Tematem artykułu jest podtrzymanie pozytywnej opinii inwestorów i instalatorów dotyczącej opłacalności zastosowania pomp ciepła do ogrzewania budynków. Podważają ją bowiem wadliwie zaprojektowane czy wykonane realizacje.

Poniżej chciałbym omówić zalety i wady poszczególnych rodzajów dolnych źródeł ciepła występujących w urządzeniach jakimi są pompy ciepła.

Obieg otwarty

*System pomp ciepła powietrze/woda

Ten otwarty system obiegu dolnego źródła jest bardzo uzależniony od warunków zewnętrznych, szczególnie od temperatury i wilgotności powietrza nawiewanego do pompy. Warunek ten jest jedynie przewidywalny na podstawie statystycznych danych klimatycznych. Istnieją jednak inne warunki zewnętrzne, jak np. zanieczyszczenie powietrza, które może spowodować tworzenie się mikroorganizmów w przewodzie odprowadzającym skropliny z odszraniania parownika, blokując ich swobodny odpływ.

Brak odpływu powoduje zbytnie zawilgocenie lameli parownika i w konsekwencji jego oblodzenie. Istnieją też pozornie błahe powody zakłóceń lub obniżenia wydajności grzewczej pompy, jak zatykanie wlotu powietrza liśćmi w okresie jesiennym. Jest to jednak system pracujący najczęściej w systemie biwalentnym z innym źródłem ciepła, w którym istnieje mniejsze ryzyko pozbawienia ogrzewania w przypadku zakłóceń w pracy pompy ciepła.

Usunięcie powodów tych zakłóceń nie jest kłopotliwe i ogólnie można powiedzieć, że system pompy ciepła powietrze-woda nie jest systemem o dużej wrażliwości na nieprzewidywalną zmianę warunków zewnętrznych.

Niezwykle ważną zaletą tego systemu jest nieograniczona podaż energii w powietrzu zależna jedynie od wentylatora wbudowanego w pompę.

* System pomp ciepła woda/woda ze zbiorników otwartych

Jest to system mało popularny w Polsce, szczególnie ze względu na bariery przepisów ochrony środowiska. Przy odpowiednich rozwiązaniach technicznych można jednak zapewnić 100% ochronę przed przedostaniem się szkodliwych substancji do środowiska naturalnego. Podstawowym problemem jest jakość wody i w przypadku jej agresywności chemicznej czy rodzaju zanieczyszczeń wymagane są często indywidualne rozwiązania.

* System pomp ciepła woda/woda ze studniami wody powierzchniowej

System ten znalazł w Polsce dość szerokie zastosowanie, głównie w regionach o dobrej jakości wody. Jest szczególnie reklamowany przez producentów pomp ciepła jako system o wysokim współczynniku efektywności COP. Jednak teoria tego systemu często mija się z praktycznymi doświadczeniami. Powodem tego jest mylenie pojęcia współczynnika COP pompy ciepła ze współczynnikiem COP całego systemu grzewczego z pompą ciepła.

Współczynnik COP pompy ciepła jest to stosunek mocy grzewczej uzyskanej z pompy ciepła do mocy elektrycznej potrzebnej do napędu sprężarki. Współczynnik COP systemu z pompą ciepła jest stosunkiem mocy grzewczej uzyskanej z pompy ciepła do mocy elektrycznej potrzebnej do napędu wszystkich urządzeń elektrycznych związanych z jego pracą, szczególnie pomp obiegowych.

Przy niewłaściwym doborze tych urządzeń czy złej jakości wody gruntowej może on spaść poniżej współczynnika COP, np. pompy ciepła powietrze/woda nawet przy niskich temperaturach zewnętrznych. Pisałem już o tym w jednym z poprzednich artykułów pt. „Efektywny współczynnik”.

Podstawowym problemem tego systemu jest jednak jego niezawodność. Na tą niezawodność największy wpływ ma jakość wody gruntowej. Jakość ta powinna rzutować na rozwiązanie techniczne, np. w warunkach Wybrzeża mamy do czynienia z dużą zawartością żelaza w wodzie gruntowej. Żelazo to wytrąca się w dużej ilości w kontakcie z powietrzem, zatykając przewody, wymienniki czy studnię zrzutową. Jako że w obiegu otwartym, jakim jest obieg studni, kontakt ten jest nieunikniony, należy dążyć do jego zminimalizowania.

