Grunt, woda czy powietrze? Optymalny rodzaj pompy ciepła. Ciepło z powietrza (za darmo?)

Niniejsza publikacja stanowi drugi z cyklu artykułów poświęconych argumentacji, wszystkich „za” i „przeciw” pomp ciepła typu solanka/woda, woda/woda, powietrze/woda i dotyczy zalet i wad tych ostatnich. Pompy na powietrze zewnętrzne cieszą się ogromną popularnością w krajach zachodniej Europy, m.in. we Francji, Niemczech, Austrii, a także w Czechach. Dlaczego więc Polacy nadal bardzo sceptycznie podchodzą do tej technologii? Niewielki odsetek pomp ciepła zasilanych powietrzem zewnętrznym – 15% w stosunku do wszystkich pomp ciepła zamontowanych 2009 r. w Polsce – jest spowodowany głównie brakiem wiedzy i powtarzanym sloganem o małej wydajności tego typu urządzeń w stosunku do panującego w Polsce surowego klimatu. Według mnie, jest to błędne przekonanie. Urządzenia te, oprócz tego, że wykorzystują niewątpliwie najtańsze i najłatwiejsze do pozyskania źródło ciepła, przeszły znaczne modyfikacje i ulepszenia, które postaram się szczegółowo opisać.

Bez wiercenia Pompy ciepła powietrze-woda, jako źródło ciepła wykorzystują powietrze zewnętrzne, w związku z czym wykonywanie dolnego źródła w postaci sond pionowych lub kolektora gruntowego jest zbędne, a produkcja ciepła jest możliwa nawet, gdy jego temperatura spada do -20°C. Należy jednak pamiętać, że największym mankamentem tego rozwiązania są sezonowe i pogodowe zmiany temperatury powietrza, przy czym najgorsze warunki są w zimie, kiedy pompa ciepła jest mocno eksploatowana, a jej sprawność spada w miarę obniżania się temperatury powietrza (dla T poniżej -10°C współczynnik COP wynosi ok. 2-3) i konieczne jest zastosowanie dodatkowego źródła ciepła. Czy jest to jednak wystarczający powód, dla którego na starcie trzeba zrezygnować z tego rodzaju urządzenia? Odpowiedzi na to pytanie dostarczy analiza kosztów inwestycyjnych i eksploatacji pompy ciepła na powietrze zewnętrzne w porównaniu do pompy gruntowej. Jest ona wykonana w oparciu o program do doboru pomp ciepła*. Kalkulację kosztów eksploatacji wykonałam dla tych samych parametrów obliczeniowych (dobranych dla budynku o pow. użytkowej 160 m2, zlokalizowanego w III strefie klimatycznej, o zapotrzebowaniu na ciepło 8kW, z obliczeniową temperaturą wewnętrzną 20°C, z instalacją grzewczą o parametrach 35/25) dla powietrznych pomp ciepła typu monoblok i split oraz dla pompy gruntowej. Przyglądając się otrzymanym wynikom (tabela), widzimy, że roczne koszty ogrzewania różnią się w zależności od rodzaju pompy ciepła. Ze względu na niższą temperaturę powietrza w stosunku do gruntu w sezonie grzewczym, pompy zasilane powietrzem zewnętrznym mają niższy współczynnik sprawności, co przekłada się na wyższy koszt ogrzewania budynku (o około 700-850 zł rocznie). Czy jest on jednak na tyle wysoki, żeby inwestycja w pompę powietrzną była nieuzasadniona ekonomicznie w stosunku do pompy gruntowej? Przyjrzyjmy się zatem kosztom instalacji. Koszt instalacji gruntowej pompy ciepła z kolektorem gruntowym pionowym wynosi około 50 000 zł brutto, natomiast koszt instalacji pompy ciepła z kolektorem gruntowym poziomym lub pompy ciepła wykorzystującej wodę gruntową (studnia czerpalna i zrzutowa, woda na głębokości 15 m), a pompy ciepła z kolektorem zatopionym w jeziorze wynosi około 44 000 zł brutto. Koszt instalacji pompy zasilanej powietrzem zewnętrznym to praktycznie koszt samego urządzenia i montażu, który waha się w granicach 30 000-35 000 zł brutto. Do podjęcia ostatecznej decyzji, oprócz analizy ekonomicznej, należy wziąć pod uwagę inne parametry, dzięki którym pompa ciepła na powietrze zewnętrzne będzie miała przewagę w stosunku do innych typów tych urządzeń. Powietrzne pompy ciepła są znakomitą alternatywą, gdy działka jest mała i nie ma żadnej możliwości wykonania wymiennika gruntowego. Polem do popisu powietrznych pomp ciepła są też, a może przede wszystkim, istniejące kotłownie opalane olejem bądź propanem-butanem. Powietrzne pompy ciepła większości producentów mogą współpracować z innymi źródłami ciepła, takimi jak np. kotły elektryczne, olejowe, gazowe. Zastosowanie powietrznych pomp ciepła pozwala w takich przypadkach na redukcję kosztów ogrzewania nawet o około 60%. Niewątpliwą zaletą pomp zasilanych powietrzem zewnętrznym jest prostota i czas montażu (1-2 dni). Zazwyczaj tego typu pompy składają się z jednostki zewnętrznej i wewnętrznej. W jednostce zewnętrznej znajduje się wentylator zapewniający odpowiedni przepływ powietrza. Wysoką efektywność i cichą pracę uzyskujemy w pompach, w których wentylator ma możliwość obniżenia wydajności powyżej pewnej temperatury zewnętrznej (np. +13°C). Jeżeli mamy do czynienia z pompą ciepła typu monoblok, instalator nie musi być chłodnikiem, ani nie musi korzystać z pomocy firmy chłodniczej, gdyż moduł chłodniczy znajduje się w jednostce zewnętrznej i napełniony jest czynnikiem chłodniczym już w fabryce. Rozmrażanie parownika odbywa się za pomocą gorącego gazu. Jeśli na parowniku powstanie oblodzenie, zawór 4-drogowy w module chłodniczym kieruje gaz gorący bezpośrednio ze sprężarki do parownika. Proces rozmrażania przebiega bardzo szybko i jest energooszczędny. Pompy tego typu mogą zazwyczaj współpracować z każdym rodzajem niskotemperaturowej instalacji grzewczej, ogrzewaniem podłogowym lub ściennym, jak również z konwektorami i grzejnikami, ze względu na możliwość pracy pompy ciepła przy wysokiej temperaturze zasilania. Uprawnienia chłodnicze są wymagane w przypadku pomp zasilanych powietrzem zewnętrznym typu split. W takim układzie mamy do czynienia z dwoma lub trzema jednostkami połączonymi systemem rur z czynnikiem chłodniczym.

