1. Czym są pompy ciepła?
Pompy ciepła to urządzenia, których zadaniem jest podniesienie ciepła z obszaru o niskiej temperaturze i przetransportowanie go do obszaru o zapotrzebowaniu na wyższą temperatuę. Proces ten przebiega wbrew naturalnemu kierunkowi przepływu ciepła i zachodzi dzięki dostarczonej z zewnątrz energii mechanicznej (w pompach ciepła sprężarkowych) lub energii cieplnej (w pompach absorpcyjnych).
Dlatego pompy ciepła mają szerokie zastosowanie w :
gospodarstwach domowych – (chłodziarki, zamrażarki), ogrzewanie pomieszczeń, podgrzewanie wody użytkowej
biurach, fabrykach – ogrzewanie pomieszczeń, podgrzewanie wody użytkowej, klimatyzowanie pomieszczeń, chłodnictwo
przetwórstwie spożywczym – (chłodnie, zamrażalnie, fabryki lodu)
2. Co to jest COP (Coefficient Of Performence)?
Jest to współczynnik efektywności pracy pompy, który jest tym wyższy im większa sprawność pompy. Czyli mówiąc najprościej stosunek efektu jaki osiągamy, do nakładu jaki ponosimy. Efektywność cieplna pompy cieplnej COP jest większa od 1 i zależy silnie od różnicy temperatur górnego i dolnego źródła ciepła oraz od strat termicznych i elektrycznych urządzenia. Im różnica temperatury mniejsza tym wyższa sprawność pompy.
3. Jakie są rodzaje pomp ciepła?
Podstawowym kryterium klasyfikacji pomp ciepła jest rodzaj dolnego źródła ciepła. Najczęściej używanymi pompami są:
gruntowe (solanka/woda, bezpośrednie odparowanie/woda, bezpośrednie odparowanie/bezpośrednie skraplanie),
wodne (woda/woda, woda/powietrze),
powietrzne (powietrze/woda, powietrze/powietrze).
W zależności od zewnętrznego źródła zasilania można je również podzielić na:
– elektryczne,
– olejowe,
– gazowe (GHP – Gas Heating Pumps),
4. Jakie są tryby pracy pompy ciepła?
Wyróżniamy trzy tryby pracy:
Monowalentny tryb pracy
Przy tym trybie pracy pompa ciepła pokrywa w 100% zapotrzebowanie na ciepło. W związku z tym powinno się w miarę możliwości preferować ten rodzaj pracy.
Monoenergetyczny tryb pracy
Pompa ciepła samodzielnie pokrywa większą część zapotrzebowania na ciepło. Sporadycznie przy niskich temperaturach zewnętrznych (< -10°C) używa się dodatkowo grzałki elektrycznej. Ten tryb pracy wykorzystywany jest w większości przypadków przy zastosowaniu pomp typu powietrze woda. Wynika to z faktu iż, przy niższych temperaturach zewnętrznych moc grzewcza tych pomp ciepła spada i musi zostać wykorzystane drugie źródło ciepła. Praktyka pokazuje, że więcej niż 95 % rocznego zapotrzebowania na ciepło produkowanego w instalacjach grzewczych pomp ciepła typu powietrze/woda pochodzi z samych pomp.
Tryb biwalentny
Pompa ciepła w większej części samodzielnie pokrywa zapotrzebowanie na ciepło. Pompy ciepła podczas bardzo niskich temperatur zewnętrznych współpracują razem z drugim źródłem ciepła np. kotłem gazowym, olejowym. Ten rodzaj trybu pracy, stosowany jest najczęściej w przy termomodernizacji istniejących obiektów, jeżeli wykorzystywany jest istniejący już system grzewczy.
5. Co to jest dolne i górne i szczytowe źródło ciepła?
Dolne źródło ciepła jest to kluczowy element działania pompy ciepła. Źródłami ciepła mogą być zarówno wody powierzchniowe jak i podziemne, grunt oraz powietrze atmosferyczne. Aby efektywność pomp ciepła była jak najwyższa ważne są jego parametry termiczne takie jak: pojemność cieplna, temperatura źródła i jej wahania w czasie oraz techniczne możliwości pozyskania i eksploatacji tego ciepła.
Górne źródło ciepła jest to system grzewczy budynku w skład, którego wchodzi ogrzewanie podłogowe, sufitowe, grzejnikowe.