Jednym ze sposobów jest budowanie szczelnych studni zrzutowych, powoduje to jednak konieczność doboru większej pompy głębinowej, a więc większe zużycie prądu. Przed podjęciem decyzji o doborze takiego systemu należy przeprowadzić co najmniej dwie analizy wody w dwóch różnych wiarygodnych laboratoriach. W praktyce doświadczyłem, że wyniki analizy w dwóch różnych laboratoriach były diametralnie różne.

Znając wyniki, należy zasięgnąć opinii kompetentnych fachowców na temat wpływu zbadanej wody na możliwą korozję i osadzanie się zanieczyszczeń oraz wpływu zanieczyszczeń na wymianę ciepła w wymiennikach, a także zdolności odbioru wody przez studnię zrzutową. Dużym, często spotykanym błędem jest zrzut wody do rowów, zbiorników wód powierzchniowych, rur drenarskich czy kanalizacji deszczowej.

Powoduje to konieczność doboru większej pompy głębinowej do pokonania różnicy poziomu pomiędzy dynamicznym lustrem wody w studni czerpalnej a poziomem wypływu. Przy płaskiej charakterystyce pompy głębinowej powoduje to znaczne zwiększenie zużycia prądu do jej napędu. Ma też negatywny wpływ na środowisko naturalne czy drożność kanalizacji drenarskiej lub deszczowej. Przy dużych ilościach pobieranej wody ze studni czerpalnej i zrzucanej do cieków powierzchniowych może też dojść do zmiany warunków wodnych w studni czerpalnej.

Obniżenie się dynamicznego lustra wody prowadzi do zmniejszenia ilości pompowanej wody, zwiększenia spadku temperatury w parowniku i w rezultacie do zakłóceń pracy pompy ciepła spowodowanej zabezpieczeniem przeciwzamrożeniowym. Obniżenie lustra dynamicznego wody w studni czerpalnej może też być spowodowane zmianami stosunków wodnych niezależnych od pracy pompy ciepła bądź ingerencją człowieka lub zmianami klimatycznymi.

Istnieją dobrze pracujące systemy pomp ciepła ze studniami, są to jednak najczęściej przypadki szczęśliwego zbiegu okoliczności. Dobrze zaprojektowany i wykonany system ze studniami wymaga przeprowadzenia wielu szczegółowych analiz, współpracy specjalistów oraz zastosowania często drogich rozwiązań technicznych. Jest też pewne, że serwis i konserwacja tego systemu są drogie i uciążliwe. W analizach ekonomicznych jest to często pomijane, jest to jednak także czynnik, który powinien być uwzględniany przy wyznaczaniu tak reklamowanej wysokiej efektywności pompy ciepła woda/woda.

Obieg zamknięty

Istnieje szereg rodzajów tego systemu. Ograniczę się do dwóch najbardziej znanych i rozpowszechnionych w Polsce.

* Poziomy kolektor gruntowy

Jest to wymiennik z rur polietylenowych ułożony w ziemi na głębokości ok. 1,5 m. Czynnikiem pobierającym niskotemperaturowe ciepło z gruntu jest krążąca w nich mieszanina wody z glikolem odporna na zamarzanie do ok. -15ºC. Czynnik ten nie ma więc bezpośredniego kontaktu ze środowiskiem (gruntem). Temperatury gruntu na głębokości ok. 1,5 m zmieniają się w ciągu roku od 2 do 10ºC. Jest to jedyny przewidywalny wpływ czynników zewnętrznych na pracę systemu z pompą ciepła.

Pobór energii elektrycznej do napędu pompy obiegowej jest niewielki i prosty do obliczenia. Na poprawność działania tego systemu ma jedynie wpływ właściwy dobór wymiennika gruntowego i urządzeń z nim współpracujących oraz staranność wykonawstwa gwarantująca absolutną szczelność jego obiegu. Duże znaczenie ma też wyrównanie przepływu w poszczególnych pętlach kolektora. Wadą tego systemu jest konieczność przeprowadzenia szeroko zakrojonych robót ziemnych oraz zakaz pokrywania nawierzchniami utwardzonymi oraz zadrzewienia terenu położonego nad kolektorem. Wychłodzenie gruntu w okresie wiosenno-letnim może zakłócić wegetację roślin.

