Pompa ciepła - jak działa i czy Ci się opłaci?

Nie musisz wiedzieć, jak działa pompa ciepła, żeby być jej szczęśliwym posiadaczem, ale znajomość podstawowych faktów o jej funkcjonowaniu pomoże Ci rozwiać wątpliwości przed jej zakupem oraz wyciągnąć z niej to, co najlepsze, gdy już będzie w Twoim domu. Zajmiemy się tym w tym artykule.

Przy okazji - jeśli uznasz, że pompy ciepła to coś dla Ciebie, to możemy pomóc Ci znaleźć kilku rzetelnych wykonawców z Twojej okolicy.

Pompy ciepła brzmią jak coś nowego, ale w rzeczywistości masz je wokół siebie od dawna. Urządzenia takie jak:

• Lodówki
• Klimatyzatory
• Zamrażarki

To wszystko są pompy ciepła!

I tak:

• Lodówka wypompowuje ciepło ze środka i ogrzewa pokój (kratka z tyłu jest ciepła)
• Klimatyzator wypompowuje ciepło ze środka pomieszczenia na zewnątrz (jednostka zewnętrzna wydmuchuje ciepłe powietrze)
• Zamrażarka wypompowuje ciepło tak, że w środku temperatura jest ujemna

Klimatyzatory są o tyle świetnym przykładem, że mogą działać w trybie grzania - a wtedy to już najprawdziwsza pompa ciepła, która ogrzewa jeden pokój! Większe jednostki mogą w ten sposób ogrzać cały dom poprzez instalację c.o. Dodatkowo pompa ciepła może podgrzać wodę w zbiorniku na ciepłą wodę użytkową.

Zwyczajny dzień z pompą ciepła wygląda tak, że robisz co chcesz i w ogóle nie przejmujesz się ogrzewaniem. Przy pompie ciepła nie musisz nic robić! Są w pełni zautomatyzowane i po uruchomieniu wymagają zero myślenia i wysiłku.

Jeśli chcesz nieco zwiększyć lub zmniejszyć temperaturę, po prostu ustawiasz ją na sterowniku - albo w swojej aplikacji na smartphone’a! 

Jeśli chcesz wyłączyć pewne strefy domu z ogrzewania, zwyczajnie zamykasz je na rozdzielaczu. Taka opcja musi być dodana na etapie projektu instalacji.

Nie musisz się obawiać o bezpieczeństwo swojej rodziny. Pompy ciepła są fizycznie niezdolne do wytworzenia czadu, płomienia, dwutlenku węgla, ani iskier. Owszem, pompy ciepła mają w sobie czynnik chłodniczy, który po uszkodzeniu rur może wyciec. Nowsze czynniki chłodnicze nie są jednak toksyczne. Czy są łatwopalne? Są, ale tego czynnika jest mało, zresztą tam nie ma źródła ognia. Ogólnie pompa ciepła jest tak samo niebezpieczna jak Twoja stara, dobra lodówka.

Dla dociekliwych - jak właściwie działa pompa ciepła w środku? Kluczem jest tutaj obieg czynnika chłodniczego, który można opisać w czterech krokach (opis NIE jest techniczny i zawiera pewne uproszczenia):

1. Pobieranie ciepła -  Bardzo zimny czynnik chłodniczy przechodzi przez długi system rurek i pobiera ciepło z zewnątrz. W wyniku tego czynnik zaczyna parować, czyli zamienia się w gaz. Stąd to urządzenie zwie się parownikiem.
2. “Zagęszczanie” ciepła - Zimny czynnik chłodniczy zostaje sprężony w sprężarce. Nie dostaje tutaj żadnego ciepła z zewnątrz, ale zostaje jakby zagęszczony. Mówiąc prosto, tyle samo ciepła musi się zmieścić w mniejszej objętości, przez co temperatura gwałtownie wzrasta.
3. Oddawanie ciepła - Bardzo gorący czynnik chłodniczy oddaje ciepło w urządzeniu zwanym skraplaczem, który również jest długim systemem rurek. Tutaj ogrzewany jest dom. W wyniku oddania ciepła czynnik zmienia się w ciecz, czyli się skrapla.
4. Rozprężanie ciepła - Gorący czynnik chłodniczy zostaje rozprężony w zaworze rozprężnym. Nie oddaje tutaj żadnego ciepła, ale zostaje jakby rozwodniony. Mówiąc prosto, tyle samo ciepła musi zapełnić większą objętość, przez co temperatura gwałtownie się obniża.

I tak wracamy do kroku pierwszego!

Zauważ, że w każdym momencie ciepło przechodzi z elementu cieplejszego do zimniejszego. Najpierw czynnik chłodniczy jest zimniejszy niż na zewnątrz, a potem cieplejszy niż w domu!

Znasz już ogólną zasadę działania pomp ciepła, ale poszczególne typy różnią się szczegółami. Omówmy je zatem!

Ze względu na źródło ciepła wyróżnia się powietrzne i gruntowe pompy ciepła.

