Jak działa pompa ciepła?

Jak działa pompa ciepła?

Pompa ciepła działa na zasadzie „przepompowywania” energii cieplnej z ośrodka o niższej temperaturze do ośrodka o temperaturze wyższej.

Ujmując to zjawisko bardziej obrazowo, możemy sobie wyobrazić, że np. z wody ze stawu o temperaturze 10 st.C odbieramy nieco ciepła i przekazujemy to ciepło do wody o temperaturze 45 st.C w naszym domu. Temperatura wody ze stawu, po oddaniu ciepła, obniża się do 6 st.C, a woda w naszej instalacji po „przepompowaniu ciepła” wzrasta do np. 46 st.C. Cykl ten odbywa się w sposób ciągły, dzięki czemu stopniowo wzrasta temperatura wody w naszej instalacji. Jednocześnie obniżamy temperaturę stawu, bo odbieramy z niego ciepło, Oczywiście w stawie jest dużo ciepła do odebrania, bo masa wody jest bardzo duża. Nasza instalacja grzewcza ma niewielką pojemność, zatem ciepła ze stawu wystarczy nam na całą zimę. Taki kierunek przepływu ciepła jest sprzeczny z zasadami fizyki, bo w naturze energia przepływa „z ciepłego do zimnego”. Aby zatem uzyskać ten nienaturalny proces, wykorzystujemy właśnie pompę ciepła zasilaną energią elektryczną. Pompa ciepła jest w stanie „przepompować” nawet pięć razy więcej energii, niż sama potrzebuje do wykonania tej pracy. To dlatego tak tanie jest ogrzewanie tym nowoczesnym urządzeniem. Zużycie 1 kilowatogodziny energii elektrycznej przez pompę ciepła oznacza przekazanie 5 kilowatogodzin ciepła do instalacji. Te 4 dodatkowe kilowatogodziny pobierane są właśnie z zewnątrz. Źródłem ciepła może być woda z jeziora, rzeki czy stawu, może to być grunt z przydomowego ogrodu, może być ciepło Ziemi z głębokiego na 100 metrów odwiertu, a może być również powietrze, które nas otacza. Dla pompy ciepła powietrze o temperaturze minus 15 st.C jest również źródłem ciepła. Obecnie, niektóre powietrzne pompy ciepła mogą odbierać energię z otoczenia do temperatury minus 25 st.C.

Jaką pompę wybrać?

Jaką pompę wybrać?

Czasem pytany jestem o pomoc w wyborze rodzaju pompy ciepła: gruntowa, czy powietrzna? Trudno jest odpowiedzieć jednoznacznie na to pytanie.

Z jednej strony pompy gruntowe mają lepsze współczynniki uzysku ciepła, bo przez cały rok korzystają z dodatniej temperatury, jaką pobierają z gruntu ( gdy na zewnątrz „szaleje” mróz, pompa odbiera ciepło z Ziemi o temperaturze 3-5 st.C, a czasem więcej. Natomiast minusem pompy gruntowej jest koszt wykonania dolnego źródła, czyli odwiert w głąb Ziemi lub wykonanie kolektora poziomego.

I tu pojawia się przewaga pompy ciepła typu powietrze-woda. Nie ma potrzeby wykonywania dolnego źródła, bo jest nim wszędzie dostępne powietrze. Taka pompa zajmuje w domu jeszcze mniej miejsca niż gruntowa, a montaż urządzenia nie wiąże się z demolowaniem istniejącego ogrodu w przypadku wymiany źródła ogrzewania ( np z kotła stałopalnego ). Stąd najczęściej wybieranym urządzeniem w domach modernizowanych jest właśnie pompa typu powietrze-woda. A w domach nowo budowanych? Coraz częściej też. Obecnie budowane domy mają niewielkie zapotrzebowanie na ciepło. Zatem różnica w koszcie eksploatacji pompy gruntowej i powietrznej nie jest bardzo duża. Oznacza to, że okres „zwrotu z inwestycji” w odwiert znacznie się wydłuża.

A poza tym...

Zamiast inwestować w odwiert, zamontuj fotowoltaikę.

Hybryda w postaci pompy „powietrznej” plus fotowoltaika, która pokryje chociaż częściowo koszty zużytej energii, to chyba najlepsze możliwe rozwiązanie w obecnym czasie. System fotowoltaiczny produkuje latem prąd, który odbieramy z sieci energetycznej zimą. Koszty eksploatacyjne możemy zminimalizować według naszego uznania instalując mniejszy lub większy zestaw fotowoltaiki. Spory wydatek? Nie. Świetna inwestycja. Nie masz środków? Weź kredyt. Spłaci się sam. Zamiast płacić za prąd, zapłacisz ratę. Proste.

