517 018 415 biuro@energiataniej.com.pl Grudziądz, Włodka 16F
  • Pompy ciepła

Zasada pracy pompy ciepła

Zanim zdecydujemy się na wybór technologii opartej na pompie ciepła, warto poznać budowę i funkcje realizowane przez poszczególne jednostki. Do najważniejszych elementów systemu należą dwie jednostki: zewnętrzna i wewnętrzna. Pierwszą montujemy na zewnątrz, to właśnie w niej przebiega większość procesów termodynamicznych związanych z transportem ciepła (parowanie czynnika chłodniczego, sprężanie oraz jego rozprężanie).

Przeważającą część jednostki stanowi parownik, do jej pozostałych elementów należą sprężarka spiralna z inwerterem, oraz zawór czterodrogowy umożliwiający odwrócenie obiegu i pracę w trybie chłodzenia. Jednostka zewnętrza zawiera dodatkowo część układu elektroniki czuwającej nad prawidłową pracą pompy ciepła. Transport czynnika chłodniczego miedzy jednostką zewnętrzna a wewnętrzną zapewniają zaizolowane otuliną miedziane rury chłodnicze.

Pompa ciepła powietrze - woda. Dobór i montaż.

Wybór pompy ciepła jako głównego źródła ogrzewania domu wiąże się z kilkoma kluczowymi zagadnieniami, o których należy pamiętać jeszcze przed instalacją pompy ciepła. Wymagania te różnią się w zależności od rodzaju dolnego źródła, od którego pobierana będzie energia cieplna – inne są dla pomp gruntowych, pomp woda-woda, a jeszcze inne dla pomp powietrze-woda.

Projektowanie pompy ciepła - dane potrzebne do wyceny:

  • Mapka działki z naniesionym budynkiem
  • Dla nowego domu - nazwa projektu lub skan rzutów kondygnacji
  • Dla starych istniejących domów podanie powierzchni podłóg (podgrzewanie podłogowe, grzejnikowe, mieszane itp.)
  • Dla pomp powietrznych należy podać zabezpieczenie budynku - moc elektryczna przyłączenia
  • Powierzchnię użytkową lub kubaturę budynku
  • Technologię budowy i ocieplenia ścian i dachu
  • Ilość stałych mieszkańców
  • Czy mieszkańcy to osoby zużywające duże ilości ciepłej wody
  • Czy są pomieszczenia, które wymagają wyższej temperatury wewnętrznej
  • Parametry zasilania/powrotu systemu grzewczego (im niższe tym ekonomiczniejsza praca systemu)
  • Czy istnieje cyrkulacja ciepłej wody użytkowej
  • Czy w przyszłości planowana jest rozbudowa budynku

Jednostka wewnętrzna

Jednostka wewnętrzna to w głównej mierze skraplacz, w którym czynnik chłodniczy oddaje transportowane ciepło do wody grzewczej. W trybie chłodzenia to tutaj następuje odparowanie czynnika i schłodzenie wody (wytwarzanie wody lodowej) – a skraplacz stanie się parownikiem. W module wewnętrznym znajduję się także grzałka elektryczna, wspomagająca pracę pompy ciepła w bardzo niskich temperaturach. W celu obniżenia kosztów pracy powietrznych pomp ciepła – coraz częściej spotykany jest układ biwalenty, gdzie zamiast grzałki elektrycznej można wykorzystać inne źródło ciepła, np. kocioł na drewno.

Jeżeli pompa ciepła oprócz ogrzewania obiektu musi także przygotować ciepłą wodę użytkową wówczas niezbędnym elementem jest dodatkowy zasobnik buforowy. Niektórzy producenci oferują jednostki wewnętrzne z wbudowanym zasobnikiem o pojemnościach od 160 do 300 l. W zależności od aktualnego zapotrzebowania woda grzewcza przechodząca przez zawór 3-drogowy kierowana jest do instalacji grzewczej bądź na wężownicę w zasobniku ciepłej wody.