Dwa w jednym Pompa ciepła typu powietrze/woda zapewnia w budynku pełny komfort cieplny, ponieważ u większości producentów, oprócz ogrzewania i produkcji ciepłej wody, jest w stanie chłodzić pomieszczenia w okresie letnim (przy wykorzystaniu ogrzewania płaszczyznowego lub klimakonwektorów). Pompę można łączyć z dodatkowymi źródłami ciepła, jak np. istniejące kotły, kolektory słoneczne lub istniejący ogrzewacz wody, w związku z czym istnieje możliwość uzyskania dodatkowej energii cieplnej, gdy jest taka potrzeba. Zasada działania pompy jest prosta: ciepło jest odzyskiwane z powietrza zewnętrznego poprzez jednostkę zewnętrzną, gdzie czynnik chłodniczy krążący w systemie zamkniętym transportuje je do jednostki wewnętrznej. Poprzez odwrócenie tego procesu, czynnik chłodniczy w jednostce wewnętrznej odzyskuje z wody instalacyjnej ciepło, które następnie wyrzucane jest na zewnątrz i w wyniku tego pompa ciepła realizuje funkcję chłodzenia. Jednostka wewnętrzna steruje pracą całego systemu i, w zależności od aktualnego zapotrzebowania na ciepło lub chłód, uruchamia lub wyłącza sprężarkę w jednostce zewnętrznej. W razie podwyższonego zapotrzebowania na ciepło, jednostka wewnętrzna włącza dodatkowe źródło ciepła, takie jak grzałka zanurzeniowa lub inne. Przy wyborze marki pomp ciepła typu powietrze/woda należy zwrócić uwagę na wydajność urządzenia, sprawdzić czy pompa ciepła jest przystosowana do wybranego rodzaju systemu grzewczego (pompy niektórych producentów mogą współpracować wyłącznie z systemem niskoparametrowym), czy jednostka wewnętrzna ma możliwość bezpośredniego podłączania dodatkowych źródeł ciepła czy tylko poprzez osobny zbiornik akumulacyjny, czy ma zaawansowany system sterowania, który zapewni możliwość ustawienia i regulacji ogrzewania, chłodzenia i produkcji ciepłej wody użytkowej. Ogromna ilość tego typu urządzeń jest produkowanych przez producentów urządzeń klimatyzacyjnych i w takich przypadkach urządzenia te często nie są przystosowane do warunków europejskich, a ich główną funkcją nie jest ogrzewania tylko chłodzenie, ponieważ ich rozwój następował w Azji. Pompy ciepła zasilane powietrzem zewnętrznym nie wymagają specjalnego pomieszczenia. Ustawia się je na zewnątrz, przy budynku lub na ścianie budynku, gdzie zajmują niewielką ilość miejsca, jednak wymagają dodatkowego źródła grzewczego, którym może być centrala wewnętrzna z wbudowanym zasobnikiem, regulatorem i grzałką elektryczną lub inne źródło grzewcze, które musi mieć wydzielone miejsce wewnątrz budynku. Wadą tego typu urządzeń jest hałas, który powstaje podczas pracy urządzenia i może być uciążliwy dla sąsiadów, dlatego należy zwracać uwagę na ten parametr przy wyborze marki urządzenia.