Szczytowe źródło ciepła to źródło, które uruchamiane jest wtedy, gdy Pompa Ciepła nie jest w stanie sama dostarczyć odpowiedniej ilości ciepła do pomieszczenia. Szczytowe źródło ciepła uruchamiane jest w zasadzie wyłącznie zimą podczas dużych mrozów. Szczytowym źródłem ciepła może być np. kocioł gazowy.
6. Jakie są typy dolnych źródeł ciepła?
Wyróżniamy następujące typy dolnych źródeł ciepła:
Grunt – W ziemi gromadzi się 98% energii słonecznej, dzięki temu nawet w chłodne dni grunt, to ekonomicznie opłacalne dolne źródło ciepła. Pompa ciepła może czerpać ciepło zarówno z płytkich warstw gleby, jak i jej głębokich warstw. Nośnikiem ciepła może być glikol etylenowy, propylenowy ( lub solanka – mieszanina wody i glikolu), które pod ziemią utrzymują stałą temperaturę od -2⁰C do +7⁰C i nie zamarzają. Ciepło z gruntu możemy odbierać poprzez odwierty pionowe do głębokości 100-120m. Bardzo ważną kwestią jest obliczenie odpowiedniej ilości i głębokości odwiertów w celu uniknięcia oblodzenia dolnego źródła ciepła. Kolektory poziome to kilkaset metrów rury PE o średnicy ¾-1 cala, ułożonej płasko lub spiralnie na głębokości ok 1,5m-2m pod powierzchnią ziemi (czyli poniżej granicy zamarzania ziemi). Powierzchnia kolektora powinna zajmować kilkakrotnie większą przestrzeń niż powierzchnia domu.
Największą wydajnością charakteryzują się wilgotne i gliniaste gleby, mniej korzystne są suche i piaszczyste. Kiedy posiadamy działkę o małej powierzchni wybrać pionowe sondy. Odwierty zajmują mniej powierzchni poziomej, jednak wymagają zrobienia dowiercenia się na głębokość od kilkudziesięciu do nawet 150m (w zależności czy wykonujemy jeden odwiert, czyli kilka obok siebie). Zaletą sond pionowych jest pewniejsza stabilność ciepła, minusem – wyższa cena instalacji.
Wody Podziemne – Woda gruntowa to także doskonały nośnik ciepła. Nie trzeba jej pozyskiwać z tak dużych głębokości jak w przypadku ciepła z gruntu, niemniej jednak woda, którą chcemy wykorzystać nie może się znajdować na poziomie od 0- 20m pod powierzchnią ziemi i nie może być stojąca; musi mieć także odpowiedni skład chemiczny, który dobrze przewodzi ciepło. Temperatura wody znajdującej się pod ziemią utrzymuje się w stałym przedziale 8-10⁰C. Do wykorzystania wody jako dolnego źródła ciepła potrzebne jest wybudowanie dwóch studni (lub czasem więcej), z której jedna jest czerpna, a druga zrzutowa.
Istnieje także możliwość pozyskiwania ciepła z powierzchniowych zbiorników wodnych, lecz należy pamiętać o tym, że zbiornik wodny musi mieć odpowiednio dużą objętość, o zastosowaniu odpowiednich filtrów do oczyszczenia wody oraz o wykonaniu operatu wodno- prawnego.
Powietrze – Pompy ciepła wykorzystujące powietrze to praktycznie najtańszy rodzaj pomp ciepła. Ich wydajność kończy się w okolicach -15⁰C. Niemniej jednak okazuje się, że w trakcie sezonu grzewczego dni z temperaturami poniżej -15⁰C. jest zazwyczaj kilkanaście, a roczna różnica w kosztach eksploatacji gruntowej pomy ciepła w porównaniu do pompy powietrznej wynosi od kilkuset do 1500 zł ( w przypadku dużych budynków). Jeżeli roczne koszty eksploatacji porównamy do różnicy w nakładach ( gruntowa pompa ciepła ( z odwiertami) jest o kilkanaście do kilkudziesięciu tys. złotych droższa od pompy powietrznej, to okaże się, że nakłady na gruntową pompę ciepła zaczną się zwracać po kilkunastu latach w porównaniu do pompy powietrznej.
