Z gruntu, wody i powietrza do instalacji c. o. Jak skutecznie przepompować ciepło


O pompach ciepła słyszy się i mówi coraz częściej, głównie za sprawą wzrostu kosztów ogrzewania tradycyjnymi systemami grzewczymi. Miniona zima dała o tym znać szczególnie dotkliwie.

Wśród nietradycyjnych systemów wytwarzania energii cieplnej pompa ciepła zajmuje jedną z najpoważniejszych pozycji.
Często traktuje się ją jako źródło energii cieplnej, a to błąd. System grzewczy z pompą ciepła składa się bowiem przynajmniej z trzech elementów:
- głównego źródła energii w postaci ciepła pochodzącego z promieniowania słonecznego zgromadzonego w środowisku naturalnym;
- pompy ciepła „przepompowującej” to ciepło na wyższy, użyteczny poziom temperatury. Potrzebna do tego energia, najczęściej elektryczna, jest również przetwarzana na ciepło;
- odbiornika ciepła, którym są najczęściej wewnętrzna instalacja grzewcza i podgrzewacz ciepłej wody użytkowej.
Podstawową zaletą systemu grzewczego z pompą ciepła jest oszczędność kosztów ogrzewania, dodatkową zaś – jej ekologiczność, ale ta dla większości inwestorów ma marginalne znaczenie.

Dobrze dopasowane

Tradycyjne systemy grzewcze, w których źródłem energii jest głównie spalanie paliw stałych, płynnych czy gazowych, są bardzo często przewymiarowane – dla bezpieczeństwa wynikającego z braku zaufania do obliczeń czy wręcz z powodu braku takich obliczeń. Nie wpływa to znacząco na zwiększenie kosztów ogrzewania. Może jednak powodować szybsze zużycie elementów systemu grzewczego – palnika kotła – lub elementów automatycznej regulacji – z czego użytkownik niekoniecznie musi sobie zdawać sprawę.
Inaczej jest w przypadku systemu grzewczego z pompą ciepła. Tu niewłaściwy dobór jednego z elementów może spowodować znaczne zwiększenie kosztów ogrzewania lub prowadzić do zakłóceń w działaniu czy wręcz do awarii.
Na prawidłowe, zgodne z oczekiwaniami inwestora działanie systemu grzewczego z pompą ciepła ma wpływ optymalny dobór jego wszystkich elementów. Powody nieprawidłowej pracy systemów leżą jednak nie tylko po stronie wykonawców i dystrybutorów, lecz także po stronie inwestorów próbujących „do bólu” zmniejszyć koszty inwestycyjne, zmuszając niektórych mniej odpowiedzialnych wykonawców do wyboru tańszych rozwiązań.

Dolne źródło ciepła

Ciepło można pozyskiwać na wiele sposobów. W systemach grzewczych z pompami ciepła najbardziej znany jest odzysk ciepła ze środowiska naturalnego. Najpopularniejsze wśród układów grzewczych z pompą ciepła są systemy: powietrze-woda, woda-woda i solanka-woda.
Solanką przyjęto nazywać mieszaninę wody, najczęściej z glikolem, która nie zamarza do określonej temperatury.
W Polsce najlepiej znanym i najbardziej rozpowszechnionym sposobem odzysku ciepła ze środowiska naturalnego jest system gruntowy, czyli wykorzystanie energii słonecznej zmagazynowanej w wymiennikach gruntowych: poziomych, zwanych kolektorami gruntowymi, lub pionowych, nazywanych inaczej sondami ziemnymi.


