Pompy ciepła
Dlaczego coraz częściej wybieramy pompy ciepła zamiast tradycyjnego ogrzewania naszych domów?

Węzeł grzewczy oparty o pompę ciepła to mechanizm, którego podstawowym zadaniem jest "transport" ciepła o niższej temperaturze, do miejsca o wyższej temperaturze. Ten ciekawy proces jest możliwy, dzięki odpowiedniej konstrukcji pompy.

Aby pompa mogła zadziałać, jedyne, czego potrzebuje, to prąd. Eliminuje to konieczność podłączania do domu instalacji gazowej czy innego źródła paliwa stałego czy ciekłego. W związku z tym, jest to inwestycja ekologiczna, bezpieczna i oszczędna.

Jedyne o czym trzeba pamiętać to, że gruntowa pompa ciepła wymaga kolektor źródła dolnego. Warto zaznaczyć, że pompę ciepła należy dobrać indywidualnie do potrzeb danego obiektu. Zapotrzebowanie na energię cieplną bardzo różni się w zależności od wielu czynników.

Ponadto pompa ciepła może być ciekawym elementem wystroju wnętrza Twojego domu. Nie wszystkie pompy muszą być ulokowane w kotłowni, niektórzy producenci oferują nowoczesne i designersko wyglądające pompy. Dlatego poważnie się zastanów czy wolisz mieć nieładny i nieekologiczny kocioł gazowy, czy może jednak elegancką i nowoczesną pompę ciepła, która chroni środowisko korzystając z odnawialnych źródeł energii?

Pompa ciepła zbudowana jest z automatyki pomiarowo-wykonawczej, wymienników energii oraz układu freonowego którego sercem jest sprężarka. W układzie tym krąży ekologiczny czynnik chłodniczy R407C lub R410a. Czynnik freonowy w pompie ciepła pośredniczy w transporcie ciepła do instalacji grzewczej. Podczas całego procesu produkcji ciepła czynnik roboczy z postaci cieczy zamienia się w gaz. Gaz transportując ciepło w trafia do sprężarki gdzie jego temperatura zostaje zwielokrotniona po czym w wymienniku pośrednim gaz oddaje ciepło instalacji grzewczej. Dlatego też miernikiem energooszczędności pracy pompy ciepła jest COP(współczynnik wydajności cieplnej). COP obliczany jest na podstawie uzyskanej energii grzewczej w stosunku do energii zużytej do wytworzenia ciepła. Dla przykładu pompa ciepła o mocy grzewczej 6 kW zużywa 1,5 kW energii elektrycznej. Bufor w instalacji z pompą ciepła umożliwia zmagazynowanie energii cieplnej w godzinach których jest najtańsza energia elektryczna.

Gruntowe pompy ciepła w porównaniu do pomp powietrznych nie wymagają dodatkowego źródła ciepła tj. kominek, piec stałopalny. Instalując pompę ciepła możesz zrezygnować z drogiego przewodu kominowego. Wystarczy jedynie instalacja elektryczna.

ZASADA DZIAŁANIA POMPY CIEPŁA OPIERA SIĘ NA DWÓCH GŁÓWNYCH PROCESACH ZACHODZĄCYCH W POMPIE CIEPŁA. PIERWSZYM PROCESEM JEST POCHŁANIANIE CIEPŁA PRZEZ ODPAROWANIE CZYNNIKA CHŁODNICZEGO. DRUGIM PROCESEM JEST ODDAWANIE CIEPŁA POPRZEZ SKRAPLANIE CZYNNIKA CHŁODNICZEGO. ENERGIA POTRZEBNA DO ODPAROWANIA CZYNNIKA W UKŁADZIE CHŁODNICZYM POBIERANA JEST Z DOLNEGO ŹRÓDŁA NATOMIAST PODNIESIENIE TEMPERATURY CZYNNIKA NASTĘPUJE POPRZEZ MECHANICZNE PODNIESIENIE CIŚNIENIA PRZEZ SPRĘŻARKĘ.