Zasilanie z odzysku Inaczej przedstawia się sytuacja pomp ciepła zasilanych powietrzem wentylacyjnym, których główną funkcją jest wentylacja z odzyskiem ciepła, wykorzystywanym do ogrzewania wody i wspomagania systemu grzewczego. Zasada działania tego urządzenia jest niezwykle prosta. Wentylator doprowadza ciepłe powietrze z pomieszczeń przez kanały wywiewne do wymiennika ciepła w pompie ciepła. Odzyskiwane ciepło jest przekazane do zbiornika ciepłej wody użytkowej, który jest najczęściej wbudowany w pompie ciepła lub sprzedawany w zestawie z modułem pompy ciepła. Systemy te są konkurencyjne dla typowych układów wentylacji z rekuperacją do domów jednorodzinnych, jak również są świetnym rozwiązaniem dla budynków pasywnych oraz dla tych, w których ze względu na pełnioną funkcję istnieje zapotrzebowanie na wentylację i ciepłą wodę (np. restauracje, stołówki, kuchnie, domki letniskowe). Pompy ciepła zasilane powietrzem wentylacyjnym odzyskują energię z powietrza wentylacyjnego przez cały rok, podczas gdy rekuperatory tracą swą sprawność wraz ze spadkiem różnicy temperatur między powietrzem nawiewnym a wywiewnym. Napływ świeżego powietrza następuje przez nawiewniki ścienne lub okienne, bez ryzyka zanieczyszczenia i zmiany jego jonizacji w kanałach nawiewnych. Praca wyłącznie w systemie wentylatora wywiewnego daje lepszą kontrolę wymiany powietrza i mniejsze zużycie energii elektrycznej. Koszt tego typu urządzeń (9000-12 000 zł netto) porównywalny jest z kosztem instalacji solarnej, a produkcja ciepłej wody jest bardzo ekonomiczna ze względu na to, że pompa wykorzystuje do tego celu ciepło odzyskane ze zużytego w budynku powietrza. Niestety ze względu na ich ograniczoną moc grzewczą, nie możemy ich porównać do pomp ciepła, których główną funkcją jest ogrzewanie budynków o wyższym zapotrzebowaniu na ciepło niż 3-4 kW. W Polsce, w ostatnich latach, obserwuje się znaczny wzrost zainteresowania tego rodzaju urządzeniami. Według danych z BRG Consult, liczba pomp ciepła zasilanych powietrzem wentylacyjnym, zamontowanych w Polsce w 2009 r. przewyższyła ilość pomp zasilanych powietrzem zewnętrznym i stanowi już 21% w stosunku do wszystkich pomp ciepła zamontowanych na terenie naszego kraju w 2009 r.
dr inż. Małgorzata Smuczyńska
Ilustracje z archiwum firmy Nibe-Biawar. * Nibe VPDIM
Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf pdf


Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij