Podłączenie pompy ciepła w domu jednorodzinnym przynosi znaczne korzyści: inwestorzy, którzy decydują się na instalacje oparte na odnawialnych źródłach energii, w tym montaż pompy ciepła, zyskują możliwość ogrzewania domu i przygotowania ciepłej wody użytkowej przy jednoczesnym, niewielkim zużyciu energii elektrycznej. Eksploatacja pompy ciepła: zarówno gruntowej pompy ciepła, jak i pompy ciepła powietrze woda i powietrze powietrze jest tańsza, aniżeli oparcie domu na systemie grzewczym związanym z kotłami na paliwo gazowe i stałe. Warto podkreślić, że pompy ciepła to urządzenia, które są wielofunkcyjne: poza pokryciem zapotrzebowania na ciepło i cwu w budynku, latem mogą przynieść ochłodę i posłużyć do podgrzania wody basenowej. W poniższym artykule przedstawiamy schemat podłączenia pompy ciepła, jej zasadę działania, a także odpowiadamy na pytania:

• czy pompa ciepła hałasuje?
• czy pompa ciepła może pracować bez działania energii elektrycznej?
• czy czynnik chłodniczy w pompie wymaga uzupełnienia?
• jak skrócić okres zwrotu inwestycji w pompę ciepła

Pompa ciepła: zasada działania

Pompy ciepła przenoszą energię cieplną z dolnego źródła ciepła, dzięki któremu ją pozyskują. Energią termiczną dla pompy ciepła jest środowisko naturalne, a więc całkowicie odnawialne w szybkim czasie zasoby powietrza, wody lub gruntu. Prawidłowo zainstalowane i działające urządzenie przepompowuje energię cieplną z dolnego źródła ciepła do instalacji centralnego ogrzewania domu (górnego źródła ciepła). Instalacja zaś (ogrzewanie podłogowe, tradycyjne grzejniki) rozprowadzają ciepło w budynku. Ten mechanizm nie byłby jednak możliwy, gdyby nie współdziałanie poszczególnych składowych pompy ciepła.

Budowa pompy ciepła – główne elementy systemu grzewczego

• Parownik: funkcją parownika jest wymiana ciepła pomiędzy dolnym źródłem, a czynnikiem chłodniczym. Czynnik chłodniczy ( o niskim ciśnieniu i w bardzo niskiej temperaturze umożliwia pobieranie energii termicznej z dolnego źródła, niezależnie od tego, jaka jest temperatura zewnętrzna).
• Czynnik, który został poddany procesowi odparowania trafia w kolejnym etapie do sprężarki: zasilana prądem sprężarka, zgodnie ze swoją definicją spręża gazowy czynnik termodynamiczny, a to gwałtownie podnosi jego temperaturę.
• W skraplaczu następuje oddanie ciepła do instalacji centralnego ogrzewania. Rolą skraplacza, poza przetransportowaniem energii cieplnej do górnego źródła ciepła jest także zasilenie zasobnika ciepłej wody użytkowej. Ponadto, w wyniku oddania ciepła, czynnik ulega skropleniu, powracając do standardowego ciśnienia i w takiej postaci trafia do zaworu rozprężnego. Zawór rozprężny daje możliwość powtórzenia całego obiegu termodynamicznego.

Prawidłową pracę pompy ciepła gwarantuje instalacja chłodnicza, łącząca ze sobą obie jednostki, tak by możliwy był przepływ czynnika chłodniczego.

Pompa ciepła: schemat instalacji

Schemat instalacji w poszczególnych pompach ciepła jest do siebie zbliżony i opiera się na sprawnym funkcjonowaniu jej elementów, które pompują ciepło z dolnego do górnego źródła. Pomiędzy poszczególnymi pompami ciepła istnieje jednak zasadnicza różnica: rodzaj dolnego źródła ciepła.

Schemat podłączenia pompy ciepła powietrze woda

Pompa ciepła powietrze woda to urządzenie, które zadba zarówno o pokrycie domu na ciepło, ale i przygotuje ciepłą wodę użytkową. Ten rodzaj pompy ciepła czerpie energię termiczną z otaczającego nas powietrza zewnętrznego. Powietrzna pompa ciepła jest najmniej wymagającym technicznie rodzajem pompy. Do instalacji pompy ciepła powietrze nie jest konieczne posiadanie kotłowni. Dzięki wykorzystaniu montażu zewnętrznego parownika i wymiennika ciepła, pompę ciepła tego typu możemy ulokować nawet w niewielkim pomieszczeniu technicznym o minimalnej powierzchni, pralni, łazience itp.

Schemat instalacji gruntowej pompy ciepła

Schemat podłączenia pompy ciepła, bazuje na energii pozyskiwanej z gruntu jest już nieco bardziej skomplikowany, wiąże się bowiem z budową dolnego źródła ciepła: wymiennika poziomego lub pionowego. Poziomy wymiennik gruntowy wkopuje się zazwyczaj na głębokości 1.5 metra, a tworzy go system rur polietylenowych, wypełnionych glikolem. Jaką funkcję pełni glikol? Jest doskonałym nośnikiem ciepła, tłoczy go pompa obiegowa w ten sposób usprawniają transport energii termicznej do czynnika termodynamicznego. Korzyści wynikające z instalacji pompy ciepła czerpiącej z gruntu są niepodważalne: temperatura ziemi jest stała, niezależna od temperatury zewnętrznej, co czyni ten rodzaj pompy ciepła najbardziej efektywnym. Do budowy wymiennika poziomego konieczny jest jednak duży teren, bez drzew i krzewów, o zniwelowanej powierzchni, a koszty przedsięwzięcia należą do najwyższych spośród wszystkich pomp ciepła.

Pompa ciepła z dwukierunkową objętością buforową

Najbardziej zaawansowanym technologicznie rodzajem pompy ciepła jest pompa ciepła z dwukierunkową objętością buforową, która nie tylko dostarcza ciepło do domu, ale i służy do chłodzenia budynku latem. Takie tryby pracy są możliwe dzięki dwukierunkowemu zaworowi rozprężnemu, w którym czynnik chłodniczy przepływa w obu kierunkach. Pompa ciepła w takiej wersji pozwala na odwrócenie obiegu grzewczego.

Schemat podłączenia pompy ciepła do istniejącej instalacji

Nie musisz rezygnować z dotychczasowej metody ogrzewania domu, zwłaszcza w przypadku modernizowanego budownictwa. W takim jednak przypadku inwestor musi pamiętać by doposażyć układ hydrauliczny w zbiornik buforowy. Pompa ciepła działająca we współpracy z alternatywnym źródłem ogrzewania np. kotłem gazowym, umożliwia uruchomienie urządzenia dla którego istnieją optymalne warunki pracy. By jednak pompa ciepła w nieruchomości starego typu odznaczała się efektywnością energetyczną warto uzupełnić instalację o prace modernizacyjne (zwłaszcza właściwą izolację ścian zewnętrznych).

Schemat podłączenia pompy ciepła, a różne tryby pracy urządzenia

Schemat instalacji pompy ciepła w układzie biwalentnym

Myśląc o pompie ciepła w remontowanym budynku inwestor najczęściej decyduje się na wspomniane wyżej zintegrowanie dwóch systemów grzewczych. Taki tryb pracy dla pompy ciepła nazywamy układem biwalentnym: ustawienie pompy ciepła w takim wariancie równa się z wytyczeniem punktu biwalentnego, czyli temperatury zewnętrznej powyżej której urządzenie pracuje całkowicie samodzielnie. Jeśli temperatura spadnie poniżej punktu biwalentnego pompa ciepła zaczyna współpracować z dodatkowym źródłem ogrzewania domu.