Do odbierania energii cieplnej ze środowiska pompa ciepła używa źródło dolne. Źródłem dolnym w gruntowych pompach ciepła jest odwiert pionowy albo kolektor poziomy. W pompach ciepła woda-woda energia cieplna jest odbierana za pomocą wymiennika pośredniego.W powietrznych pompach ciepła rolę źródła dolnego pełni wentylator z wymiennikiem zamontowanym na zewnątrz budynku.

Rolę czynnika roboczego krążącego w zamkniętym układzie freonowym przejmuje gaz R407C lub R410a. Obydwa czynnik są bezpieczne dla środowiska oraz nie zagrażają życiu.

Wydajność pompy ciepła a współczynnik COP Współczynnik wydajności nowoczesnych pomp ciepła wynosi od 3,5 do 5,5. Przykładowo współczynnik na poziomie 4 oznacza, że oddawane jest cztery razy tyle energii w postaci ciepła grzewczego, niż zużyto energii elektrycznej do podniesienia temperatury. COP jest parametrem służącym do oceny efektywności energetycznej pompy ciepła dla danych parametrów pracy ustalonych w oparciu o normę DIN EN 14511 (stara norma EN 255). Współczynnik COP mierzony jest w określonych punktach pracy pompy.

Tab. 1 Punkty pracy według normy DIN EN 14511

Rodzaj pompy ciepła	Temperatura źródła dolnego	Temperatura zasilania obiegu grzewczego
Powietrze/Woda	A 2 °C	W 35 °C
Solanka/Woda	B 0 °C	W 35 °C
Solanka/Woda	B 0 °C	W 50 °C
Woda/Woda	W 10 °C	W 35 °C

Wyk. 1 Zależność COP od temperatury zasilania obiegu grzewczego

Im mniejsza jest różnica między temperaturą zasilania obiegu grzewczego a temperaturą źródła dolnego, tym wyższy jest współczynnik wydajności COP.

Współczynnik COP jest miarą efektywności i definiuje się go jako ilość oddanej na wysokim poziomie termicznym energii w procesie skraplania, przez nakład pracy niezbędną do podniesienia temperatury w czasie sprężania czynnika chłodzącego.

UWAGA: Dla tego samego źródła dolnego, instalacja pompy ciepła z ogrzewaniem podłogowym posiada wyższy współczynnik COP o 35% – 50% niż systemy z grzejnikami. Trzeba mieć świadomość, że instalacja pompy ciepła współpracująca z ogrzewaniem grzejnikowym, czyli w warunkach A2/W50 będzie miała COP dużo niższe, co uczyni inwestycję mniej opłacalną.

ZE WZGLĘDU NA POBÓR CIEPŁA Z NATURALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII MOŻEMY PODZIELIĆ POMPY CIEPŁA WEDŁUG RODZAJÓW NA POWIETRZNE ORAZ GRUNTOWE. DOLNYM ŹRÓDŁEM DLA GRUNTOWEJ POMPY CIEPŁA JEST GRUNT LUB WODA GRUNTOWA. NATOMIAST POWIETRZNE POMPY CIEPŁA NIE WYMAGAJĄ INSTALACJI DOLNEGO ŹRÓDŁA. CIEPŁO ODBIERAJĄ Z POWIETRZA ATMOSFERYCZNEGO. SKOK TECHNOLOGICZNY W ICH PRZYPADKU WPŁYNĄ NA WZROST POPULARNOŚCI NA RYNKACH ŚWIATOWYCH. ZWIĘKSZAJĄC UDZIAŁ W SPRZEDAŻY NA RYNKU POLSKIM.

Pompa ciepła powietrze-woda

Powietrzne pompy ciepła dzięki rozwojowi technologii sprężarek oraz wymienników ciepła są dobrą alternatywą dla tradycyjnych źródeł ogrzewania polegających na spalaniu paliw stałych czy gazu.

