Jaka pompa ciepła dla budynku jednorodzinnego ? Przed takim wyborem często stają inwestorzy już nawet na etapie wylewania fundamentów. Odpowiedzi jest kilka, poniżej postaram się rozjaśnić różnice pomiędzy tymi urządzeniami.
Pompa powietrzna czy gruntowa?
Na początku naszych rozważań, należy poznać zasadę działania pompy ciepła.
Pompa ciepła jest urządzeniem służącym do ogrzewania budynków, przygotowywaniu ciepłej wody użytkowej, a niektóre modele potrafią również schłodzić budynek latem. Z wyglądu może przypominać lodówkę, lub klimatyzator (w przypadku pomp powietrznych). Pompa ciepła realizuje Obieg Lindiego tzn. przekazuje energię z miejsca o niższej temperaturze do obszaru o wyższej temperaturze. Z lekcji fizyki wiemy, że w naturze jest dokładnie odwrotnie, jednak pompa ciepła wymusza taki obieg dzięki zastosowaniu sprężarki i dostarczeniu energii elektrycznej z zewnątrz. Więc dlaczego w nazwie znajduje się słowo pompa ? Dlatego że wykorzystuje to samo zjawisko które zachodzi w lodówkach czy klimatyzatorach, moża powiedzieć że „przepompowuje” ciepło , tym samym wymuszając odwrotny obieg energii.
Standardowo pompy ciepła wyposażone są w skraplacz, parownik, sprężarkę, zawór rozprężny, oraz czynnik chłodniczy służący do przekazywania energii. Poniżej postaram się po krótce opisać jaką rolę spełnia każdy z elementów, jednocześnie opisując pracę pompy ciepła.
Sprężarka zainstalowana w pompie ciepła zasysa czynnik roboczy (obecnie najczęściej stosowany jest R407c, R410A jednak jest to temat na osobny wpis) pod postacią pary z parownika. Następnie czynnik jest sprężany dzięki dostarczeniu energii z zewnątrz (prąd). Nagły wzrost ciśnienia, powoduje zwiększenie temperatury o kilkadziesiąt stopni. Następnie sprężony czynnik „wędruje” do skraplacza w którym pompa ciepła przekazuje energię do naszego systemu grzewczego. W związku z tym następuje ochłodzenie czynnika. Po oddaniu temperatury do instalacji grzewczej, zawór rozprężny (który dotychczas był zamknięty) otwiera się, następuje kolejny spadek temperatury oraz ciśnienia i czynnik pod postacią cieczy wędruje od parownika. W parowniku następuje ponowne podgrzanie czynnika za pomocą dolnego źródła ciepła (powietrze, grunt), ponowne odparowanie czynnika. Cały cykl się powtarza.
Mam nadzieję że chociaż trochę przybliżyłem wam proces jaki zachodzi w nie tylko w pompach ciepła, ale klimatyzatorach czy lodówkach, teraz musimy odpowiedzieć sobie na jeszcze jedno pytanie, mianowicie
Czym różni się pompa ciepła powietrzna od pompy ciepła gruntowej
Pompa ciepła powietrzna jak sama nazwa wskazuje pobiera ciepło z otaczającego nas powietrza, najczęściej jest to powietrze zewnętrzne, jednak ostatnimi czasy rosnącą popularnością cieszą się pompy ciepła podłączane do wentylacji czy pompy ciepła do ciepłej wody użytkowej, które często wykorzystują powietrze z pomieszczeń znajdujących się w budynku.
Dodatkowo w technologii pomp ciepła powietrznych wyróżniamy dwa główne rozwiązania – split oraz monoblok, a zatem czym się różnią pompy typu split od monobloków?
Pompa powietrzna typu monoblok, składa się z jednostki zewnętrznej w której zabudowany jest kompletny układ chłodniczy oraz komponenty automatyki: sprężarka, parownik skraplacz, zawór rozprężny, wentylator. Wszystko jest hermetyczne i zabudowane przez producenta. Więc z jednostki zewnętrznej bezpośrednio podpinamy system grzewczy. Zaletą takiego rozwiązania jest niewątpliwe fakt że czynnik chłodniczy w całości znajduje się na zewnątrz, więc ewentualne rozszczelnienie nie stanowi bezpośredniego zagrożenia dla mieszkańców. Dodatkowym atutem dla instalatora jest brak wykonywania połączeń na instalacji czynnika chłodniczego. Wadą natomiast jest konieczność wyprowadzenia rurociągu instalacji grzewczej na zewnątrz budynku, więc należy je dokładnie zabezpieczyć przed możliwością ewentualnego zamarznięcia. Przykładem pompy ciepła typu monoblok jest np. Nibe F2040, lub jej bardziej zaawansowana technologicznie siostra F2120 z nowoczesną sprężarką typu EVI.