Instalacja pompy ciepła w układzie monowalentnym

Instalując pompę ciepła w systemie monowalentnym inwestor decyduje się na jeden system grzewczy, oparty tylko i wyłącznie na pompie ciepła. Takie rozwiązanie jest przewidziane głównie na nowoczesnego budownictwa, uwzględniającego dokładne szacunki dotyczące zapotrzebowania budynku na ciepło i przygotowanie ciepłej wody użytkowej. By jednak pompa ciepła pracowała wydajnie w trybie monowalentnym konieczne jest dopasowanie modelu o określonej mocy grzewczej i odpowiadających parametrach COP i SCOP.

Układ pomiędzy pompą ciepła a systemem centralnego ogrzewania: ogrzewanie podłogowe czy zwykłe grzejniki?

Warto wspomnieć, że pompa ciepła jest urządzeniem niskotemperaturowym, więc zarówno pompa ciepła powietrze czy pompa ciepła oparta na wodzie gruntowej najlepiej współpracować będą z niskoemisyjnym ogrzewaniem podłogowym. Oczywiście nic nie stoi na przeszkodzie, by górne źródło ciepła składało się z tradycyjnych grzejników, jednak należy mieć na względzie efektywność energetyczną takiego rozwiązania, która w przypadku zastosowania zwykłych grzejników jest mniejsza, aniżeli przy instalacji opartej na ogrzewaniu podłogowym. Im mniejsza różnica temperatury pomiędzy dolnym, a górnym źródłem ciepła tym niższe koszty eksploatacyjne ponosi inwestor. Podłogówka rozprowadza ciepło równomiernie, zapewniając mieszkańcom wysoki komfort termiczny, a przy tym nie emitując do otoczenia kurzu i alergenów, co również stanowi różnicę pomiędzy płaszczyznowym ogrzewaniem a zwykłymi grzejnikami.

Pompa ciepła: koszty inwestycji

Cena pompy ciepła wraz z instalacją jest zależna od kilku istotnych czynników. Liczy się przede wszystkim metraż budynku, ilość mieszkańców: te dane są konieczne, by obliczyć zapotrzebowanie domu na ciepło i energię termiczną konieczną do podgrzewania wody użytkowej. Niemniej istotne są parametry samej pompy: klasa energetyczna, moc czy współczynnik COP. Różnica w cenie będzie także znacząca jeśli zdecydujemy się na pompę ciepła powietrze/woda, aniżeli budowę dolnego źródła, tak by zamontować gruntową pompę ciepła. Ceny pompy ciepła wraz z montażem mogą się wahać od 15 do nawet 50 tysięcy złotych.

Jak obniżyć koszty pompy ciepła?

By zredukować nakłady finansowe na instalację pompy ciepła, warto skorzystać z licznych dopłat do inwestycji w odnawialne źródła energii. Nowa odsłona programu "Czyste powietrze" oferuje prosumentom od 30 do 45 % zwrotu kosztów kwalifikowanych. Właściciele domów jednorodzinnych, decydujący się na instalację pompy ciepła mogą skorzystać także z dopłat pochodzących z programu "Moje ciepło" lub "Mój Prąd" (w przypadku uzupełnienia instalacji pompy ciepła o instalację fotowoltaiczną).

Pompa ciepła, a rachunki za energię elektryczną

Do prawidłowego działania pompy ciepła konieczne jest jej zasilanie prądem, który potrzebny jest do działania sprężarki przekształcającej energię termiczną pobraną z otoczenia. To, ile prądu pobiera pompa ciepła i ile zapłacimy przy jej działaniu jest zależne od jej współczynników COP i SCOP. Warto uzupełnić system grzewczy pompy o instalację solarną: panele fotowoltaiczne pokrywają nie tylko zapotrzebowanie energetyczne pompy ciepła, ale także zasilą gniazdka w naszym domu.