Powietrzne pompy ciepła z kolei można podzielić na monobloki i splity:

• Monobloki to jedno urządzenie, całkowicie na zewnątrz. Woda ogrzewana jest w jednostce, która jest na dworze.
• Splity to dwa urządzenia, jedno na zewnątrz, drugie w środku. Woda ogrzewana jest w jednostce, która jest w domu.

I to zasadnicza różnica - w monoblokach woda wychodzi na zewnątrz budynku, co nie jest idealne, bo jak zabraknie prądu, to może być kłopot. Stąd trzeba stosować dodatkowe zabezpieczenia.

Istnieją też monobloki instalowane wewnątrz, do których powietrze z zewnątrz doprowadzane jest wielkimi rurami. Fajny pomysł na etapie projektowania budynku.

Rozróżniamy też pompy inwerterowe oraz zwykłe, typu ON/OFF:

• ON/OFF działają z pełną mocą albo nie działają wcale
• Inwerterowe mogą działać z większą lub mniejszą mocą

I inwerterowe są lepsze, bezsprzecznie, zawsze i wszędzie. Włączają się raz na cały dzień, a nie kilka razy, przez co są mniej awaryjne. Można nimi dokładnie ustawić temperaturę. Mogą pracować lżej w cieplejsze dni, więc zużywają mniej prądu. Są lepsze! Niestety są też droższe.

Zasada działania pompy ciepła wpływa bezpośrednio na jej opłacalność. Spójrz:

• Spalanie węgla może mieć w najlepszym wypadku 80% sprawności
• Spalanie gazu 90%
• Ogrzewanie elektryczne 95% sprawności, to znaczy z 1 kWh prądu dostaniesz 0,95 kWh ciepła

I teraz uwaga:

• Ogrzewanie pompą ciepła ma od 300 do 500% sprawności, bo zużywając 1 kWh prądu możesz wtłoczyć do domu od 3 do 5 kWh ciepła - i to jest średni wynik w skali całego sezonu grzewczego!

Dlatego tylko pompy ciepła mogą dostawać zielone klasy energetyczne A+, A++ oraz A+++!

Stosunek uzyskanych jednostek ciepła do zużywanej jednostek prądu w skali sezonu to SCOP. 3 razy więcej ciepła kosztem jednego 1kWh prądu brzmi dobrze, ale 5 razy więcej brzmi jeszcze lepiej. Jak wyciągnąć z pompy ciepła jak najwięcej?

Pompa ciepła to maratończyk, nie sprinter. Wykona mnóstwo pracy tanim kosztem, o ile będzie działać cały czas i swoim tempem. Innymi słowy, im wyższy wysiłek, tym mniejsza oszczędność.

I tak różnica między ogrzewaniem grzejnikowym, a płaszczyznowym ma znaczący wpływ. Grzejniki wymagają wyższej temperatury, co kosztuje pompę ciepła więcej wysiłku.

Strefa klimatyczna w Polsce też wpływa na sprawność pompy ciepła. Proste - im na dworze chłodniej, tym większy wysiłek jest potrzebny, by wydobyć ciepło.

Łącząc to, typowy SCOP (sprawność ogrzewania pomieszczeń w skali sezonu) wynosi:

(Na podstawie danych pompy Galmet Prima 8GT)

* Jeśli w Twoim domu grzejniki osiągały 70°C, możesz uważać, że pompa ciepła też musi osiągać taką temperaturę. Nic bardziej mylnego. Pompa ciepła działa inaczej, na niższej temperaturze, ale cały czas, przez co nie doprowadza do wychłodzenia domu. Inwestując w izolację i/lub grzejniki niskotemperaturowe możesz obniżyć temperaturę grzejników do 40-50°C i zaoszczędzić!

^ Z dobrą izolacją temperatura podłogówki może wynosić nawet 30°C. Im mniej tym lepiej!

Pozostało przedyskutować działanie pompy ciepła z jej najlepszym przyjacielem - instalacją fotowoltaiczną. 

Fotowoltaika o wystarczająco dużej mocy może obniżyć rachunki z pompy ciepła o 100%. Panele fotowoltaiczne większość energii produkują latem i większość z tej energii oddają do sieci energetycznej. Jednak dzięki rozliczeniu rocznemu fotowoltaika latem może “zarobić” na zimowe rachunki za prąd.

Jak ulepszyć ich współpracę?

Możesz pompę ciepła, by ogrzewała ciepłą wodę użytkową w środku dnia, gdy fotowoltaika działa pełną mocą. Zbiornik utrzyma ciepłą wodę aż do wieczora. To forma magazynowania energii. Zamiast więc kosztownych chemicznych magazynów energii, możesz magazynować ciepło. 

Teraz pytanie, skoro można zmagazynować ciepło na potrzeby c.w.u., czy można to samo zrobić dla c.o.? Odpowiedź brzmi trochę tak, a trochę nie. Otóż niektóre instalacje mają bufory cieplne, czyli wielkie baniaki w instalacji c.o. I fakt, bufor może zmagazynować trochę energii, ale w rzeczywistości działa gorzej, niż mogłoby się wydawać.

Alternatywą jest delikatne przegrzewanie domu w słonecznych godzinach dnia, by wieczorem dom osiągnął zadaną temperaturę. To prosta i wydajna metoda, jeśli masz dobrze ocieplony dom.