Energia z gruntu

Wymiennik gruntowy poziomy jest zbudowany z polietylenowych rur ułożonych w ziemi na głębokości około 1,6 m. Temperatura gruntu na tej głębokości jest zmienna i wynosi w naszej strefie klimatycznej od 7 do 12°C.
Trzeba założyć, że firmy oferujące systemy znają podstawowe teoretyczne zasady doboru tego wymiennika, i im zaufać, gdyż inwestor zwykle nie jest w stanie samodzielnie sprawdzić poprawności projektu. Można oczywiście zasięgnąć opinii u konkurencji, lecz nie zawsze muszą to być opinie obiektywne.
Odmianą poziomego wymiennika gruntowego jest kolektor spiralny układany nie tak jak płaski – w jednorodnym wykopie, ale w rowach. To pozwala ograniczyć zakres prac ziemnych, lecz zwiększa długość kolektora. Zasada działania obu kolektorów jest identyczna. Wszystkie uwagi dotyczące kolektora płaskiego odnoszą się także do spiralnego.
Wymiennik gruntowy pionowy (sondy ziemne) różni się od poziomego tym, że odzyskuje ciepło z głębszych warstw ziemi, a nie z wierzchnich, jak poziomy. Nie należy go jednak mylić ze studniami, choć – podobnie jak w przypadku studni, tak i tu – robi się odwierty. Jest to praca dość skomplikowana i wymagająca zaangażowania specjalistycznych maszyn, dlatego zainteresowanie tego rodzaju wymiennikami było do niedawna bardzo małe.
Wymienniki pionowe są najczęściej wykonywane przez specjalistyczne firmy z kilkuletnim doświadczeniem, którym trzeba, niestety, stosownie zapłacić. Próby wiercenia pionowych wymienników przez firmy zajmujące się na co dzień budową studni są, niestety, z reguły skazane na niepowodzenie. Rozsądniej jest zlecić wykonanie sond ziemnych fachowcom. Poprawne działanie sond, czyli osiągnięcie wymaganej mocy grzewczej, zależy od dwóch podstawowych parametrów: ich głębokości oraz rozstawu. Najpewniejszym, ale nie zawsze możliwym rozwiązaniem jest jedna sonda ziemna.
Liczba sond zależy od wymaganej mocy grzewczej pompy ciepła oraz warunków geologicznych gruntu. Są firmy montujące sondy do głębokości 200 m. Przy mniejszych inwestycjach, takich jak domy mieszkalne, wystarczające są jednak takie o głębokości do 100 m.
Odległości między sondami powinny wynosić od 5 m (dla sond o głębokości 30 m) do 10 (dla 100-metrowych) i muszą być zachowane ze względu na konieczność regeneracji cieplnej w lecie wychłodzonego zimą gruntu. Praca pompy ciepła powoduje bowiem stopniowe obniżanie temperatury gruntu. Efekt ten może być odczuwalny dopiero po kilku latach eksploatacji, dlatego wszelkie pochlebne opinie o systemie po pierwszym roku są przedwczesne.
Niewątpliwą zaletą sond ziemnych w porównaniu z kolektorami poziomymi jest możliwość wykonania ich na znacznie mniejszych działkach i ich znikomy wpływ na wyziębienie gruntu na powierzchni. Sondy można umieszczać także pod utwardzoną nawierzchnią. Na bardzo małej działce może być jednak kłopot z zapewnieniem możliwości dojazdu dla ciężkiego sprzętu i z miejscem na technologiczny wykop na płuczkę wiertniczą, czyli płyn niezbędny do wykonania odwiertu. Wykop ten jest oczywiście likwidowany po zamontowaniu sondy.
Sondy można wykorzystać również jako źródło „wody lodowej” do klimatyzacji w lecie, co umożliwia dodatkowo szybszą regenerację cieplną gruntu w ich otoczeniu. Wymaga to jednak innego rozwiązania instalacji ogrzewania.
Profesjonalne firmy zajmujące się instalacjami grzewczymi z pompami ciepła mają zwykle dobre zaplecze projektowe i wykonawcze, doskonale znają zasady poprawnego wykonania wymiennika gruntowego i przestrzegają technologii wykonania. Gorzej z firmami zajmującymi się takimi zleceniami sporadycznie. Licząc na szybki sukces finansowy, często z niewiedzy oferują tanie, niesprawdzone systemy, których poprawne działanie może być krótkotrwałe. Należy więc przyjąć zasadę ograniczonego zaufania do ofert tanich, znacznie odbiegających kosztami od średniego poziomu.

System pompy ciepła z wymiennikiem gruntowym

Grunt akumuluje energię słoneczną, dzięki czemu jego temperatura niezależnie od pory roku utrzymuje się na takim poziomie, że można go wykorzystać jako dolne źródło ciepła dla pompy. W kolektorach gruntowych może krążyć woda (układ woda-woda) lub mieszanina glikolu i wody (układ solanka-woda), które pobierają ciepło z gruntu i doprowadzają je do pompy ciepła.


Energia z wody

Studnia głębinowa. Systemy ze studniami głębinowymi są w Polsce dość popularne, zwłaszcza w regionach, gdzie woda gruntowa jest dobrej jakości. Są reklamowane przez producentów pomp ciepła jako układy o wysokim współczynniku efektywności COP. Jednak teoria często mija się z praktycznymi doświadczeniami.
Podstawowym problemem tego systemu bywa jego zawodność, na którą największy wpływ ma jakość wody gruntowej. Przed podjęciem decyzji o wyborze takiego systemu trzeba więc przeprowadzić wiarygodną analizę wody i z jej wynikami zwrócić się do fachowców o ocenę możliwości zastosowania studni jako dolnego źródła ciepła. W takim wypadku firma instalująca system bierze pełną odpowiedzialność za jego poprawne działanie.
Są dobrze pracujące systemy pomp ciepła ze studniami, jednak najczęściej zawdzięczają to szczęśliwemu zbiegowi okoliczności. Dobrze zaprojektowany i wykonany system ze studniami wymaga bowiem przeprowadzenia licznych szczegółowych analiz, współpracy wielu specjalistów oraz zastosowania często drogich rozwiązań technicznych. Serwis i konserwacja też są drogie uciążliwe.
System ten jest zalecany do dużych obiektów o znacznym zapotrzebowaniu na ciepło.
W skład systemu wchodzą dwie studnie głębinowe (poborowa i zrzutowa). Pobór i zrzut wody powinien się odbywać do tej samej warstwy wodonośnej, czyli studnie powinny mieć tę samą głębokość. W zależności od mocy pomp ciepła może się okazać, że należy wykonać kilka studni. Ich liczbę oraz głębokość można określić wstępnie na podstawie map hydrogeologicznych danego terenu i dopiero wtedy przystąpić do wyceny dolnego źródła. Trzeba pamiętać o dwóch ważnych elementach: niezmienności warunków gruntowo-wodnych i jakości wody głębinowej. Przez „niezmienność” należy rozumieć stały pobór wody o określonym przepływie (zależnym od mocy pompy ciepła), bez względu na porę roku i czas użytkowania (równy czasowi pracy pompy ciepła, a wynosi on średnio osiem godzin dziennie w ciągu sezonu grzewczego).
O ile pierwszy warunek jest ściśle określony, o tyle drugi – jakość wody głębinowej – jest dość trudny do sprecyzowania. Można oczywiście zrobić pewne założenia, na przykład przyjąć, że jeśli woda głębinowa spełnia parametry wody pitnej określone w rozporządzeniu ministra zdrowia z 19 listopada 2002 r., w sprawie wymagań dotyczących jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (Dz.U. nr 203, poz. 1718), to jest też użyteczna dla pompy ciepła. Nie dotyczy to wszystkich parametrów fizykochemicznych wody, ale głównie zawartości żelaza i manganu. To te dwa pierwiastki są odpowiedzialne za zanieczyszczenie wymiennika ciepła dolnego źródła – parownika, dlatego czasem stosuje się wymiennik pośredni oddzielający układ pompy ciepła od studni głębinowej.
Im bardziej jakość wody będzie odbiegała od określonej we wspomnianym rozporządzeniu, tym częściej trzeba będzie czyścić wymiennik płytowy, a to dodatkowy koszt. Zanieczyszczenie wymiennika to strata sprawności układu, na którą nie można sobie pozwolić.
Do zasilania pompy głębinowej pobierającej wodę jest potrzebna energia elektryczna. Im głębsza jest studnia, tym lepsza jakość wody, ale też do jej pompowania potrzebna jest pompa z silnikiem o większej mocy, a więc zużywająca więcej energii elektrycznej.
Z kolei woda znajdująca się kilka metrów pod powierzchnią terenu jest zwykle nieprzydatna jako dolne źródło pompy ciepła ze względu na kiepską jakość i zmienne warunki w ciągu roku. Co z tego, że będzie to tanie inwestycyjnie dolne źródło ciepła, jeśli trzeba będzie często ponosić koszt czyszczenia wymiennika, a nawet wymieniać go co jakiś czas i tracić cenne procenty ze sprawności pompy ciepła. No i ta niepewność, czy już nadszedł czas na wymianę, czy jeszcze nie. Spóźnienie może dużo kosztować. Pęknięty wymiennik oznacza awarię systemu. Jeśli nastąpi ona latem, przez pewien czas można podgrzewać wodę w inny sposób. Jeżeli w zimie, przy temperaturze zewnętrznej –15°C, to prawdziwa katastrofa. Nie po to przecież kupuje się system za kilkadziesiąt tysięcy złotych, aby się martwić o czystość wymiennika. System powinien działać ekonomicznie i bezawaryjnie.


Sonda czy studnie?

Aby dobrze wybrać, co lepsze – studnia głębinowa czy sondy pionowe – trzeba przeanalizować koszty inwestycyjne i eksploatacyjne obu rozwiązań.
Koszt wykonania odwiertu sondy pionowej można określić dokładnie. W przypadku studni zwykle podawana jest cena za metr. Ponieważ jednak głębokość, na jakiej występuje woda, jest określona tylko orientacyjnie, warto być przygotowanym na to, że wstępnie ustalony koszt inwestycji może wzrosnąć.
Na działce bez dostępu do wodociągu, kiedy trzeba i tak wybudować własne ujęcie wody, pompa ciepła ze studnią głębinową będzie zapewne tańszym rozwiązaniem niż sonda głębinowa (należy tylko dodatkowo wybudować studnię zrzutową).
Koszty eksploatacyjne są wyższe w przypadku układu ze studniami, między innymi ze względu na konieczność czyszczenia wymiennika i energię elektryczną do zasilania pompy głębinowej. W zamian jednak zyskuje się dolne źródło ciepła o wysokiej temperaturze, dzięki czemu sprawność pompy ciepła może być wyższa niż przy sondach pionowych.