Rys. 1. Schemat instalacji powietrznej pompy ciepła typu split

Moc i pojemność zasobnika

Na etapie planowania instalacji ważny jest dobór pompy o odpowiedniej mocy oraz właściwego zasobnika. W przypadku pomp powietrze-woda moc cieplna podawana jest dla określonej temperatury dolnego źródła (powietrza zewnętrznego), która wynosi 7°C oraz temperatury wody grzewczej na wyjściu z pompy, która wynosi 35°C. Im niższa temperatura, tym mniejsza moc cieplna. Ze względu na niższą temperaturą wody grzewczej instalacją rozprowadzającą ciepło w budynku powinno być:
  • ogrzewanie podłogowe
  • konwertory powietrzne
  • grzejniki niskotemperaturowe

Im większa różnica pomiędzy temperaturą zewnętrzną a wewnętrzną, tym niższy współczynnik efektywności COP – stąd wyższe koszty eksploatacji. Według danych producentów powietrzne pomp ciepła są w stanie pozyskiwać energię cieplną przy temperaturze zewnętrznej na poziomie -20 do -25°C (poniżej tej wartości ogrzewanie przejmuje grzałka elektryczna). Jednostki zewnętrzne generują także niewielki poziom hałasu, na najwyższym biegu może to być ok. 50 dB – unikajmy montażu jednostki w pobliżu ścian pomieszczeń, w których mógłby przeszkadzać hałas (sypialnia, pokój gościnny).

Dobierając zasobnik c.w.u. należy pamiętać, że temperatura wody grzewczej wychodzącej z pompy ciepła jest niższa niż w urządzeniach konwencjonalnych (kotły na węgiel, kotły olejowe itp.), w związku z tym dłuższy będzie czas nagrzewania zbiornika. Dlatego, aby nie narażać użytkowników na nagły brak ciepłej wody, dobrany zasobnik powinien mieć większą pojemność zapewniającą komfort w przypadku nagłego zwiększonego poboru ciepłej wody. W przypadku 4-5 os. rodziny odpowiedni będzie zasobnik o pojemności ok. 300 l.

Jednostka zewnętrzna

Instalacja dolnego źródła w przypadku jednostki zewnętrznej nie wymaga prac ziemnych – jak w przypadku pomp wodnych i gruntowych. Miejsce w którym ma zostać zlokalizowana, powinno zapewnić jej bezproblemową pracę przez cały rok, najczęściej montuje się je z tyłu budynków na ścianie zewnętrznej lub betonowym podłożu. Zaleca się by jednostka nie była narażona na silne podmuchy wiatru bądź opadów deszczu, deszczu. Jednostka usytuowana w niewielkiej odległości od domu może zostać zabudowana np. drewnem, w sposób nie utrudniający zasysanie powietrza przez wentylator, oraz zapewniając dostęp serwisowy.

W trybie grzania jednostka zewnętrzna schładza powietrze, stąd na lamelach parownika skrapla się wilgoć – co w temperaturach ujemnych prowadzi do powstania warstwy lodu. Jednostka odmraża się automatycznie, odwracając chwilowo obieg. Prowadzi to do spływania na podłoże dużych ilości wody, która następnie zamarza na podłożu. Stąd zalecane jest wieszanie jednostki nad warstwą luźnego żwiru, obniżoną w stosunku do reszty terenu, w której woda może swobodnie zamarzać. Innym rozwiązaniem jest odprowadzenie wody rurą kanalizacyjną, o średnicy minimum 100 mm – unikniemy w ten sposób gromadzenia się wewnątrz niej lodu. Rura powinna być też wyposażona w kabel grzewczy uniemożliwiający zamarzanie wody wewnątrz. Niekiedy można spotkać instalacje w których woda swobodnie wykrapla się na betonowe podłoże – wówczas pamiętajmy aby zamontować jednostkę na podwieszeniu.

Jednostki połączone są kablem elektrycznym łączącym moduł wewnętrzny z zewnętrznym, oraz dwoma zaizolowanymi termicznie przewodami: w pierwszym płynie odpowiednio czynnik chłodniczy w postaci gazu, a w drugim skroplony czynnik chłodniczy. Na etapie surowego budynku, gdy zostaną ustalone miejsca montażu jednostek, warto poprowadzić przewody – zaoszczędzi to późniejszego kucia wykończonych ścian, bądź rozcinania elewacji.