Na rynku dostępne są powietrzne pompy ciepła typu split oraz monoblock. Obydwa typy różnią się budową. Pompy ciepła typu split składają się z dwóch jednostek: zewnętrznej oraz wewnętrznej połączonych układem freonowym. Instalację powietrznej pompy ciepła typu split wykonuje wyspecjalizowany w układach freonowych instalator. Splity są znacznie bardziej odporne na uszkodzenia, w przypadku zaniku prądu nie dochodzi do zamarznięcia wody w układzie i do rozsadzenia wymiennika ciepła.

W Pompach ciepła typu monoblock cały układ freonowy wraz z automatyką znajduje się w jednej obudowie. Monoblocki charakteryzują się bardzo łatwą instalacją. Wystarczy podłączyć pompę ciepła do instalacji grzewczej układem hydraulicznym. Do instalacja urządzenia wystarczy sprawny hydraulik.

Powietrzne pompy ciepła bardzo dobrze sprawdzają się w układach biwalentnych przy modernizacjach starych instalacji grzewczych oraz coraz częściej są instalowane jako jedyne źródła ogrzewania w nowoczesnych ekologicznych domach. Powietrzna pompa ciepła jest prosta w instalacji. Wymaga jedynie podłączenia zasilania trójfazowego oraz niewiele miejsca na zewnątrz budynku.

Wśród powietrznych pomp ciepła można kupić urządzenia do instalacji CO i CWU oraz tylko do CWU.

Gruntowa Pompa ciepła( solanka-woda / woda-woda )

Gruntowe pompy ciepła stanowią grupę urządzeń monowalentnych nie potrzebujących dodatkowych źródeł ciepła do ogrzewania budynku.

Gruntowe pompy ciepła prócz możliwości ogrzewania budynków zapewniają ciepłą wodę użytkową, klimatyzację a także znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle.

Instalacja gruntowej pompy ciepła jest znacznie bardziej skomplikowana. Instalacja gruntowej pompy ciepła składa się ze źródła dolnego(kolektor płaski lub kolektor pionowy), rozdzielacza, studni, pompy ciepła, pompy obiegowej dolnego źródła, odpowietrzników, rotametrów.

Koszt instalacji gruntowej pompy ciepła jest dwu a nawet trzy krotnie wyższy niż w przypadku powietrznych pomp ciepła i zależny jest od kosztów wykonania źródła dolnego.

Gruntowe pompy ciepła posiada stałe wysokie cop dzięki temperaturze źródła dolnego które jest dodatnie.

POMPA CIEPŁA W ZALEŻNOŚCI OD WARUNKÓW USTALONEJ PRACY CHARAKTERYZUJE SIĘ RÓŻNYMI MOCAMI. DLATEGO TEŻ ODPOWIEDNI DOBÓR URZĄDZENIA JEST TAK WAŻNY. ALE CO TO ZNACZY W PRAKTYCE? WARUNEK PRACY B0/W35 DLA POMPY CIEPŁA – OZNACZA ŻE TEMPERATURA GLIKOLU NA ZASILANIU POMPY CIEPŁA WYNOSI 0 ST. C A TEMPERATURA WODY WYCHODZĄCEJ Z NASZEGO URZĄDZENIA WYNOSI 35 ST. C. JEST PRAWIDŁOWY PARAMETRY W PRZYPADKU OGRZEWANIA NISKOTEMPERATUROWEGO PODŁOGOWEGO LUB GRZEJNIKOWEGO. PARAMETR PRACY B0/W35 TO TAKŻE NISKIE KOSZTY OGRZEWANIA NA KTÓRYCH TAK WSZYSTKIM ZALEŻY INSTALUJĄC POMPĘ CIEPŁA.

Pompa ciepła jako urządzenie grzewcze wymaga dokładnego doboru mocy grzewczej oraz starannego skojarzenia z innymi elementami instalacji. Źle dobrana pompa ciepła o zbyt małej mocy nie będzie w stanie zapewnić komfortu cieplnego oraz dogrzać odpowiednio budynku. Natomiast pompa ciepła o zbyt dużej mocy spowoduje niepotrzebne koszty ogrzewania. A to może postawić opłacalność całej inwestycji pod znakiem zapytania. Podstawowym elementem każdej pompy jest sprężarka. Od niej zależy trwałość urządzenia. Pompy ciepła ze spreżarką spiralną - typu scroll mogą pracować około 100 tys. godzin bezawaryjnie. Należy pamiętać, że sprężarka pompy ciepła nie działa w trybie ciągłym.

