjnych. Mogą być skuteczne nawet w chłodniejszych klimatach, chociaż ich efektywność może maleć wraz z obniżeniem się temperatury na zewnątrz.Pompy ciepła powietrze-woda montuje się w Polsce zdecydowanie najczęściej. W 2022 roku, który dla naszej branży był bardzo owocny, spośród nieco ponad 203 tysięcy zainstalowanych urządzeń, aż 188,2 tysiąca stanowiły właśnie pompy powietrzne.
Gruntowe pompy ciepła
Gruntowe pompy ciepła inaczej nazywane są pompami solanka-woda. Wykorzystują one energię zgromadzoną w gruncie jako dolne źródło ciepła. Ciepło jest pobierane za pomocą poziomych lub pionowych pętli lub rur zakopanych w ziemi. Pompy ciepła gruntowe mogą być bardziej efektywne niż powietrzne pompy ciepła, ponieważ temperatura gleby jest bardziej stabilna niż temperatura powietrza na zewnątrz, co prowadzi do większej efektywności energetycznej.
Dlaczego w takim razie we wspomnianym 2022 roku sprzedano zaledwie 7,2 tysiąca tego typu pomp ciepła? Dużą przeszkodą dla inwestorów jest konieczność wykonania kosztownych odwiertów i wykopów dla kolektorów poziomych i pionowych. Poza tym sama ingerencja w działkę może zostać przeprowadzona tylko w określonych warunkach.
Wodne pompy ciepła
Wodne pompy ciepła wykorzystują ciepło z wód gruntowych, takich jak jeziora, rzeki czy studnie. Mogą być szczególnie efektywne w regionach, gdzie dostępne są odpowiednie zasoby wodne. Pompy ciepła wodne mogą być zainstalowane na brzegach lub na dnie zbiorników wodnych.
W 2022 roku sprzedano blisko 8 tysięcy wodnych pomp ciepła, co oznacza, że były one popularniejsze, niż urządzenia gruntowe.
Co trzeba wziąć pod uwagę, dobierając moc pompy ciepła?
Podczas wybierania odpowiedniego urządzenia, nie wystarczy tylko znajomość poszczególnych rodzajów pomp ciepła. Kluczową rolę odgrywa też moc pompy ciepła, która jest wyrażana w kilowatach (kW). To właśnie odpowiednia moc jest gwarantem odpowiedniego i efektywnego ogrzewania budynku. Główne kwestie, które należy przeanalizować na etapie dobierania mocy urządzenia, są następujące:
- termoizolacja budynku – pierwszym krokiem jest ocena izolacji budynku. Im lepsza izolacja, tym mniejsza moc pompy ciepła będzie potrzebna do utrzymania komfortowej temperatury w budynku. Dobrze izolowane budynki wymagają mniejszej mocy grzewczej, co przekłada się na niższe koszty eksploatacji;
- powierzchnia ogrzewanych pomieszczeń – ważne jest określenie całkowitej powierzchni, która będzie ogrzewana przez pompę ciepła. Im większa powierzchnia, tym większa będzie wymagana moc pompy ciepła;
- lokalizacja geograficzna – klimatyczne warunki regionu, w którym znajduje się budynek, mają wpływ na wybór odpowiedniej mocy pompy ciepła. W chłodniejszych klimatach może być konieczne wybranie pompy ciepła o większej mocy (więcej o tym piszemy w artykule pt. Pompa ciepła a mrozy);
- rodzaj pompy ciepła – rodzaj pompy ciepła, o którym mówiliśmy wyżej, również wpływa na dobór mocy. Pompy ciepła gruntowe często mają większą moc niż powietrzne pompy ciepła, co wynika z większej stabilności temperatury dolnego źródła ciepła;
- zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową – należy przeanalizować dokładne przeznaczenie urządzenia. Jeśli pompa ma również służyć do przygotowania ciepłej wody użytkowej, należy wziąć to pod uwagę przy doborze mocy, aby zapewnić wystarczającą ilość ciepłej wody w całym budynku;
- efektywność energetyczna – dobór pompy ciepła o odpowiedniej mocy powinien uwzględniać także jej efektywność energetyczną. Ważne jest wybranie urządzenia, które zapewni optymalną wydajność przy minimalnym zużyciu energii.
Dobór odpowiedniej mocy pompy ciepła wymaga zazwyczaj współpracy z doświadczonym instalatorem lub specjalistą ds. systemów HVAC, który może przeprowadzić dokładne obliczenia i doradzić odpowiednią wielkość urządzenia dla konkretnego budynku.
Jakie ogrzewanie mogą zasilać pompy ciepła?
Ze względu na to, że pompy ciepła są rozwiązaniem stosunkowo nowym, wiele osób jest przekonanych, że mogą one współpracować tylko z nowoczesnymi instalacjami, takimi jak ogrzewanie podłogowe. A jak to to wygląda w rzeczywistości?
Pompa ciepła zasilająca ogrzewanie płaszczyznowe faktycznie jest opcją najbardziej opłacalną i ekonomiczną:
- pompy ciepła mogą być wykorzystywane do zasilania ogrzewania podłogowego, gdzie ciepło jest emitowane przez specjalne rury lub elementy grzejne umieszczone pod podłogą. Jest to efektywny sposób ogrzewania, który zapewnia równomierne rozprowadzenie ciepła w pomieszczeniu;
- podobnie jak w przypadku ogrzewania podłogowego, pompy ciepła mogą zasilać ogrzewanie ścienne, gdzie ciepło jest emitowane przez panele grzewcze zamontowane na ścianach pomieszczenia. To także zapewnia komfortowe ogrzewanie.
