Pompy ciepła

Pompy ciepła – energia geotermalna

Wykorzystanie energii cieplnej zgormadzonej w skałach i wodach podziemnych do celów rekreacyjnych i balneologicznych (leczniczych) znane jest już od czasów starożytnych. Natomiast wykorzystanie energii geotermalnej do produkcji ciepła i elektryczności rozpoczęto stosunkowo niedawno. Znaczący wpływ na to miało zwiększające się zapotrzebowanie na energię, a dynamiczny rozwój technik wiertniczych i nowoczesnej geologii przyczynił się do wykorzystania zasobów geotermalnych w życiu codziennym. Dziedziną, której głównym zadaniem jest rozwiązywanie problemów pojawiających się przy wykorzystywaniu i udostępnianiu ciepła Ziemi jest geotermia.

Nasz kraj jako członek Unii Europejskiej zobowiązany jest do promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych (OZE), zgodnie z Dyrektywą Parlamentu Europejskiego. Głównym celem tych przepisów jest doprowadzenie do wzrostu wykorzystania OZE. Znaczącą rolę w wypełnieniu wymagań Dyrektywy bez wątpienia odgrywa geotermia, a zwłaszcza geotermia niskotemperaturowa, wykorzystująca pompy ciepła.

W ostatnich latach możemy zaobserwować wzmożone zainteresowanie odnawialnymi źródłami energii, szczególnie pompami ciepła o wymiennikach pionowych jak i poziomych. Dzieje się tak głównie dzięki temu, że niskotemperaturowe systemy grzewcze dostępne są już nawet dla małych inwestycji jak np. domy jednorodzinne i budynki biurowe. Koszt pozyskiwanego w ten sposób ciepła staje się coraz bardziej konkurencyjny w stosunku do kosztów uzyskania energii z konwencjonalnych źródeł.

Energię geotermalną pozyskiwaną ze skał i wód podziemnych w sposób umowny można podzielić na dwa rodzaje: wysokotemperaturową (geotermia wysokiej entalpii – GWE) i niskotemperaturową (geotermia niskiej entalpii – GNE). W przypadku domów jednorodzinnych skupimy się na geotermii niskotemperaturowej, która nie daje bezpośredniej możliwości wykorzystania ciepła ziemi – wymaga ona stosowania urządzeń wspomagających, które znamy pod nazwą geotermalnych (gruntowych) pomp ciepła (GPC). Urządzenia te doprowadzają do podniesienia energii na wyższy poziom termodynamiczny. Ciepło środowiska gruntowego (skalnego) stanowi dla pompy tzw. dolne źródło ciepła. Dolnym źródłem ciepła mogą być także inne nośniki energii jak np. powietrze atmosferyczne, czy wody powierzchniowe. Niemniej jednak o większej atrakcyjności gruntu i wód podziemnych przesądza ich stabilność temperaturowa, a co za tym idzie wyższa efektywność energetyczna na której nam zależy.

Zasada działania pompy ciepła

Pompa ciepła (PC) jest urządzeniem, które czerpie z otoczenia rozproszoną energię cieplną i za pomocą tzw. „energii napędowej” dostarczanej ze sprężarki podnosi energię na wyższy poziom termodynamiczny. Proces ten odbywa się w obiegu zamkniętym, poprzez stałą zmianę stanu fizycznego czynnika roboczego (parowanie, sprężanie, skraplanie, rozprężanie). W praktyce oznacza to możliwość wykorzystania niskich temperatur środowiska gruntowo-wodnego do przygotowania ciepłej wody obiegu grzewczego lub ciepłej wody użytkowej.

Sprężarkowa pompa ciepła składa się z dwóch głównych elementów: parownika i skraplacza. Pomiędzy nimi zmontowana jest sprężarka oraz zawór rozprężający, który rozgranicza część wysoko- i nisko- ciśnieniową instalacji. Wszystkie te elementy połączone są przewodem wypełnionym czynnikiem roboczym. Jako czynniki robocze stosuje się substancje, które parują w niskich temperaturach (np. 0°C), a jednocześnie posiadają wysoki wewnętrzny współczynnik ciepła (np. glikol propylenowy). Dodatkowym wymogiem jest brak negatywnego oddziaływania na środowisko. Zgodnie z zasadami termodynamiki przepływ ciepła następuje od źródła o wyższej temperaturze do źródła o temperaturze niższej. W przypadku instalacji gruntowych pomp ciepła dolnym źródłem ciepła jest środowisko gruntowo-wodne, skąd energia doprowadzana jest do pompy ciepła przez czynnik chłodniczy krążący w kolektorze umieszczonym pod powierzchnią ziemi. Górne źródło ciepła stanowią ogrzewane pomieszczenia, gdzie z kolei ciepło rozprowadzane jest przez wodę obiegu grzewczego bądź wodę użytkową.

