Podział pomp ciepła ze względu na źródło ciepła

W internecie nierzadko można spotkać się z opinią, iż pompa ciepła jest „ekologicznym źródłem ciepła". Jest to informacja mylna, ponieważ pompa ciepła sama w sobie nie daje ciepła, jak to jest w przypadku np. czy kotła gazowego. Najprościej rzecz ujmując, węzeł grzewczy oparty o pompę ciepła jest jedynie kondensatorem dostarczonego ciepła. Sama pompa niewiele zdziała bez instalacji, będącej „przed nią", czyli tak zwanego dolnego źródła. Dolnym źródłem dla ogrzewania przy użyciu pompy ciepła może być: grunt, woda gruntowa lub powietrze. Stąd też wynika nazewnictwo samych pomp: pompa typu solanka-woda, pompa powietrze-woda, pompa typu woda-woda.

Dolne źródło w systemach opartych o pompę ciepła: grunt.

Pompa ciepła gruntowa"Ciepło z wnętrza ziemi" - to określenie dokładnie opisuje działanie ziemnej pompy ciepła. Gruntowa pompa ciepła jest nośnikiem ciepła zawartego w ziemi. Już na głębokości ok. 1,5 m (tzw. strefa zamarzania gleby) ziemia utrzymuje stałą temperaturę pomiędzy 0 a 8⁰C. Na głębokości do mniej więcej 10m od powierzchni ziemi znajduje się ciepło pochodzące z promieni słonecznych. Co ciekawe, temperatura na tym poziomie jest właściwie stała, niezależnie od pory roku i wynosi około 10⁰C. Natomiast już na głębokości 20m ciepło pochodzi zarówno ze słońca, jak i z wewnętrznego przewodzenia ziemi i jest bardziej stabilne. Ziemna pompa ciepła pobiera ciepło z gruntu za pomocą odpowiednich instalacji i przy pomocy sprężarki kondensuje ciepło, rozprowadzając je w urządzeniach grzewczych.

Pompa ciepła może czerpać ciepło zarówno z płytkich warstw gleby (przy pomocy kolektora poziomego lub spiralnego), jak i jej głębokich warstw (dzięki odwiertom pionowym). W obu przypadkach są to rury wypełnione solanką, która pod ziemią utrzymuje stałą temperaturę od -2⁰C do +5⁰C i nie zamarza. Solanka to potoczne określenie na mieszankę wody z glikolem, stąd popularna nazwa pompy gruntowej - pompa typu solanka/woda. Kolektory poziome to kilkaset metrów rury PE o średnicy 1 cala, ułożonej płasko lub spiralnie na głębokości ok 1,5m-2m pod powierzchnią ziemi (czyli do granicy zamarzania ziemi).

Powierzchnia kolektora powinna zajmować kilkakrotnie większą przestrzeń niż zajmuje powierzchnia domu.
Kiedy brak nam działki lub boimy się o stabilność ciepła lepiej wybrać pionowe sondy. Odwierty zajmują mniej powierzchni poziomej, jednak wymagają zrobienia odwiertów na głębokość od kilkudziesięciu do nawet 200m (w zależności czy wykonujemy jeden odwiert, czyli kilka obok siebie). Zaletą sond pionowych jest pewniejsza stabilność ciepła, minusem - wyższa cena instalacji.

Trudno powiedzieć, który wybór jest bardziej korzystny. Wszystko zależy przede wszystkim od rodzaju gleby, na której znajduje się nasza działka. Największą wydajnością charakteryzują się wilgotne i gliniaste gleby, mniej korzystne są suche i piaszczyste. Gliniaste grunty posiadają lepszą gęstość strumienia ciepła. Te drugie są mniej wskazane pod gruntowy wymiennik pompy ciepła, ponieważ charakteryzują się trzykrotnie mniejszym przepływem strumienia cieplnego, co wiąże się ze zwiększonym wydatkiem na rury.

Dolne źródło w systemach opartych o pompę ciepła: powietrze

Pompa ciepła powietrze ciepła, ponieważ nie wymaga większych ingerencji na poziomie fundamentów budowlanych. Taka pompa może być zamontowana już w gotowym domu. Powietrzna pompa ciepła jest nie tylko najłatwiejsza w montażu, ale też najtańsza. Może być zainstalowana na zewnątrz lub wewnątrz budynku. Ciepło z powietrza jest wdmuchiwane do pomieszczenia poprzez klimakonwektory lub przekazywane do instalacji wodnej (kaloryfery, ogrzewanie podłogowe).

Niestety większość pomp tego typu działa bez wspomaganie jedynie do około -15/ 20⁰C. Poniżej tej temperatury pompa musi działać wespół z dodatkową grzałką elektryczną czy nawet zewnętrznym kotłem grzewczym, ponieważ spada jej wydajność. Kiedy temperatura obniży się jeszcze bardziej to urządzenia wspomagające całkowicie zastępują pracę pompy, która automatycznie się wyłącza. Istnieje także powietrzna pompa ciepła, która korzysta z ciepła znajdującego się wewnątrz obiektu. Takie modele pomp mają jednak swoje ograniczenia - współdziałają jedynie z klimatyzacją i c.w.u. 

Najważniejsze dla całego funkcjonowania pompy ciepła i jej wydajności jest odpowiedni wybór, projekt oraz instalacja dolnego źródła. Złe dopasowanie dolnego źródła może skutkować nieprawidłowym działaniem pompy, a w rezultacie mało ekonomicznym zużyciem energii. Dolne źródło powinno również charakteryzowa się stabilnością, co oznacza, że jego temperatura czy tez dostępność nie powinny ulegać zmianie (co niestety w przypadku powietrznej pompy ciepła jest dosyć powszechne w naszym klimacie).

Dolne źródło w systemach opartych o pompę ciepła: woda.

Budowa pompy ciepła wodna powierzchniowych lub gruntowych. Woda gruntowa nie może się znajdować poniżej 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, co stanowi wodną pompę ciepła wydajnym nośnikiem energii cieplnej.

Do działania takiej pompy konieczna jest instalacja dwóch studni (lub czasem więcej), z której jedna jest czerpna, a druga zrzutna. Pompa ciepła pobiera ciepło niskotemperaturowe ze zbiornika czerpnego, spręża je, a następnie rozprowadza je w systemie grzewczym. Ochłodzona woda trafia do studni zrzutnej. 

Istnieje także możliwość pobierania ciepła z wód powierzchniowych znajdujących się przy budynku, co eliminuje konieczność instalacji studni. Jednak to rozwiązanie niesie za sobą pewne komplikacje, m.in. konieczność instalacji filtrów oczyszczających wodę z zanieczyszczeń.