Dzięki ogrzewaniu płaszczyznowym można osiągnąć komfort termiczny przy niższych temperaturach. To przekłada się nie tylko na efektywność pompy ciepła i oszczędności w zużyciu energii, ale też na możliwość kupna urządzenia o mniejszej mocy.
Podkreślmy jednak, że pompa ciepła może być również skutecznie połączona z tradycyjnymi instalacjami grzewczymi, takimi jak grzejniki. Pompy ciepła są w stanie efektywnie podgrzewać wodę do odpowiedniej temperatury, aby zasilać grzejniki w pomieszczeniach.
Efektywność pompy ciepła: czym są współczynniki COP i SCOP?
By przed zakupem ocenić działanie pompy ciepła, powinieneś wiedzieć, jak ocenić efektywność konkretnego urządzenia. Jest to niezwykle istotne w kontekście oszczędności energetycznych i ochrony środowiska. W ocenie efektywności pompy ciepła pomagają nam dwa kluczowe współczynniki: COP (Coefficient of Performance) i SCOP (Seasonal Coefficient of Performance).
COP jest stosunkiem ilości ciepła dostarczonego do pomieszczenia do ilości energii elektrycznej zużytej przez pompę ciepła. Innymi słowy, im wyższy COP, tym bardziej efektywnie pompa ciepła przekształca energię elektryczną na ciepło. Jest to wskaźnik przydatny do oceny wydajności pompy ciepła w danym momencie, jednak nie uwzględnia on zmienności warunków zewnętrznych i sezonowych.
Z kolei SCOP jest rozszerzeniem koncepcji COP, uwzględniającym wspomnianą wyżej zmienność warunków sezonowych. Ocenia on efektywność pompy ciepła w ciągu całego sezonu grzewczego, uwzględniając m.in. zmienność temperatury otoczenia. W przeciwieństwie do COP, który odnosi się do konkretnego punktu czasowego, SCOP daje bardziej wszechstronne spojrzenie na efektywność systemu grzewczego przez cały okres eksploatacji.
Optymalny współczynnik SCOP może być różny dla konkretnej strefy klimatycznej czy rodzaju instalacji centralnego ogrzewania. Umownie można przyjąć, ze dobry współczynnik SCOP powinien mieścić się w przedziale 3,5-5.
Montaż pompy ciepła – dlaczego warto się na niego zdecydować?
Montaż pompy ciepła to inwestycja w komfortowe i efektywne ogrzewanie domu, ale też inne wieloletnie korzyści. Gruntowa, wodna czy powietrzna pompa ciepła wiąże się z przede wszystkim z następującymi aspektami:
- oszczędność energii – pompy ciepła są one znacznie bardziej efektywne od tradycyjnych systemów grzewczych. Dzięki temu możesz obniżyć rachunki za energię nawet o 40%;
- ekologiczność – urządzenia te emitują znacznie mniej dwutlenku węgla niż tradycyjne kotły opalane paliwami kopalnymi. Korzystając z pompy ciepła, możesz zmniejszyć swój ślad węglowy i przyczynić się do ochrony środowiska;
- niezależność energetyczna – wybierając pompę ciepła, uzyskujesz niezależność energetyczną. Nie musisz polegać na dostawach paliw kopalnych, co chroni Cię przed ich cenowymi i dostępowymi wahaniami. Jeszcze więcej korzyści daje połączenie pompy z instalacją fotowoltaiczną;
- komfort i wszechstronność – pompy ciepła mogą być wykorzystywane nie tylko do ogrzewania domu, ale także do chłodzenia pomieszczeń oraz do przygotowywania ciepłej wody użytkowej.
Montaż pompy ciepła to inwestycja w komfort, oszczędność, ekologię i niezależność. To rozwiązanie, które przynosi korzyści zarówno teraz, jak i w przyszłości, sprawiając, że Twój dom staje się bardziej przyjazny dla Ciebie i dla środowiska.
Pompa ciepła – dlaczego jej montaż dziś jest opłacalny?
Podsumowując artykuł, warto zauważyć, że obecnie istnieje wiele programów, które czynią inwestycję w pompę ciepła niezwykle atrakcyjną – zarówno na poziomie Unii Europejskiej, jak i rządów krajowych. Programy takie jak Czyste Powietrze czy Moje Ciepło oferują znaczne wsparcie finansowe na zakup i instalację urządzenia, a także na poprawę efektywności energetycznej budynku.
Obowiązujące nieustannie ulgi podatkowe oraz dostępne dofinansowania sprawiają, że inwestycja w pompę ciepła w 2024 roku jest nie tylko korzystna dla środowiska i komfortu mieszkańców, ale także bardzo opłacalna z ekonomicznego punktu widzenia. Dzięki temu właśnie teraz jest najlepszy moment, by skorzystać z tych programów i uczynić swój dom bardziej ekologicznym i oszczędnym.
Przeczytaj też artykuł pt. Pompa ciepła – rodzaje.