Energia z powietrza

Zewnętrznego. Praca pompy ciepła z powietrzem zewnętrznym jako dolnym źródłem jest bardzo uzależniona od warunków atmosferycznych, zwłaszcza temperatury i wilgotności powietrza. Zaletą tego dolnego źródła jest jego dostępność i niezawodność. Nie wymaga też ono uzyskania urzędowych pozwoleń i uzgodnień.
Pokutuje nieuzasadniona opinia o bardzo małej efektywności pomp ciepła powietrze-woda, ale na przykład w Szwajcarii są one najpopularniejsze.
Każdy rodzaj dolnego źródła ciepła powinien być dostosowany do wymagań użytkownika i lokalizacji budynku. Ten system zalecałbym więc szczególnie w przypadku regionów o długim i łagodnym sezonie grzewczym, takim jak na przykład w I strefie klimatycznej (rejon Pomorza), oraz do domów o dużym zapotrzebowaniu na ciepło do przygotowania ciepłej wody użytkowej w sezonie letnim. Pompa powietrze-woda może być także wspomagającym oszczędnym źródłem ciepła do domów ogrzewanych kotłem.
Współczynnik efektywności pompy ciepła powietrze-woda – niekorzystny przy ujemnej temperaturze zewnętrznej – można poprawić, nawiewając do pompy powietrze przez kamienny wymiennik gruntowy. Latem można go także wykorzystać do chłodzenia powietrza nawiewanego, jeśli dom jest wyposażony w instalację wentylacji mechanicznej.
Wewnętrznego. W domach z wentylacją grawitacyjną zużyte powietrze o temperaturze pokojowej jest usuwane na zewnątrz. Zawarte w nim ciepło ulatuje do atmosfery, a świeże powietrze nawiewane do pomieszczeń trzeba znowu ogrzać, dostarczając do niego ciepło wytworzone przez działające w domu urządzenie grzewcze. Jeśli natomiast zainstaluje się układ wentylacji mechanicznej, można je skierować do pompy ciepła powietrze-woda wytwarzającej ciepło do podgrzewania wody użytkowej.
Powietrze wewnętrzne może wspomagać też pompę ciepła zasilającą instalację grzewczą. Nieuwzględnienie tych wielu możliwości, a już na pewno niepoinformowanie o nich potencjalnych użytkowników, zaliczyłbym do błędów oferujących je firm.


Jak dobrać pompę ciepła

Dobór pompy ciepła zależy od rodzaju dolnego i górnego źródła ciepła, zapotrzebowania na ciepło i parametrów wody grzewczej. Nie bez znaczenia jest też sposób użytkowania budynku w ciągu roku, a nawet w ciągu dnia.
Zadaniem pompy ciepła jest podwyższenie temperatury czynnika odbierającego ciepło z dolnego źródła do temperatury wymaganej przez górne źródło, czyli instalację centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej. Do tego podwyższenia – lub inaczej przepompowania –jest potrzebna energia dostarczana z zewnątrz (spoza układu), najczęściej elektryczna. Jest ona przetwarzana również na energię cieplną. Im większa jest różnica temperatury dolnego i górnego źródła ciepła, tym „wyżej” trzeba to ciepło przepompować, a więc zużyć więcej zewnętrznej energii.