Poniższa grafika lustruje schemat gruntowej pompy ciepła:

Czynnik roboczy przepływając przez parownik (3), pobiera ciepło z czynnika chłodniczego dolnego źródła (5) i zaczyna wrzeć, by następnie stać się parą o niskim ciśnieniu. Para ta zasysana przez sprężarkę (1) ulega sprężeniu, co wiąże się z gwałtownym wzrostem temperatury. Gorący czynnik roboczy trafia do skraplacza (2) i oddaje w nim ciepło do wody systemu grzewczego (górnego źródła). W wyniku spadku temperatury skrapla się i następnie trafia do zaworu rozprężającego (4), skąd w stanie ciekłym spływa z powrotem do parownika.

Jeśli zastanawiasz się nad założeniem pompy ciepła w Twoim budynku i masz jeszcze wątpliwości – skontaktuj się z nami! Chętnie odpowiemy na wszystkie pytania i zaproponujemy odpowiednie rozwiązanie.

Rodzaje pomp ciepła

Tak jak wyżej wspominaliśmy istnieje kilka źródeł pozyskiwania ciepła, a co za tym idzie mamy do wyboru kilka rodzajów pomp ciepła. Poniżej pokrótce przedstawimy najważniejsze z nich, abyś mógł zdecydować, która z dostępnych technologii będzie dla Ciebie najlepsza.

Pierwszym, niezwykle popularnym wariantem jest pompa powietrzna, która korzysta z powietrza zewnętrznego i przekazuje ciepło o podwyższonej temperaturze do powietrza wewnątrz pomieszczenia bądź wody. Zgodnie z powyższym możemy tu wyróżnić urządzenia typu powietrze/powietrze i powietrze/woda. W pierwszym przypadku ciepło oddawane jest do powietrza wewnątrz domu. Ich główną funkcją jest klimatyzacja pomieszczeń. W drugim przypadku ciepło przekazywane jest do wody grzewczej. Tego typu instalacje, ze względu na znaczne sezonowe wahania temperatur w naszym klimacie charakteryzują się mniejszą wydajnością i przeznaczone są raczej do cieplejszych krajów Pompy ciepła tego typu charakteryzuje niższy koszt instalacji ale mniejsza wydajność w porównaniu do np. wymienników gruntowych.

Na rynku znajdziesz również pompę wodną. Urządzenia te działają przy wykorzystaniu np. sztucznego zbiornika wodnego zlokalizowanego na działce lub poprzez dwie studnie głębinowe (czerpalną i zrzutową.

Trzecim rodzajem jest gruntowa pompa ciepła, której zasada działania została szczegółowo opisana powyżej. O ile koszty instalacji są dość wysokie, to jednak późniejsza eksploatacja pozwala na znaczne oszczędności nawet w przypadku ogrzewania domu zimą.

W przypadku gruntowych pomp ciepła z wymiennikami pionowymi, instalowanymi w otworach wiertniczych o głębokości powyżej 30,0 m, niezbędne jest opracowanie projektu robót geologicznych. Projekt ten wykonywany jest przez uprawnionego hydrogeologa i podlega zgłoszeniu staroście. Rozpoczęcie robót geologicznych (wykonanie odwiertów pod pompę ciepła) może nastąpić, jeżeli w terminie 30 dni od dnia przedłożenia projektu robót geologicznych starosta, w drodze decyzji, nie zgłosi do niego sprzeciwu. Wyniki przeprowadzonych robót geologicznych należy przedstawić w formie dokumentacji geologicznej, opracowanej zgodnie z §6 Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 6 grudnia 2016 r. w sprawie innych dokumentacji geologicznych (Dz. U. 2016, poz. 2023).

Komu potrzebna jest pompa ciepła?

Instalacja, o której wspominamy jest świetnym rozwiązaniem dla każdego, kto ceni sobie nowoczesne, ekologiczne, jak również ekonomiczne rozwiązania. Dobierając odpowiednią konstrukcję do swojego domu nie musisz martwić się o ogrzewanie przez kolejne kilkadziesiąt lat.