7. Jak zbudowana jest pompa ciepła?
Pompy ciepła mają budowę modułową, najczęściej na dole znajduje się wymienniki ciepła oraz sprężarka, skraplacz, zawór rozprężny, parownik, zawory zwrotne, elektrozawór oraz zawory serwisowe, a wyżej część z elektroniką.
Wygląd, sposób zamontowania urządzeń jest charakterystyczny dla każdego z producentów Całość jest zamknięta w sztywnej, dobrze uszczelnionej i wyciszonej obudowie.
8. Jak działa pompa ciepła?
Freon, który jest czynnikiem roboczym, jest poddawany czterem procesom termodynamicznym w ramach obiegu termodynamicznego (obieg Lindego). Pierwszy proces zachodzi w parowniku dochodzi tu do odparowania czynnika roboczego w wyniku odbierania ciepła z dolnego źródła energii. W kompresorze następuje jego sprężenie, dzięki czemu uzyskuje on wysoką temperaturę. Następnie sprężony freon ulega skraplaniu ( ta przemiana ma miejsce w skraplaczu ). W wyniku skroplenia dochodzi do przekazania energii do górnego źródła ciepła. Ostatnim procesem jest rozprężanie czynnika roboczego na zaworze rozprężnym, który przekazuje ponownie freon do parownika. Proces pobierania i oddawania ciepła odbywa się zwykle poprzez wymienniki ciepła. Proces ten przebiega wbrew naturalnemu kierunkowi przepływu ciepła i zachodzi dzięki dostarczonej z zewnątrz energii.
9. Z Jakim typem ogrzewania najlepiej współpracuje pompa ciepła?
Wszelkie nowoczesne systemy grzewcze uzyskują największą efektywność energetyczną (COP) w przypadku ogrzewania niskotemperaturowego. W związku z powyższym zaleca się stosowanie ogrzewania podłogowego, ściennego lub mieszanego niskotemperaturowego o parametrach nie większych niż 55/40⁰C gdyż im mniejsza jest różnica temperatury dolnego i górnego źródła ciepła tym praca układu jest bardziej efektywna.
10. Gdzie należy montować pompy ciepła?
Z uwagi na niewielkie gabaryty pomp ciepła nie trzeba budować dla nich dedykowanych pomieszczeń. Można je instalować w miejscach przewidzianych w projekcie – pomieszczeniach piwnicznych pomieszczeniach gospodarczych. Istnieją pompy ciepła, które mogą być montowane na powietrzu lub umieszczone w gruncie.
W przypadku pomp ciepła typu SPLIT mamy do czynienia z dwiema jednostkami, jedna z nich znajduje się w budynku, a druga na zewnątrz.
11. Poziomy wymiennik gruntowy a urządzanie ogródka?
Poprawnie wykonany wymiennik gruntowy nie ma żadnego wpływu na zieleń na powierzchni. Należy tylko przede wszystkim pamiętać o dużych drzewach, których umiejscowienie należy przewidzieć na etapie planowania wymiennika gruntowego celem pozostawienia bezpiecznej odległości (2m z każdej strony) od drzewa z uwagi na ekspansywny system korzeniowy.
12. Czy możemy zamontować pompę ciepła gdy w budynku mamy istniejącą instalację c.o. i czy ona może być jedynym źródłem ciepła?
W nowo powstających budynkach z całą pewnością pompa ciepła może być jedynym źródłem ogrzewania i energii potrzebnej do przygotowania ciepłej wody. W budynkach już istniejących należy dokonać przeglądu istniejącej instalacji mając na względzie wydajność grzejników, średnice, jakość przewodów,, parametry pracy całego układu mogące powstać straty a także możliwości adaptacyjne. Często przy modernizacji kotłowni powietrze jest jedynym możliwym ( dolnym) źródłem ciepła, ponieważ wiercenia studni albo zakładanie kolektorów ziemnych w zagospodarowanych i wypielęgnowanych ogrodach nie jest brane przez inwestorów pod uwagę.
13. Czy pompy ciepła możemy stosować do ogrzewania obiektów przemysłowych?
Zdecydowanie tak. w układach przemysłowych stosuje się kaskadowy układ pomp ( wraz ze wzrostem zapotrzebowania na ciepło kolejne pompy uruchamiają się automatycznie). Bardzo często ciepło powstające przy procesie produkcji może być wykorzystane jako dolne źródło ciepła co powoduje, że koszt eksploatacji pomp ciepła staje się niski.