Moc grzewcza a energia cieplna

Należy wyraźnie rozróżnić kilowaty (kW) od kilowatogodzin (kWh). W kilowatogodzinach jest wyrażona energia cieplna (ta, za którą płacimy), w kilowatach zaś moc grzewcza potrzebna do ogrzewania w sytuacji, kiedy temperatura zewnętrzna jest najniższa.
Do doboru wielkości urządzeń grzewczych przyjmuje się tak zwaną temperaturę obliczeniową ustaloną na podstawie statystycznych danych klimatycznych w różnych regionach kraju. W Polsce wyodrębniono pięć stref klimatycznych: od I o minimalnej temperaturze -16°C (między innymi na Pomorzu), do V o najniższej temperaturze -24°C (na Suwalszczyźnie). Temperatura obliczeniowa w tych strefach różni się więc o 8°C. To oznacza, że urządzenie o takiej samej mocy grzewczej na Pomorzu ogrzeje pomieszczenia do temperatury na przykład +20°C, a na Suwalszczyźnie tylko do +12°C. Różnica w wielkości zapotrzebowania mocy grzewczej wynosi około 22%. Jest to bardzo przybliżone porównanie, ale ilustruje różnicę wymaganych mocy grzewczych urządzeń w zależności od miejsca ich użytkowania. Nie oznacza to jednak, że roczne zapotrzebowanie na energię cieplną do ogrzewania jest na Pomorzu mniejsze niż na Suwalszczyźnie, ale że koszty inwestycyjne centrali grzewczej z pompą ciepła na Suwalszczyźnie będą wyższe niż na Pomorzu, a więc okres zwrotu inwestycji będzie dłuższy. Jest to istotne, ponieważ większość firm operuje danymi o efektach ekonomicznych stosowania pompy ciepła zaczerpniętymi z informacji producenta, nie uwzględniając specyfiki polskiego klimatu.
Pompy ciepła dają największe oszczędności w kosztach ogrzewania w klimacie o długich i łagodnych zimach, mniejsze – w klimacie o zimach krótkich i ostrych. Konieczny jest więc rozsądny kompromis pomiędzy kosztami inwestycyjnymi i kosztami ogrzewania eksploatacyjnymi).
Podstawowym i najczęstszym błędem jest dobieranie pompy ciepła do maksymalnego zapotrzebowania mocy grzewczej budynku lub wręcz jej przewymiarowanie. Nie wynika to wyłącznie z propozycji firm instalacyjnych, ale także z wyraźnych życzeń inwestora. O ile inwestora można zrozumieć, bo zwykle nie ma tak obszernej wiedzy na temat pomp ciepła, o tyle zachowanie wielu firm jest niepokojące. Wytłumaczeniem może być jedynie albo brak wystarczającej wiedzy, albo chęć osiągnięcia większego zysku w wyniku zainstalowania droższego urządzenia. W przypadku kotła gazowego czy olejowego przewymiarowanie nie wpływa znacząco na koszty ogrzewania, w układach grzewczych z pompą ciepła ma jednak istotne znaczenie.

Lepsza słabsza

Nieporozumieniem jest niechęć do stosowania grzałki elektrycznej jako wspomagającego źródła ciepła. Energia elektryczna jest wprawdzie najdroższym źródłem ciepła, lecz pobór prądu przez grzałkę w krótkim okresie, gdy temperatura zewnętrzna jest bardzo niska, może być mniejszy od zwiększonego poboru energii elektrycznej przewymiarowanej pompy ciepła w okresach wyższej temperatury zewnętrznej podczas sezonu grzewczego. Częste włączanie się sprężarki przewymiarowanej pompy ciepła pociąga za sobą większy pobór energii elektrycznej spowodowany zwiększonym zapotrzebowaniem na prąd w momencie rozruchu.
Z danych klimatycznych – na przykład dla Wybrzeża – wynika, że najwięcej płaci się za ogrzewanie przy temperaturze zewnętrznej +5°C, bo taka temperatura najczęściej występuje w sezonie grzewczym. Przy tej temperaturze przewymiarowana pompa ciepła włącza się i wyłącza bardzo często. To dla niej bardzo niekorzystne między innymi ze względu na specyfikę jej zabezpieczeń i ryzyko szybszego zużycia.

Rodzaj ogrzewania

Jest bardzo ważny, gdy źródłem ciepła ma być pompa ciepła. Jeśli zainstaluje się ogrzewanie podłogowe i przyjmie niską temperaturę zasilania, na przykład +35°C, można dobrać mniejszą pompę z mniejszym dolnym źródłem ciepła. Ma to znaczenie zwłaszcza w systemach z wymiennikiem gruntowym. Koszty ogrzewania również będą niższe o mniej więcej 20% od kosztów ogrzewania grzejnikowego zasilanego wodą o temperaturze +55°C.
Można przyjąć, że każde podwyższenie wymaganej temperatury górnego źródła ciepła o 1°C powoduje zwiększenie poboru energii elektrycznej do napędu sprężarki pompy ciepła o 1%.

Bufor

Jest to po prostu zasobnik wody grzewczej. To, czy jest konieczny, czy nie, zależy od rodzaju ogrzewania. Zainstalowanie bufora zawsze zmniejsza częstotliwość włączania się pompy ciepła i jest korzystne dla ekonomicznej i spokojnej pracy systemu grzewczego. Ten zasobnik nie jest jednak niezbędny do prawidłowego działania układu z pompą ciepła. Wyjątek stanowi system z pompą powietrze-woda. Wtedy ciepło zmagazynowane w buforze służy między innymi do odszraniania parownika pompy ciepła. Jest także wymagany w systemach ogrzewania grzejnikowego o niewielkiej pojemności zładu i w domach o małej bezwładności cieplnej. Można z niego zrezygnować w układach pompy ciepła z ogrzewaniem podłogowym, jeśli bezwładność cieplna budynku i pojemność zładu są duże.
Często, aby obniżyć koszty inwestycyjne, rezygnuje się z bufora nawet w domach o małej bezwładności cieplnej wyposażonych w instalację ogrzewania grzejnikowego, co zaliczyłbym także do błędów instalacyjnych.

Wygrzewanie budynku

Pompa ciepła jest dobierana do zapotrzebowania ciepła do ogrzewania budynku, a nie do jego wygrzewania, zwłaszcza przy niskiej temperaturze zewnętrznej. O ile kocioł jest często dobierany z zapasem mocy grzewczej, bez znaczącego wpływu na koszty inwestycyjne i koszty ogrzewania, o tyle dobór systemu grzewczego z pompą ciepła ma na nie bardzo istotny wpływ.
Zapotrzebowanie mocy grzewczej dla budynku mokrego (takie są domy wznoszone w technologii tradycyjnej, murowanej – w pierwszym sezonie po wybudowaniu) jest niemal trzykrotnie większe niż w następnych sezonach grzewczych podczas normalnej eksploatacji. Wygrzewanie świeżo wybudowanego domu może doprowadzić nawet do awarii systemu. Tak może się zdarzyć zwłaszcza w domach z ogrzewaniem podłogowym i pompą ciepła powietrze-woda, gdy temperatura zewnętrzna jest bardzo niska. Może być wtedy problem ze zmagazynowaniem wystarczającej ilości wody grzewczej o odpowiedniej temperaturze do odszronienia parownika pompy ciepła. W takiej sytuacji inwestorzy często skarżą się, że została dobrana pompa o zbyt małej mocy. Tymczasem w okresie wygrzewania budynku powinni się pogodzić z koniecznością wspomagania pompy ciepła innym źródłem ciepła.

Akustyka

Problem hałasu i drgań powstających podczas pracy pompy ciepła oraz sposobu zabezpieczenia przed przenoszeniem się ich na budynek jest często pomijany przy doborze pompy ciepła i jej usytuowania. Te pozornie błahe właściwości mogą być bardzo uciążliwe w czasie pracy pompy, zwłaszcza nocą. Dlatego przy wyborze pompy ciepła należy zwrócić uwagę na podawany przez producenta (często, niestety, brak tych danych) poziom hałasu, a w przypadkach usytuowania pompy ciepła wewnątrz budynku – na prawidłowe wytłumienie drgań mogących się przenosić na jego konstrukcję. Fabrycznie wykonane amortyzatory nie zawsze są wystarczające.
Jeśli powietrzna pompa ciepła ma być ustawiona na zewnątrz domu w okolicy o bardzo gęstej zabudowie, hałas spowodowany ruchem powietrza zasysanego przez wentylator może być uciążliwy dla co wrażliwszych sąsiadów i może się okazać powodem konfliktów z nimi.

Górne źródło ciepła, czyli instalacja centralnego ogrzewania

Ze względu na ograniczone technologią i ekonomiką możliwości pompy ciepła zasilana przez nią instalacja grzewcza powinna być do niej jak najlepiej dopasowana. Podstawowe warunki stawiane wewnętrznej instalacji c.o. przez pompę ciepła dotyczą temperatury wody grzewczej: maksymalna nie może przekraczać 55°C, maksymalny spadek temperatury wody w instalacji nie może być większy niż 10°C. Gdy spadek temperatury w instalacji grzewczej znacznie przekracza 10°C, może dojść do sytuacji, kiedy pompa ciepła będzie pracowała przy takiej temperaturze zewnętrznej, przy której byłaby wyłączona, gdyby grzejniki były dobrane prawidłowo. Te warunki narzucają wielkość grzejników i średnice rur w instalacji grzewczej.
Jeśli zostaną dobrane zbyt wąskie rury, można to zrekompensować zainstalowaniem większej pompy obiegowej, chociaż trzeba pamiętać, że jej pracy będzie towarzyszyć szum spowodowany większą prędkością przepływu wody grzewczej i większe zużycie energii. Powierzchnie ogrzewalne grzejników muszą być jednak dokładnie dopasowane. W katalogach większości producentów są podawane wielkości grzejników dla parametrów wody 55/45°C zasilanie-powrót). Jeśli jednak dysponujemy wyłącznie danymi dla parametrów 90/70°C, to po to, by osiągnąć odpowiedni efekt, trzeba dobrać grzejniki o wydajności grzewczej 2,5-krotnie większej niż ustalona dla parametrów 55/45°C.
Gdy nie można zainstalować grzejników dostosowanych do maksymalnych parametrów pompy ciepła, należy zastosować biwalentne (podwójne) źródło ciepła podwyższające temperaturę zasilania, ale tylko do momentu, gdy temperatura powrotu z instalacji osiągnie 50°C, czyli dla pewnego zakresu temperatury zewnętrznej. Przy niższej temperaturze całe obciążenie cieplne musi przejąć drugie źródło ciepła. Takie rozwiązania są możliwe w budynkach z centralą grzewczą, jednak ich efekty ekonomiczne są o wiele gorsze od efektów osiąganych przez pompę ciepła współpracującą z dostosowaną do niej instalacją grzewczą.

Jak podejmować decyzję?

Działka. Decyzja o zastosowaniu systemu grzewczego z pompą ciepła powinna zostać podjęta już w momencie zakupu działki pod przyszły dom. Od jej powierzchni, ukształtowania, poziomu wody gruntowej, gęstości zabudowy i strefy klimatycznej zależy optymalny dobór dolnego źródła ciepła.
Projekt. W katalogach projektów gotowych nie spotkałem dotychczas takiego projektu, który przewidywałby zastosowanie do ogrzewania systemu z pompą ciepła. Większość prezentowanych w katalogach domów ma być – według projektu – wyposażona w ogrzewanie grzejnikowe o parametrach wody grzewczej 90/70°C lub w najlepszym przypadku 75/50°C.
Ponieważ jednak rodzaj ogrzewania i źródła ciepła ma wpływ na konstrukcję budynku i przegród budowlanych oraz na wielkość pomieszczenia technicznego (kotłowni), zawsze pierwszym krokiem po podjęciu decyzji o zainstalowaniu systemu grzewczego z pompą ciepła powinno być sporządzenie projektu. W większości wypadków uchroni on inwestora przed koniecznością dokonywania wielu kosztownych i czasochłonnych przeróbek budowlanych i instalacyjnych. Podczas adaptacji projektu gotowego do zespołu projektowego należy włączyć projektanta instalacji grzewczych znającego problematykę pomp ciepła i systemów grzewczych innych niż grzejnikowy. W projekcie trzeba bowiem uwzględnić pewne charakterystyczne dla ogrzewania podłogowego elementy, na przykład większą grubość izolacji i wynikające z tego podwyższenie poziomu posadzki.
Budowa. Nie bez znaczenia jest to, na jakim etapie budowy domu przystąpi się do montażu systemu z pompą ciepła. Jeśli po wybudowaniu stanu surowego, może być konieczna przeróbka niektórych elementów konstrukcyjnych budynku powodująca dodatkowe koszty i opóźnienie planowanego terminu zakończenia budowy. Jeżeli jeszcze później, na przykład po wykonaniu instalacji centralnego ogrzewania, ale z grzejnikami, a nie podłogowego, jest potrzebna poważna adaptacja systemu grzewczego, zwykle bardzo kłopotliwa zarówno ze względów estetycznych, jak i z powodu optymalnego rozdziału ciepła w budynku.
Z jeszcze inną sytuacją możemy mieć do czynienia w domach budowanych przez firmy deweloperskie. Ze zrozumiałych względów są one bowiem zainteresowane sprzedażą jak największej liczby gotowych domów o jak najniższej cenie za metr kwadratowy powierzchni użytkowej. Tymczasem system grzewczy z pompą ciepła podwyższa tę cenę. Stąd brak ofert domów z ogrzewaniem pompą ciepła i bardzo ograniczona liczba domów z ogrzewaniem podłogowym. Chęć zainstalowania pompy ciepła przez jednego czy kilku inwestorów po podpisaniu umowy z deweloperem wiąże się ze zmianą technologii i cyklu budowy, na co firmy te patrzą bardzo niechętnie. Często dokonanie takiej zmiany jest po prostu niemożliwe.
Zapewne z czasem firmy budowlane sprzedające gotowe domy pomyślą o rozszerzeniu swojej oferty o domy z pompami ciepła czy ogrzewaniem podłogowym, po to by nie tracić wielu potencjalnych, racjonalnie myślących klientów. Zwłaszcza że w niedalekiej przyszłości przy kupnie domu będzie padało pytanie podobne jak przy kupnie samochodu: „Ile on pali”?