Podsumowanie:
  • Odpowiednie rozplanowanie instalacji splitowej pompy ciepła powietrze-woda pozwoli na uniknięcie dodatkowych przeróbek w gotowym domu, wpłynie także pozytywnie na bezawaryjność i żywotność systemu.
  • W domu, który jest budowany, najlepiej wykonać instalację ogrzewania podłogowego, które zapewni wymaganą moc cieplną przy niskiej temperaturze zasilania. Umożliwi to uzyskanie wysokiej efektywności pompy ciepła.
  • Łatwy montaż, brak potrzeby wykonywania robót ziemnych i efektywny odbiór ciepła sprawia, że pompy wykorzystujące powietrze jako dolne źródło ciepła zyskują coraz większą rzeszę zwolenników.
  • Pompa powietrzna która nie może pracować w ujemnej temperaturze, nie nadaje się do tego aby być jedynym urządzeniem grzewczym w domu, ale można ją zastosować dowspomagania pracy kotła w okresach przejściowych oraz do przygotowania c.w.u.

Jak działa gruntowa pompa ciepła?

Gruntowa pompa ciepła jest układem sprężarkowym, zbudowanym z czterech zasadniczych elementów – sprężarki, zaworu rozprężnego i dwóch wymienników ciepła – skraplacza i parownika. Są one połączone rurami tworząc zamknięty obieg chłodniczy. Płyn (czynnik chłodniczy) będący w obiegu, odparowuje w parowniku na skutek odbioru ciepła (parownik umieszczony jest na odpowiedniej głębokości w gruncie). Para w następnej kolejności przechodzi przez sprężarkę, gdzie zostaje sprężona do wysokiego ciśnienia. To daje dwie korzyści, po pierwsze znacznie podnosi się temperatura gazu za sprężarką. Po drugie pozwala na to, aby schłodzona para zamieniła się z powrotem w ciecz, która potem odparuje i tak dalej. Przepływający przez skraplacz gaz pod wysokim ciśnieniem i temperaturą +75°C, może bez przeszkód oddać ciepło do ogrzewanego pomieszczenia. Po drodze jako ciecz ponownie trafia do parownika, przepływając przez element dławiący.

Gruntowa pompa ciepła zapewnia w naszym klimacie o wiele niższy koszt ogrzewania niż konwencjonalne urządzenia grzewcze. Zasadniczy wpływ na jej efektywne działanie ma prawidłowo zaprojektowany i wykonany wymiennik ciepła, który wymaga wykonania skomplikowanych prac gruntowych. Każdy kto stoi przed decyzją o zakupie gruntowej pompy ciepła zastanawia się, czy taka inwestycja mu się opłaci – w poniższym wpisie rozważymy te wątpliwości. Odpowiadam na najważniejsze pytania związane z wyborem, montażem i aspektami ekonomicznymi gruntowej pompy ciepła.

Dobór i montaż gruntowej pompy ciepła

Istnieją dwie możliwości odbioru ciepła z gruntu. Pierwsza wykorzystywana znacznie częściej, polega na wykonaniu instalacji pośredniczącej w wymianie ciepła miedzy gruntem a parownikiem – wówczas mamy do czynienia z solankową pompą ciepła typu glikol-woda. Druga polega na bezpośrednim odparowaniu ciepła z gruntu wykorzystując odpowiednio duży parownik – ta metoda choć jest efektywniejsza, jest stosowana rzadziej ze względu na wyższy koszt takiego rozwiązania. Najbardziej rozpowszechnione są pompy ciepła z pośrednim odparowaniem, przez który przepływa niezamarzająca ciecz zwana solanką, o nich będzie poświęcony wpis.

Gruntowe pompy ciepła swoją pozycję na rynku energooszczędnych instalacji grzewczych zdobyły ze względu na bardzo dobre parametry eksploatacyjne i niezależność od zmian temperatury zewnętrznej. Temperatura gruntu jest dużo bardziej stabilna niż powietrza, nie chłodzi go zimne powietrze, ale i mniej się nagrzewa na skutek nasłonecznienia. Na pewnej głębokości pod ziemią temperatura jest zawsze wyższa niż 0°C – w zależności od planujących warunków zewnętrznych głębokość ta może wynosić od 0,8 m do 1,4 m. Można jednak powiedzieć, że na głębokości większej niż 1,5 m grunt ma zawsze dodatnią temperaturę. Do odbierania ciepła z gruntu potrzebny jest wymiennik gruntowy, może nim być kolektor poziomy czyli zakopana w ziemi rura tworząca pętlę, bądź kolektor pionowy – to umieszczone w pionowych odwiertach rury zakończone kształtką typu U.