Ze względu na wielość zalet tego rozwiązania oraz uniwersalność instalacji, pompy ciepła idealnie sprawdzą się zarówno w domach prywatnych, jak i siedzibach firm.

Dlaczego warto ogrzewać dom pompą ciepła?

Ci, którzy zdecydowali się już na założenie pompy ciepła w swoim domu czy firmie zazwyczaj jednogłośnie mogą przyznać, że była to dobra decyzja. Gdyby zapytać ich o powody takiego przekonania, wspominaliby o kilku elementach – cenie, uniwersalności czy wygodzie. Wszystkie te cechy, razem wzięte sprawiają, że pompy ciepła są coraz popularniejsze. Dlaczego? Spójrz na poniższe argumenty, które być może przekonają Cię do podjęcia konkretnej decyzji.

Wiemy, co najczęściej jest najważniejszym argumentem przy wyborze poszczególnych instalacji w domu – oczywiście cena. Tak się składa, że jest to także jeden z ważniejszych argumentów przemawiających za tym, aby wybrać pompę ciepła. Przy budowie domu nie musimy bowiem budować ani komina, ani magazynu opału. Nie musimy też szukać miejsca na przechowywanie paliwa. Jednocześnie odpadają nam ciągłe zakupy opału czy szukania tego o najniższej cenie.

Ten, kto kiedykolwiek obsługiwał piec z pewnością wie, jak uciążliwa jest to praca. Wybierając pompę ciepła nie musisz więcej przynosić opału i obsługiwać pieca, co wpływa na oszczędność czasu oraz komfort.

Użytkując tego typu rozwiązanie w krótkim czasie zwrócą się koszty instalacji – jest to jedynie ok. 5-7 lat. Oszczędzasz więc nie tylko czas, ale także pieniądze na eksploatację czy materiały opałowe.

Wady pompy ciepła

Jak każda konstrukcja, tak i pompy ciepła posiadają pewne wady – które jednak raczej nie decydują o rezygnacji z tego rodzaju rozwiązania. Często ewentualne mankamenty wiążą się z pierwszym etapem prac po zakupie konkretnego modelu.

Klienci, którzy zastanawiają się nad kupnem tego rodzaju rozwiązania, a także ci, którzy już z niego skorzystali, wspominają często o wysokich kosztach zakupu oraz montażu instalacji. Rzeczywiście montaż pompy ciepła wymaga dość dużych nakładów finansowych. Warto jednak nie oszczędzać na samym wyborze urządzenia i korzystać ze sprawdzonych i renomowanych firm – podejrzanie tanie oferty mogą być niedopracowane technologicznie, przez co nasza pompa może w krótkim czasie ulegać awariom.

W przypadku niektórych instalacji pompy ciepła mogą zajmować dość dużo miejsca. Dlatego też należy dobrze zaplanować rozmieszczenie poszczególnych elementów instalacji już na etapie projektu budowlanego. Niektóre z konstrukcji generują również dźwięki, które mogą irytować domowników.

Ile kosztuje pompa ciepła?

Oczywiście koszt pompy ciepła jest jedną z najważniejszych informacji, jakich szukają osoby planujące zainstalować u siebie tego typu urządzenie. Niemniej jednak trudne jest jednoznaczne określenie dokładnej kwoty potrzebnej na wykonanie całej instalacji. Kwota ta zależy od wielu czynników związanych z wyborem odpowiedniej technologii i marki urządzenia, a co za tym idzie jest ustalana indywidulanie.

Dlatego jeśli dopiero zastanawiasz się nad tym, czy zdecydować się na pompę ciepła, zaleca się abyś skontaktował się z konkretną firmą i jej specjalistami. To oni doradzą najlepsze rozwiązanie – rodzaj pompy i miejsce montażu, jak również dokonają wstępnej wyceny zarówno samej instalacji jak i szacunkowe koszty eksploatacji danego rozwiązania.

Źródło: 1. Kapuściński J., Rodzoch A. – Geotermia niskotemperaturowa w Polsce i na świecie, Ministerstwo Środowiska, Warszawa 2010 r.) 2. Ustawa z dnia 9 czerwca 2011 r. „Prawo geologiczne i górnicze” (Dz. U. z 2020 r., poz. 1064z późn. zm.). 3. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 6 grudnia 2016 r. w sprawie innych dokumentacji geologicznych (Dz. U. 2016, poz. 2023).