JAK UNIKNĄĆ BŁĘDÓW

Nieznajomość podstawowych zasad może prowadzić do powstania licznych błędów podczas realizacji systemów grzewczych z pompami ciepła już w pierwszej fazie, czyli przy podpisywaniu umowy.
Zasada 1. Wielkość działki
Wydajność wymiennika gruntowego zależy głównie od rodzaju i wilgotności gruntu. Wydajność cieplna gruntu, po uwzględnieniu współczynnika COP pompy ciepła, wynosi od 12,5 W/m² – dla gleby suchej i piaszczystej – do 40 W/m² – dla nasączonej wodą. Z tego wynika, że do ułożenia kolektora płaskiego do pompy zaopatrującej w ciepło nowoczesny, dobrze zaizolowany dom o współczynniku zapotrzebowania ciepła wynoszącym 55 W/m² potrzebna jest działka o powierzchni 4,5-1,5 raza większej od powierzchni ogrzewalnej domu. W praktyce powinna to być powierzchnia co najmniej trzykrotnie większa, gdyż nawet wtedy, gdy grunt jest wilgotny, nie ma pewności, że taki będzie w dłuższym okresie. Zagęszczenie wykopów pod nowo powstające budynki, zwłaszcza na byłych terenach rolnych, bardzo często zmienia stosunki wodne gruntu.
Zasada 2. Nad kolektorem – najlepiej trawnik
Powierzchnia przeznaczona pod kolektor gruntowy po jego ułożeniu nie może być pokryta utwardzoną nawierzchnią, zadrzewiona ani przewidziana pod uprawy. Praktycznie powinien to być trawnik.
Zasada 3. Szczelna instalacja
Szczelność jest wprawdzie ważnym elementem każdej instalacji, lecz w instalacjach, w których zlokalizowanie nieszczelności jest prawie niemożliwe (a taką jest wymiennik gruntowy), powinna odgrywać najważniejszą rolę. Dlatego przy układaniu kolektora należy wykluczyć jakiekolwiek połączenia złączkami gwintowanymi PE, a połączenia zgrzewane dopuszczać jedynie w wyjątkowych przypadkach. Złączki gwintowane są wprawdzie droższe od zgrzewanych, ale drogie jest także urządzenie do zgrzewania rur PE i nie każdą małą firmę lub indywidualnego instalatora na nie stać. Instalacja z połączeniami gwintowanymi może wprawdzie przy odrobinie szczęścia być szczelna, jednak w prawidłowo wykonanych instalacjach nie można liczyć na szczęśliwy zbieg okoliczności.
Zasada 4. Kolektor gruntowy w gruncie rodzimym, a nie w nasypie
Niezabezpieczone przed obsuwaniem się skarpy nasypu mogą się osuwać w trakcie eksploatacji, zwłaszcza po intensywnych ulewach. W efekcie może dojść do odkrycia kolektora.
Zasada 5. Uzupełnianie ubytków glikolu
Ubytków mieszaniny w kolektorze nie wolno uzupełniać wodą. W razie wystąpienia nieszczelności i stwierdzenia spadku ciśnienia statycznego w kolektorze nie wolno uzupełniać ubytków mieszaniny wody z glikolem czystą wodą. Można bowiem w ten sposób doprowadzić do zmniejszenia stężenia glikolu, a w konsekwencji – w przypadku obniżenia się temperatury zewnętrznej – do zamarznięcia czynnika wewnątrz kolektora i jego zniszczenia.
Zasada 6. Uzgodniony projekt
Projekt wymiennika gruntowego powinien być uzgodniony z dystrybutorem pompy ciepła. To ułatwi ewentualne poszukiwanie przyczyn nieosiągania przez system grzewczy oczekiwanych efektów.
Zasada 7. Inwentaryzacja powykonawcza
Wybudowany kolektor przed zasypaniem ziemią powinien być sfotografowany, a jego przebieg naniesiony na powykonawczym planie geodezyjnym.
Zasada 8. Kolektor niedaleko budynku
Umieszczenie kolektora w znacznej odległości od budynku wymaga zastosowania pompy obiegu solanki o większej wydajności. Pobierana przez nią energia elektryczna niezbędna do zasilania wpłynęłaby na znaczne zmniejszenie współczynnika COP całego systemu z pompą ciepła, zwłaszcza w mniejszych obiektach.
Zasada 9. Kiedy nie warto
Układanie kolektora płaskiego na zagospodarowanych działkach z wybudowanym wcześniej domem nie jest zalecane. Zakres koniecznych do wykonania robót ziemnych jest wtedy olbrzymi, a przywrócenie uprzedniego stanu bardzo kosztowne.

WSPÓŁCZYNNIK EFEKTYWNOŚCI COAFFICIENT OF PERFORMANCE

Jednym z parametrów umożliwiających porównanie urządzeń grzewczych jest ich sprawność wyrażona w procentach. W odniesieniu do pomp ciepła zamiast sprawności zwykło się używać pojęcia efektywności. Współczynnik efektywności to stosunek energii wytworzonej (w przypadku pomp ciepła i innych urządzeń grzewczych – cieplnej) do energii pobranej. W zależności od rodzaju pompy, producenta, zastosowanych rozwiązań i przyjętych założeń eksploatacyjnych waha się on od 3 do 5. Pompa o współczynniku efektywności 4 wytwarza czterokrotnie więcej energii, niż pobiera. To oznacza, że z 1 kWh energii elektrycznej zużytej do jej zasilania można uzyskać 4 kWh energii cieplnej.

Poznaj swoją przyszłość

Jedna z najlepszych wróżek w Polsce Wróżka Mira Elżbieta Sobczyk odpowiada na pytania na swoim Facebooku  lub przez e-mail. Problemy ze zdrowiem lub w sprawach "miłosnych" ? A może interesują Cię kwestie finansowe?  Sprawdź swoją przyszłość. Jej odpowiedzi pomogły już tysiącom ludzi w Polsce. Można się z nią skontaktować Jej profil na Facebooku lub http://twojawrozka24.pl
Podobne posty