Reasumując, oba rozwiązania są dobre. Zarówno pompa powietrzna, jak i gruntowa. Aczkowiek przy obecnie rosnących cenach energii elektrycznej, coraz chętniej skłaniałbym się ku pompie powietrznej „doposażonej” w system fotowoltaiczny produkujący prąd dla tej pompy, czyli uniezależnienie się ( choćby częściowe ) od cen energii elektrycznej.

Monoblok, czy split?

Monoblok, czy split?

Pompy ciepła typu powietrze-woda występują w dwóch podstawowych odmianach: monoblok i split.

Monoblok stanowi kompletną jednostkę, która znajduje się na zewnątrz budynku. W kotłowni znajdują się wyłącznie przewody rurowe, zasobnik ciepłej wody i niezbędne elementy instalacji. Zaletą tego rozwiązania jest to, że w domu nie ma jednostki wewnętrznej, a instalator nie ingeruje w układ chłodniczy urządzenia. Połączenia wykonywane są wyłącznie w układzie wodnym. Jak spojrzymy w kartę techniczną urządzenia, to w porównaniu z taką samą jednostką typu split, monoblok może osiągać lepsze COP niż split ale...

No właśnie. Ale jeśli monoblok znajduje się na zewnątrz, nie jest bezpiecznym rozwiązaniem napełnianie go wodą. Owszem, gdy pompa pracuje, to nie grozi jej zamarznięcie nawet w bardzo niskich temperaturach. Lecz co się stanie, gdy zabraknie prądu na dłuższy czas? Dlatego, stosując monoblok, najczęściej instaluje się dodatkowy wymiennik ciepła, który pozwala na zalanie roztworem glikolu instalacji znajdującej się na zewnątrz budynku i wodą instalacji w budynku. Drugim sposobem, ( którego raczej nie zalecam ), jest zalanie roztworem glikolu całej instalacji grzewczej. Niestety oba rozwiązania prowadzą do pogorszenia warunków przekazywania ciepła do układu grzewczego, a więc wyższe COP monobloku przestaje mieć zmaczenie.

Pompa ciepła typu split składa się z dwóch jednostek: zewnętrznej, pozyskującej ciepło z otoczenia i wewnętrznej, odbierającej to ciepło i przekazującej je do instalacji grzewczej. Oba moduły połączone są miedzianymi rurami chłodniczymi, w których przepływa czynnik chłodniczy. To rozwiązanie nie wymaga stosowania środków przeciw zamarzaniu, bo czynnik chłodniczy nie zamarznie. Istotnym jest, aby jednostki były jak najbliżej siebie, co pozwoli zminimalizować straty ciepła na przewodach. Ten sposób łączenia jednostek wymaga od instalatora odpowiednich uprawnień chłodniczych, umiejętności i bardzo specjalistycznego sprzętu, gdyż po połączeniu obu jednostek, należy wykonać próżnię w układzie, wykonać próbę ciśnieniową azotem oraz ponownie wykonać próżnię. Dopiero wtedy można „wpuścić” czynnik chłodniczy do tak przygotowanego układu.

Specjaliści z branży zalecają zwykle jednostki typu split, choć zdania są podzielone.

O ogrzewaniu podłogowym

O ogrzewaniu podłogowym

Dla mnie, osoby „tkwiącej po uszy” w branży, pewne rzeczy wydają się oczywiste. Bardziej oczywiste niż to, że dwa razy dwa jest cztery. Taką oczywistością jest między innymi ogrzewanie płaszczyznowe (podłogowe, ścienne lub rzadziej - sufitowe)

Jest oczywistością, że jest to najlepszy sposób ogrzewania domu pod wieloma względami (jeśli dom wymaga ogrzewania).

Ku mojemu zdziwieniu, wciąż jeszcze pojawiają się u inwestorów wątpliwości i obawy. Wciąż jeszcze krążą mity o niezdrowych właściwościach ogrzewania podłogowego i obawy o to, czy podłogówka wystarczy aby ogrzać dom. No bo jak ma być ciepło, skoro nie ma grzejników? :)

Już dawno obalony został mit, że podłogówka to generator fruwającego w powietrzu kurzu, że nagrzewające się od podłogi powietrze unosi leżące na niej cząsteczki, co powoduje problemy z oddychaniem, zwłaszcza u alergików. To stara, nieaktualna bajka, która powstała jako wytwór wyobraźni kogoś, kto nie miał do czynienia z tym systemem nigdy.

W rzeczywistości, temperatura podłogi jest bardzo niska. Powoduje to, że ruch powietrza w pomieszczeniu jest nikły. W przeciwieństwie do bardzo, ale to bardzo dużego ruchu konwekcyjnego powietrza generowanego przez grzejniki. To grzejniki właśnie powodują wzmożone unoszenie kurzu w powietrzu. Ponadto, oba systemy grzewcze w zupełnie inny sposób „rozkładają temperaturę” w naszych pomieszczeniach. Silna konwekcja wytwarzana przez grzejniki, powoduje, że najcieplej w pomieszczeniu jest... przy suficie. W pomieszczeniu ogrzewanym podłogą, najcieplej jest nam w stopy. Głowa znajduje się w chłodniejszej strefie, co jest najkorzystniejszym rozkładem temperatur dla naszego organizmu. A przy suficie jest najchłodniej. Stąd nie ma też obawy, że będzie trudno nagrzać wysokie pomieszczenie np w salonie, który ma sufit wysoko, aż po dach.