W celu obliczenia zapotrzebowania na moc pompy ciepła można wykorzystać następujące metody. Pierwszą metodą jest obliczenie według obowiązującej normy PN/EN 12831, drugą metodą jest obliczenie według wskaźników mocy. Podczas projektowania instalacji w nowy lub modernizowanym budynku można obliczyć w sposób przybliżony parametry instalacji, operując wskaźnikami mocy podanymi w poniżej zamieszczonej tabeli.

Tab 1. Szacunkowe ustalenie obciążenia grzewczego na podstawie powierzchni i kubatury

Typ domu	Rekuperacja/Izolacja cieplna	Rodzaj szyb	powierzchnia ogrzewana [W/m2]	Kubatura ogrzewana [W/m3]
Budynek pasywny	Tak/Tak	Szyby potrójnie izolowane cieplnie	15 W/m2	10 W/m3
Budynek niskoenergetyczny	Tak/Tak	Szyby izolowane cieplnie	25-40 W/m2	10-16 W/m3
Nowe budownictwo	Nie/Tak	Szyby izolowane cieplnie	40-60 W/m2	16-25 W/m3
Budynki po modernizacji	Nie/Tak	Podwójne szyby	60-80 W/m2	25-30 W/m3
Budynek niezmodernizowany	Nie/Nie	Podwójne szyby	100 W/m2	40 W/m3 lub więcej

Do tego należy dodać zapotrzebowanie mocy grzewczej do ciepłej wody użytkowej na osobę według tabeli.

Tab 2. Szacunkowe ustalenie zapotrzebowania mocy cieplnej na podgrzew c.w.u.

	Zapotrzebowanie C.W.U. o temperaturze 45 st. C	Zalecany dodatek do podgrzewu C.W.U.
Szacowane zapotrzebowanie na ciepłą wodę	[dm3/osoba]	[kW/osoba]
Niskie zapotrzebowanie	45	0,25
Średnie zapotrzebowanie	80	0,50
Wysokie zapotrzebowanie	120	0,70
Bardzo wysokie zapotrzebowanie	160-325	0,90-1,50

Przykładowe obliczenie doboru pompy ciepła

Dla nowego domku jednorodzinnego ocieplonego styropianem o grubości 10 cm należy wstępnie dobrać pompę ciepła pracującą na cele centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej. Ponieważ mamy zaprojektowane ogrzewanie podłogowe punkt pracy gruntowej pompy ciepła wynosi B0W35. Całkowita moc cieplna obliczeniowa niezbędna do doboru Pompy ciepła jest suma mocy na potrzeby centralnego ogrzewania i mocy na podgrzew ciepłej wody użytkowej bądź dodatku do podgrzewu c.w.u.

Powierzchnia ogrzewana	180 m2
Wysokość pomieszczeń	2,65 m
Rodzaj gruntu	piach wilgotny
Rodzaj instalacji centralnego ogrzewania	ogrzewanie podłogowe
Liczba mieszkańców	4 osoby
Jednostkowe zapotrzebowanie na CWU	50 dm3/dobę
Powierzchnia działki	350 m2

Zgodnie z pierwszą tabelą określamy zapotrzebowanie na ciepło w zależności od rodzaju budynku. W naszym przypadku wynosi 50[w/m2].



Zapotrzebowanie na podgrzew ciepłej wody użytkowej ustalamy zgodnie z drugą tabelą. Zapotrzebowanie na CWU o temperaturze 45 st.C wynosi 80l [dzień/osoba] = 0,5



Całkowita zapotrzebowanie na moc grzewczą pompy ciepła wynosi 11 kW.