Pompy ciepła są jedną z najnowocześniejszych metod pozyskiwania energii potrzebnej do ogrzewania domu, podgrzewania wody użytkowej czy chłodzenia w letnie dni.
Są podstawowym elementem systemu gwarantującego pełen komfort w użytkowanym budynku bez względu na pogodę, a jednocześnie zapewniającym wysoką wydajność połączoną z ponoszeniem niskich kosztów eksploatacyjnych.
Pompy ciepła transportują zmagazynowaną energię w otoczeniu stanowiącym nasze naturalne środowisko do instalacji grzewczej w naszym domu. Wykorzystują zmagazynowaną energię cieplną w warstwach powierzchniowych ziemi, w wodach podziemnych czy w powietrzu stanowiących dolne źródło ciepła i przekazują ją już o wyższych parametrach do instalacji centralnego ogrzewania i podgrzewania wody użytkowej będących górnym źródłem ciepła.
Z powodu niskiej temperatury tych źródeł niemożliwym jest bezpośrednie z nich korzystanie, dopiero zastosowanie pompy ciepła czyni dostępną tę energię w sposób bardzo ekonomiczny.
Zgodnie z prawami termodynamiki możliwe to jest przy wykorzystaniu silnika napędowego dla pompy ciepła.
Pompy ciepła wykorzystywane są też do chłodzenia pomieszczeń gdzie poprzez odwrócenie termoobiegu pompy ciepła uzyskujemy efekt chłodzenia.
W zależności od wyboru dolnego źródła ciepła występują różne rodzaje pomp: typu solanka-woda, typu woda-woda, typu powietrze-woda. Na wybór rodzaju pompy ciepła mają wpływ takie czynniki jak wielkość i położenie działki, lokalne warunki gruntowe czy pożądany sposób zagospodarowania działki.
Pompy ciepła typu powietrze-woda
Pompy ciepła typu powietrze-woda wykorzystują ciepłe powietrze zewnętrzne, eksploatowane są jako systemy monoenergetyczne. Do przekazania ciepła wykorzystują wymienniki lamelowe. Ciepło wdmuchiwane jest do pomieszczenia podobnie jak w klimatyzacji poprzez nawiewniki lub przekazywane do instalacji grzewczej. Zakres działania pomp ciepła typu powietrze-woda bez wspomagania jest ograniczony do temperatury zewnętrznej -15/-20°C. Gdy występuje niższa temperatura pompa ciepła może się całkowicie wyłączyć, a zadziałają urządzenia wspomagające oparte na energii elektrycznej, które czynią pracę tej pompy nieefektywną, a wręcz kosztowną.
Występują też powietrzne pompy ciepła wykorzystujące ciepłe powietrze znajdujące się wewnątrz obiektu, które współpracują z klimatyzacją i służą do podgrzania wody użytkowej.
Pompy ciepła typu woda-woda
Efektywnym i stabilnym źródłem ciepła dla układu opartego o pompę ciepła typu woda-woda są wody powierzchniowe lub gruntowe. Temperatura wody w studni wacha się w granicach 7°C – 12°C, natomiast wód podziemnych od 8°C-10°C co powoduje, że pompy oparte o takie źródło ciepła są wydajnym nośnikiem energii cieplnej.
Występują jednak pewne ograniczenia, a mianowicie woda gruntowa wykorzystana do tego układu nie może się znajdować na głębokości poniżej 20 m i musi posiadać odpowiedni skład chemiczny wpływający na dobrą przewodność cieplną.
W celu zapewnienia prawidłowego działania pompy ciepła woda-woda wymagana jest instalacja minimum dwóch studni: czerpnej i zrzutnej. Zasadą jest pobieranie ciepła niskotemperaturowego ze studni czerpnej, sprężanie go, rozprowadzanie w systemie grzewczym, a po ochłodzeniu odprowadzanie do studni zrzutnej. Temperatura wody rozprowadzanej w systemie grzewczym wynosi od 35°C do 55°C.
Innym źródłem ciepła dla pomp ciepła typu woda-woda mogą być też wody powierzchniowe znajdujące się przy budynku, jeśli występują takie uwarunkowania naturalne. Nie ma wtedy konieczności budowy studni lecz wymagane jest instalowanie filtrów oczyszczających wodę z zanieczyszczeń oraz ze względu na częstą korozję okresową wymianę elementów instalacji transportującej wodę.
Wysoka efektywność takich pomp ciepła przy stosunkowo dużych kosztach eksploatacyjnych powoduje, że stosuje się je w obiektach o bardzo dużym zapotrzebowaniu na ciepło.
Pompy ciepła typu solanka-woda
Pompy ciepła typu solanka-woda pobierające ciepło zakumulowane w gruncie są najczęściej stosowane. W naszej strefie klimatycznej niezależnie od pory roku temperatura gruntu na głębokości około 15 m wynosi około 10°C i stałość tej temperatury czyni grunt atrakcyjny dla wykorzystania jako dolne źródło ciepła. W tym celu w zależności od możliwości gruntowych wykonuje się dwa rodzaje instalacji. Są to kolektory poziome inaczej powierzchniowe lub sondy pionowe zwane głębinowymi. W każdym przypadku instalacje te tworzą rury wypełnione glikolem, który w gruncie utrzymuje stała temperaturę w zakresie od -2°C do +5°C. Kolektory poziome tworzą rury PE, które zajmują powierzchnię kilka razy większą od powierzchni ogrzewanego budynku i ułożone są na głębokości około 1,5-2,0 m. Na terenach znajdujących się nad nimi nie można wznosić żadnych obiektów ani sadzić roślinności, której korzenie mogłyby je uszkodzić. Sondy pionowe zajmują mniej miejsca, ale wymagają wykonania odwiertów na głębokości 80-100 m i więcej.
Pompy ciepła należy dobierać indywidualnie dla danego obiektu biorąc pod uwagę specyficzne jego potrzeby i różnorodne uwarunkowania środowiskowe. Ilość i wielkość pomp też jest uzależniona od lokalnych warunków ich pracy.
Pompy ciepła
Należy pamiętać, że stosując pompy ciepła w połączeniu z energią elektryczną jako element napędowy pompy mamy pozytywny wpływ na nasze środowisko naturalne, eliminując wydzielanie szkodliwych substancji takich jak dwutlenek siarki czy tlenek azotu, które powstają przy korzystaniu z konwencjonalnych paliw do produkcji energii.