14. Czy pompa ciepła jest tańsza w eksploatacji od innych tego typu urządzeń?
Z uwagi na współczynniki COP pomp ciepła zawierające się w przedziale ( 3,5- 4,5) można przyjąć, że koszt ogrzewania domu pompą ciepła jest niższy o około 75% od ogrzewania elektrycznego, 50% od ogrzewania olejem opałowym i 25% gazem ziemnym.
15. Jak wyglądają koszty zakupu i montażu pomp ciepła w stosunku do innych źródła energii?
W przypadku nowobudowanych budynków zastosowanie pompy ciepła jest z ekonomicznego punktu widzenia bardzo opłacalnym rozwiązaniem, chociażby ze względu na to, że nie musimy doprowadzać do budynku przyłącza gazowego. Koszt montażu pompy ciepła jest wyższy o około 30% od dobrej instalacji kotłowej zasilanej gazem lub olejem. Pamiętajmy jednak, ze jest to inwestycja na kilkadziesiąt lat i w tym przypadku mamy do czynienia z parafraza powiedzenia „tanio budujesz, drogo mieszkasz”. O ile koszty zakupu i montażu przemawiają za tradycyjnym źródłem ciepła to już efektywność szczególnie w kontekście wieloletniej eksploatacji przechyla szalę zdecydowanie na korzyść pomp ciepła. Należy wziąć także pod uwagę fakt drożejących systematycznie nośników energii, który jest spowodowany zwiększonym popytem na energie w każdym rodzaju przy równoczesnym kurczeniu się paliw kopalnych.
16. Czy pompa ciepła musi współpracować ze zbiornikiem na wodę kotłową?
W wielu przypadkach pompa ciepła jest wpięta bezpośrednio w układ CO, ale nie jest to konieczne. Jeżeli w takim układzie zastosujemy dodatkowo zbiornik będzie on pełnił rolę tzw. Bufora ciepła będzie pełnił on także rolę sprzęgła hydraulicznego. Zastosowanie bufora powoduje rzadsze włączanie się pompy ciepła.
17. Co to jest moc cieplna budynku?
To nic innego jak zapotrzebowanie budynku na ciepło. Aby dokonać optymalnego doboru pomp ciepła należy obliczyć zapotrzebowanie na ciepło danego budynku. Przyjmujemy, iż dla starego budownictwa zapotrzebowanie ciepła będzie wynosić 75 – 100 W/m2, dla nowego z dobrą izolacją 50 W/m2 zaś dla budynku energooszczędnego 30 W/m2. Wartości te po przemnożeniu przez powierzchnię przewidzianą do ogrzania da nam zapotrzebowanie ciepła dla danego obiektu.
18. Jaka jest trwałość i niezawodność systemu?
Pompy ciepła są urządzeniami, w które pozwalają na wieloletnią bezawaryjną pracę nawet przez 25 – 30 lat. Pamiętajmy, że zawsze układ jest tak sprawny jak sprawne jest jego najsłabsze ogniwo, dlatego decydując się na inwestycję w pompę ciepła wybierajmy zawsze dobre jakościowo produkty uznanych producentów. To uchroni nas przed nieprzewidzianymi kosztami po okresie gwarancyjnym.
19. Ile trwa montaż pompy ciepła
Czas montażu pompy ciepła u klienta oczywiście bez montażu grzejników trwa około 2, 3 dni, wliczając w to prace ziemne.
20. Kiedy powinna zapaść decyzja o zakupie pompy ciepła?
Oczywiście im wcześniej tym lepiej. Najlepiej, gdy już przy wyborze działki pod budowę domu już brana jest pod uwagę pompa ciepła jako element systemu CO. Takie podejście pozwoli nam na większą swobodę przy doborze dolnego źródła ciepła. W sytuacji gdy mamy do czynienia z budynek znajdującym się już na zagospodarowanej działce problem rozwiązuje się po przez taki dobór sposobu pozyskiwania ciepła by dopasować się do istniejącej sytuacji ze względu na możliwości wykonania i poprowadzenia instalacji np. zamiast kolektora poziomego stosuje się układ pionowy lub stosuje się powietrzną pompę ciepła.