* Pionowy wymiennik gruntowy

System ten znajduje coraz większe zastosowanie. Zasada jego działania jest podobna do systemu z kolektorem poziomym. Różnica polega na pobieraniu ciepła z głębszych warstw gruntu, a nie z jego powierzchni. Najczęstszym nieporozumieniem jest mylenie go z systemem studni. System ten nie ma nic wspólnego ze studniami, może jedynie to, że do jego montażu konieczne są głębokie wiercenia.

Jest to wymiennik gruntowy z rur polietylenowych wpuszczanych w ziemię do głębokości 200 m. Czynnikiem pobierającym niskotemperaturowe ciepło z gruntu jest również, jak w kolektorach poziomych, mieszanina wody z glikolem odporna na zamarzanie do ok. – 15ºC. Czynnik ten nie ma więc bezpośredniego kontaktu z gruntem.

Wahania temperatur gruntu są znikome, gdyż na głębokości powyżej ok. 18 m temperatura gruntu w naszej strefie klimatycznej jest stabilna i wynosi ok. 10ºC. Wpływ zmian czynników zewnętrznych jest znikomy. Jedynym czynnikiem może być mało prawdopodobna zmiana wilgotności gruntu w jego głębszych warstwach.

Na poprawność działania tego systemu ma jedynie wpływ właściwy dobór głębokości sond, ich rozmieszczenia, dobór urządzeń z nim współpracujących oraz staranność jego wykonania gwarantująca absolutną szczelność jego obiegu. Zachodzą niekiedy problemy z wprowadzaniem sond ziemnych o dużej głębokości w odwierty, jednak przy odpowiednim parku maszynowym i doświadczeniu specjalistycznych firm jest to jedynie kwestia nakładu pracy i zaangażowania.

Dlatego przy dużych odpowiedzialnych inwestycjach, szczególnie z głębokimi sondami, należy angażować firmy o dobrym wyposażeniu sprzętowym i dużym doświadczeniu w montażu sond ziemnych. Zaletą tego systemu jest również mała ingerencja w infrastrukturę terenu, mały zakres koniecznych prac ziemnych oraz jego niezawodność.

Wadą jest pozornie wysoka cena montażu sond ziemnych. Biorąc jednak pod uwagę konieczność zakupu drogiego sprzętu wiertniczego, utrzymywanie go w gotowości technicznej, cenę jego transportu na budowę, doświadczenie zdobyte często przy poniesieniu strat finansowych, ryzyko napotkania przeszkód w gruncie czy wód podziemnych, jest to cena w pełni uzasadniona.

Koszty inwestycyjne są porównywalne z kosztami poziomego wymiennika gruntowego, jeśli weźmiemy pod uwagę rosnący koszt robót ziemnych. Często koszty te przejmowane są przez inwestora i tylko pozornie wymiennik gruntowy z sondami ziemnymi jest droższy.

Na zakończenie

Chciałbym zwrócić się do potencjalnych inwestorów z prośbą o niepodejmowanie pochopnych decyzji o rezygnacji z systemu grzewczego z pompą ciepła na podstawie zasłyszanych wiadomości o niesprawności jakiegoś układu. Wiadomości te są w większości przesadzone i rozchodzą się o wiele szybciej od wiadomości o prawidłowo działających systemach. Często też nie mają nic wspólnego z samą pompą ciepła, lecz z wadliwie zaprojektowaną i wykonaną instalacją grzewczą budynku lub instalacją dolnego źródła.

Systemy z pompami ciepła są szeroko rozpowszechnione na całym świecie i z powodzeniem zastępują konwencjonalne systemy grzewcze, przynosząc konkretne oszczędności w kosztach ogrzewania.

Warunkiem jest jednak wnikliwa i fachowa ocena wszystkich warunków wpływająca na ich prawidłowe działanie. Nie należy szukać oszczędności kosztem zastosowania tańszych materiałów, tańszej firmy wykonawczej czy kosztem nieprofesjonalnego tańszego projektu. Oszczędności te w efekcie końcowym lub po kilku latach eksploatacji okażą się o wiele niższe niż straty poniesione z tego powodu.

Mirosław Kozłow

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