Jeżeli wydajność źródła ciepła (gruntu) jest właściwa, a pompa ciepła odpowiednio zwymiarowana do potrzeb ogrzewanego budynku – to nawet przy temperaturach zewnętrznych -20°C system będzie pracować prawidłowo – bez względu czy mamy do czynienia z kolektorem poziomym czy pionowym. O wyborze rodzaj wymiennika najczęściej decyduje wielkość działki – do wykonania kolektora poziomego potrzeba zwykle kilkuset metrów kwadratowych terenu wokół domu, z kolei na wykonaniem wymienników pionowych wystarczy kilkadziesiąt metrów. Pisałem wcześniej o odpowiednim zwymiarowaniu instalacji, ważne jest aby objętość wymiennika była jak największa – przez cały sezon grzewczy parownik odbierze z gruntu kilka megawatogodzin ciepła. Jeżeli wymiennik jest zbyt mały, będzie ulegać nadmiernemu wychłodzeniu, sterownik wyłącza instalację gdy temperatura solanki obniża się do -7°C – poniżej tej wartości sprawność całego układu zostaje zakłócona.

Jak wygląda montaż wymiennika gruntowego?

Wielkość wymiennika gruntowego ustalamy w oparciu o zapotrzebowanie cieplne budynku, w dalszej kolejności dobierana jest pompa o odpowiedniej mocy. Wykonujemy również badania gruntu, aby ustalić czy teren wokół domu nadaje się do odbioru ciepła. W przypadku wymiennika z kolektorem poziomym, ciepło z gruntu jest odbierane przez rury z płynącym w nich czynnikiem chłodniczym, zakopane w ziemi na niezbyt dużej wysokości. Za wysokość optymalną przyjmuje się 0,2-0,5 m poniżej granicy przemarzania gruntu. Rury wymiennika poziomego układane są w wykopie o wymiarach odpowiadających wymaganej powierzchni wymiennika. Prowadzi się je w formie wężownicy, zachowując określone odstępy między sąsiadującymi odcinkami. Moc, z jaką kolektor gruntowy przekazuje ciepło, zależy od rodzaju gleby – najlepsze parametry uzyskują gleby wilgotne, gleby piaszczyste zdecydowanie słabiej nadają się do przewodzenia ciepła.

Niewątpliwe wadą kolektora gruntowego poziomego jest posiadanie dostępu do dużej powierzchni terenu (2-3 krotność powierzchni ogrzewanej) – miejsce pod wykonywany kolektor powinno być wolne od drzew, a w przyszłości musi pozostać wolne od zabudowy. Rekompensuje on jednak inwestorom znacznie niższe koszty wykonania, niż ma to w przypadku kolektora pionowego.

Rys. 2. Schemat instalacji gruntowej pompy ciepła z kolektorem poziomym.
Rys. 3. Schemat instalacji gruntowej pompy ciepła z kolektorem pionowym.

Wymiennik gruntowy z kolektorem pionowym składa się z rur umieszczonych pionowo, w odwiertach o głębokości 40-100 m. Wynika to z faktu, że na głębokości poniżej 10 m, temperatura gruntu przez cały rok wynosi więcej niż 10°C. Wykonanie odwiertów wiąże się z wysokimi kosztami (na co wpływ ma rodzaj budowy geologicznej gruntu). W odwiertach umieszczane są pionowe odcinki rur polietylenowych, łączone na dole u-kształtką. Identycznie jak w przypadku wymiennika poziomego, rury kolektora wypełnione są roztworem glikolu, który krążąc w nich odbiera ciepło od gruntu. Zaletą tego typu rozwiązania jest wysoka efektywność związana z niewielką podatnością gruntu na warunki atmosferyczne. Kolektor pionowy sprawdzi się na działkach o niewielkich rozmiarach – jednak większym kosztem niż wykonanie kolektora poziomego.


Czy potrzebne są pozwolenia do zainstalowania gruntowej pompy ciepła?

Do wykonania gruntowej pompy ciepła z kolektorem poziomym nie ma obowiązku posiadania pozwolenia na budowę ani zgłoszenia. Natomiast wykonanie kolektora pionowego podlega przepisom ustawy Prawo geologiczne i górnicze. Zgodnie z nim do wykonywania wykopów oraz otworów wiertniczych o głębokości do 30 m w celu wykorzystania ciepła Ziemi, nie jest wymagany projekt robót geologicznych.

Wykonywanie otworów wiertniczych o głębokości do 100 m, w celu umieszczania w nich pionowych gruntowych wymienników ciepła, jest tzw. robotą geologiczną – z tego względu podlega Prawu geologicznemu i górniczemu. Rozpoczęcie robót geologicznych może nastąpić, jeżeli w ciągu 30 dni od zgłoszenia projektu, Starostwo Powiatowe nie zgłosi do niego sprzeciw. Sporządzeniem zgłoszenia można powierzyć fachowej firmie wiertniczej.

Gruntowa pompa ciepła - komu się opłaca?

Czynnik ekonomiczny odgrywa najważniejszą rolę przy wyborze ogrzewania opartym na gruntowej pompie ciepła. Trudno się dziwić, skoro takie urządzenie jest droższe od powszechnie stosowanych kotłów paliwowych. Można zmienić punkt widzenia jeżeli do zakupu kotła uwzględnimy konieczność zbudowania komina, przyłącza gazu, czy instalacji zbiornikowej do magazynowania paliwa – których nie potrzeba w przypadku pompy ciepła.

Średni koszt wykonania gruntowej pompy ciepła, wraz z niezbędną instalacja kosztuje 40-50 tys. zł. To znacznie więcej niż w przypadku powietrznej pompy ciepła, gdzie koszt montażu oscyluje w granicach 30 tys. zł. Różnica między ceną pompy ciepła a konwencjonalnego systemu grzewczego rekompensują niższe koszty ogrzewania domu. Efektywność takiej pompy pozwala uzyskać kWh energii użytkowej do ogrzewania za mniej niż 0,15 zł. W przypadku powietrznej pompy ciepła typu powietrze/woda koszt ogrzewania przekracza 0,20 zł/kWh. W obydwu przypadkach uwzględniony jest koszt energii elektrycznej, służący do napędu sprężarki.

Kalkulacja

Wykonajmy prostą kalkulację, która przybliży nam średnie roczne koszty ogrzewania domu gruntową pompą ciepła

Przedmiotem obliczeń będzie dobrze ocieplony dom o pow. 200 m2 zużywający 90 kWh/(m2·rok).Uwzględniając dodatkowe 5 000 kWh rocznie na cele c.w.u. uzyskujemy roczne zapotrzebowanie budynku na poziomie 23 000 kWh.W przypadku pompy o niewygórowanym współczynniku COP wynoszącym 4.0 – z jednego kWh prądu za 0,60 zł otrzymujemy 4 kWh ciepła.Jeżeli będziemy użytkować pompę w taryfie mieszanej G12 (60 proc./dzień 40 proc.) uśredniony koszt 1 kWh prądu będzie nie większy niż 0,45 złŁączny koszt wytworzenia kWh energii cieplnej przez pompę ciepła wyniesie 0,12 zł.Dla wspomnianego wcześniej domu zużywającego 23 000 kWh, koszty ogrzewania gruntową pompą ciepła wynoszą 2760 zł rocznie.

W przypadku gazu ziemnego możemy wysunąć następujące wnioski:

1 m³ gazu ziemnego dostarcza 11,17 kWh energii cieplnej.

Uwzględniając 10 proc. straty ciepła traconego wraz ze spalinami z 1 m³ gazu ziemnego otrzymujemy 10 kWh energii cieplnej).

1 m³ gazu ziemnego w taryfie W3 z uwzględnieniem dodatkowych opłat przesyłowych kosztuje średnio 2,5 zł/brutto, zatem 1 kWh = 0,25 zł.

Miesięczna opłata stała – 80 zł/brutto – teraz na 1 kWh gazu ziemnego przypada dodatkowe 3 grosze opłat stałych.Łączny koszt wytworzenia 1 kWh ciepła w kotle kondensacyjnym wynosi 0,28 zł.Roczne koszty ogrzewania gazem wynoszą zatem 6 440 zł – zatem roczna oszczędność na korzyść gruntowej pompy ciepła wynosi 3 680 zł. Zakładając, że gwarancja na urządzenie wynosi 20 lat, inwestycja ta zwróci się nam w perspektywie 10-12 lat. Preferencyjny kredyt na pompy ciepła przyznawany przez Bank Ochrony Środowiska spłaci się z samej jej energooszczędności. Kredyt z bezzwrotną dotacją 30 proc. otrzymany z programu Prosument NFOŚiGW spłaci się w przeciągu 8 lat. Okres spłaty pompy ciepła zwróci się szybciej, jeśli weźmiemy pod uwagę dynamikę rosnących cen paliw konwencjonalnych.

Pompy ciepła – podgrzewanie wody użytkowej

Jeśli posiadają Państwo już zainstalowaną pompę ciepła to na pewno zauważyli Państwo, że urządzenia takie pobierają znaczące ilości energii elektrycznej przez co Państwa rachunek po montażu takiego produktu na pewno uległ znaczącemu podwyższeniu. Problem ten można rozwiązać instalując na Państwa budynku system fotowoltaiczny, który produkował będzie energię w ilości pozwalającej na obniżenie lub całkowite zniwelowanie dodatkowych kosztów powstałych w skutek zwiększonego zużycia energii wynikających z pracującej pompy ciepła. Odpowiednio dobrany system fotowoltaiczny może być doskonałym sposobem na obniżenie rachunków za energię elektryczną.

Jeśli jeszcze Państwo nie posiadają pompy ciepła a zastanawiają się nad integracją tego sposobu pozyskiwania energii cieplnej dla domu wraz z instalację fotowoltaiczną zapraszamy do kontaktu. Wraz z zaprzyjaźnioną firmą partnerską będącą liderem w branży pomp ciepła zaoferujemy Państwu optymalne rozwiązanie.

W celu złożenia zamówienia prosimy o kontakt z nasza firmą.

Zastanawiali się Państwo nad podgrzewaniem wody użytkowej przez zestaw solarny PV?

Nasza firma oferuje profesjonalny i wydajny zestaw do ogrzewania wody w domu. Instalacja do ogrzewania wody użytkowej wykorzystuje prąd stały z paneli fotowoltaicznych. Energia elektryczna wytwarzana przez zestaw modułów fotowoltaicznych jest konwertowana na energię cieplną, podgrzewającą wodę w zbiorniku. Dzięki zastosowaniu automatycznie sterowanej grzałki, praca systemu jest zoptymalizowana i dopasowuje obciążenie grzałki odpowiednio do punktu pracy instalacji fotowoltaicznej.

Zestaw o mocy 1,5 kWp, bojler o pojemności 150 l

Zestaw w czasie pracy nie produkuje zanieczyszczeń, jest jednocześnie autonomicznym i bezpiecznym sposobem pozyskiwania energii elektrycznej.Dodatkowo do minimum zmniejsza się emisja dwutlenku węgla z ogrzewania. Ciepło z instalacji można uzyskać taniej niż z ogrzewania olejowego. Zestaw ten nie wymaga pozwolenia na podłączenie do sieci elektroenergetycznej, ponieważ jest w pełni niezależny.

Zestaw podgrzewający wodę 1,5 kWp

Zestaw podgrzewający wodę 2 kWp

Zestaw podgrzewający wodę 2,5 kWp


Częste pytania o pompy ciepła

Sprawdź

Chciałbyś dowiedzieć się więcej? Masz pytania? Skontaktuj się z nami!
Energia Taniej Sp. z o.o, REGON:362798977, NIP: 8762462625, KRS:0000581969, 86-300 Grudziądz, ul. Włodka 16F

© 2019 Energia Taniej Sp. z o.o. - Wszelkie prawa zastrzeżone
Projekt i realizacja: Studio113