Spora ilość energii cieplnej wytwarzanej przez systemy płaszczyznowe jest przez nas odbierana w postaci promieniowania ciepła. Tak, jak odbieramy promieniowanie Słońca, tak samo działa na nas ciepła płaszczyzna podłogi, czy ściany. Stąd w pomieszczeniu może być chłodniej o 1-2 st.C niż w pomieszczeniu ogrzewanym grzejnikami, a nasze poczucie komfortu cieplnego będzie takie samo.

Pozostaje jeszcze kwestia estetyczna i wygoda. W pomieszczeniach ogrzewanych podłogą, nie ma grzejników na ścianach. Nie ma nic, co mogłoby zakłócić aranżację wnętrza, jesteśmy niezależni w ustawianiu mebli. Nie ma obawy, że zasłonimy grzejnik. Nie będzie czarnych smug nad grzejnikiem (powodowanych nota bene przez kurz), nie będzie grzejników po prostu.

Ogrzewanie mroźnym powietrzem

Ogrzewanie mroźnym powietrzem

Nasze poczucie ciepła jest bardzo względne. Temperatura -10º C lub -15º C kojarzy się wyłącznie z zimnem. Jak to możliwe, że powietrzna pompa ciepła może grzać w takiej temperaturze? Może się to wydawać nielogiczne, a jednak...

Pompa ciepła zawiera w sobie czynnik chłodniczy, który wrze w temperaturze -48,5º C (R410a). Oznacza to, że temperatura -15º jest dla tego czynnika „gorąca”. Zjawisko to wykorzystywane jest w termodynamicznych układach chłodniczych do odbioru energii z „zimnego”powietrza i przekazanie tego ciepła do naszego systemu grzewczego. Powietrze, z którego odebraliśmy ciepło, staje się jeszcze zimniejsze i jako takie zostaje usunięte do otoczenia. Jego miejsce zajmuje kolejna porcja „ciepłego” powietrza o temperaturze -15º C. Ten proces odbywa się ciągle i płynnie.

Odbiór ciepła jest możliwy aż do temperatury zera bezwzględnego (-273,15º C). Oczywiście nie mamy tak niskich temperatur, poza tym ekonomicznie, odzysk ciepła z tak niskich temperatur byłby bardzo kosztowny (należy włożyć dużo energii aby odebrać to ciepło).

Przygotowanie górnego źródła dla pompy ciepła

Przygotowanie górnego źródła dla pompy ciepła

Dla ekonomicznej pracy pompy ciepła, najlepsze warunki pracy uzyskamy wówczas, gdy różnica temperatur pomiędzy dolnym, a górnym źródłem ciepła (czyli między tym skąd czerpiemy ciepło, a naszym systemem grzewczym) jest jak najmniejsza.

Stąd, najlepiej aby temperatura systemu grzewczego była jak najniższa. Większość z nas przyzwyczajona jest do gorących grzejników i trudno jest sobie wyobrazić aby ogrzewać dom temperaturą na poziomie 27-35 stopni Celsjusza, prawda? A jednak...

Najlepszym systemem dla współpracy z pompą ciepła jest system ogrzewania płaszczyznowego, czyli ogrzewanie podłogi, ścian lub (sporadycznie) sufitów. Najczęściej wykonywanym ogrzewaniem płaszczyznowym jest oczywiście „podłogówka”. To po prostu rodzaj ogromnego grzejnika o powierzchni naszej podłogi. Stąd, nie musimy ogrzewać go do wysokiej temperatury, a wystarczy właśnie, że będzie ona „letnia” lub wręcz „chłodna” w naszym odczuciu. Więcej o systemie płaszczyznowym i jego właściwościach znajdziesz tutaj.

Czy to oznacza, że pompa ciepła nie nadaje się do grzejników? Ależ skąd!? Nadaje się. Należy tylko pamiętać o tym, że ekonomia sugeruje jak najniższą temperaturę ogrzewania. Czyli im większe grzejniki, tym lepiej. Tym niższą temperaturę możemy zastosować do naszego systemu grzewczego. Czyli tym bardziej ekonomicznie będzie pracować nasza pompa ciepła. Przy wymianie starego pieca na to nowoczesne urządzenie, zalecam dołożenie kilku grzejników tu i ówdzie, lub wymianę na większe (niekoniecznie od razu wszystkie). Oczywiście czasem, ze względu na ograniczony budżet, grzejniki pozostają te, które są. Ale jeszcze raz powtórzę: najlepiej aby było ich jak najwięcej lub jak największe.