Pompa powietrzna typu split, charakteryzuje się rozdzieleniem układu chłodniczego (z języka angielskiego split znaczy tyle co rozdzielić). W pompach ciepła typu split mamy jednostkę zewnętrzną w której znajduje się parownik, sprężarka, wentylator i zawór rozprężny, oraz jednostkę wewnętrzną w której znajdziemy skraplacz. Jednostka wewnętrzna najczęściej spotykana jest jako kompaktowe urządzenie do powieszenia na ścianie. Coraz częściej spotykamy jednostki wewnętrzne w formie wieży hydraulicznej, w której zabudowana jest cała automatyka oraz zasobnik ciepłej wody użytkowej. Przykładem takiej jednostki jest wieża hydrauliczna HK200S marki Nibe, w której oprócz skraplacza znajdziemy zasobnik CWU o pojemności 180L. Takie rozwiązanie jest dużo bardziej ergonomiczne.
Jak widać różnice między pompami powietrznymi typu split oraz monoblok są znaczące, więc wybór między jedną a drugą zależy od warunków w jakich pompa będzie zainstalowana. Warto nadmienić że w jednostkach zewnętrznych pomp typu split, znajduje się już okreśolna ilość czynnika chłodniczego która wystarcza tylko na określoną długość rurociągu (najczęściej 10 metrów) w związku z czym przy dłuższych rurociągach niezbędne będzie dodanie odpowiedniej ilości czynnika.
Pompy ciepła gruntowe jak w wynika z nazwy, jako dolne źródło ciepła wykorzystują energię skumulowaną w gruncie. I o ile w przypadku urządzeń nie znajdziemy takiego podziału jak przy pompach powietrznych, warto wspomnieć o kilku wariantach. Standardowo pompa gruntowa zawiera w sobie kompletny układ chłodniczy, zabudowaną automatykę (w tym pompę CO, pompę dolnego źródła) oraz sterownik. Przykładem takiej pompy jest Nibe F1126. Innymi wariantami może być pompa Nibe F1145 posiadająca sprężarkę inwerterową, która moduluje swoją mocą w zależności od zapotrzebowania (rodzaje sprężarek to temat na osobny artykuł). Przy pompach gruntowych również możemy spotkać wieże hydrauliczne, w których zabudowany jest zasobnik np. Nibe F1226.
Dużo bardziej istotne z punktu planowania inwestycji są rodzaje dolnego źródła z którymi współpracuje pompa ciepła gruntowa. Najbardziej popularnymi są wymienniki rurowe poziome oraz pionowe wypełnione glikolem, które najczęściej wykonuje się z rur HDPE.
Wymiennik poziomy pompy ciepła składa się z rury wkopanej poniżej strefy zamarzania, zwykle od 90cm do 150cm poniżej poziomu gruntu.
Niewątpliwą zaletą takiego wymiennika jest jego cena, która jest zdecydowanie niższa niż wykonanie wymiennika pionowego. Również prostota montażu, do którego w zasadzie wystarczy nam koparka. Jednak taki system posiada również wady, do których można zaliczyć rozległe prace ziemne związane z montażem. Niestety taki wymiennik również nie nadają się na działki o małej powierzchni, przykładowo dla domu o powierzchni 150m2, powierzchnia wymiennika będzie wynosić około 250m2 (dlaczego aż tyle?, to temat na osobny artykuł) a teren na którym znajduje się wymiennik musi być odsłonięty na działanie słońca, za pomocą którego się regeneruje. Na dodatek w miejscu gdzie znajduje się wymiennik poziomy nie możemy posadzić drzew, ponieważ korzenie mogą uszkodzić rurociąg.
Wymiennik pionowy jest rzadziej stosowaną technologią, jednak czy gorszą? Na wstępnie należy nadmienić że jest to rozwiązanie zdecydowanie droższe i bardziej skomplikowane niż wymiennik poziomy. Do wykonania takiego dolnego źródła nie potrzebujemy dużej działki, czy odsłoniętego miejsca, jednak niezbędnie potrzebujemy wiertnicy do wykonania odwiertu, lub kilku odwiertów. Przy odwiertach pionowych ciepło pobierane jest z głębszych warstw ziemi więc nie musimy się martwić o zapewnienie odpowiedniego nasłonecznienia.
Do odwiertu wprowadzone są dwie rury HDPE wypełnione glikolem i zakończonę tzw. sondą wzbiorczą. Pompa obiegowa dolnego źródła wymusza obieg medium, które pobiera ciepło zawarte w gruncie (około 10C). Przy kilku odwiertach można zastosować studzienkę zbiorczą zamonotowaną na zewnątrz budynku, niedaleko kotłowni, albo zastosować rozdzielacz montowany na zewnątrz lub wewnątrz budynku. Zaletami odwiertów pionowych jest stabilność pracy i stosunkowe małe wahania temperatury w odwiercie. Zwykle na początku sezonu grzewczego mamy 10 stopni na wejściu do pompy, a pod koniec ta temperatura waha się w okolicach 0. Zatem mamy gwarancję że pompa ciepła będzie pracowała wyjątkowo efektywnie przez cały rok. Tak naprawdę jedynym minusem jakiś posiada wyżej wymieniony system, jest jego cena, która waha się w zależności od regionu, rodzaju materiału w którym będzie wykonywany odwiert i nie rzadko przekracza kwotę 10000zł.
