Pompa ciepła powietrze-woda – jak działa, kto na niej korzysta?

Popularność powietrznych pomp ciepła na polskim rynku rośnie z roku na rok. Ich największą zaletą jest to, że są dostępne praktycznie dla każdego budynku mieszkalnego, niezależnie od tego czy modernizujesz istniejący dom czy budujesz nowy. Ich montaż jest prosty, a cena korzystna.

• Czym jest pompa ciepła powietrze-woda i jak się ma do pozostałych typów pomp?
• Jak działa pompa ciepła powietrze-woda?
• Dlaczego warto w nią zainwestować?

Pompa ciepła powietrze-woda a inne pompy ciepła

Zanim przejdziemy do kwestii jak działa pompa ciepła, nie da się ominąć zagadnienia, czym jest pompa ciepła powietrze – woda oraz jak się ma do pozostałych rodzajów pomp ciepła.

Pompy ciepła można podzielić według różnych kryteriów, ale najczęściej klasyfikuje się je na podstawie źródła ciepła i sposobu jego przekazywania. Oto główne rodzaje pomp ciepła:

Ze względu na źródło ciepła

• Powietrzne pompy ciepła (w tym pompa ciepła powietrze-woda czy powietrze-powietrze)
  • Pobierają energię z powietrza atmosferycznego.
  • Są łatwe w instalacji i tańsze niż gruntowe pompy ciepła.
  • Wydajność może spadać przy bardzo niskich temperaturach.
• Gruntowe pompy ciepła (grunt-woda, grunt-powietrze)
  • Pobierają ciepło z gruntu za pomocą kolektora poziomego lub pionowego.
  • Bardzo efektywne, ale droższe w instalacji.
  • Stabilna wydajność niezależnie od temperatury zewnętrznej.
• Wodne pompy ciepła (woda-woda)
  • Pobierają ciepło z wód gruntowych, rzek lub jezior.
  • Wysoka efektywność, ale wymagają dostępu do źródła wody o stabilnej temperaturze.
  • Ich montaż podlega często dodatkowym regulacjom prawnym.

Ze względu na sposób przekazywania ciepła

• Pompy ciepła powietrze-powietrze – ogrzewają powietrze w budynku, działając podobnie do klimatyzatora.
• Pompy ciepła powietrze-woda – ogrzewają wodę do instalacji centralnego ogrzewania (np. grzejniki, ogrzewanie podłogowe).
• Pompy ciepła grunt-woda – ciepło z gruntu przekazują do wody w systemie grzewczym.
• Pompy ciepła woda-woda – wykorzystują ciepło z wody gruntowej do podgrzewania wody użytkowej i ogrzewania budynku.

Ze względu na funkcjonalność

• Monoblok – cała jednostka znajduje się na zewnątrz budynku.
• Split – składa się z jednostki zewnętrznej i wewnętrznej.
• Rewersyjna – może działać zarówno jako system grzewczy, jak i klimatyzacja.

Pompa ciepła powietrze – woda i jej działanie

Z perspektywy laika, zasada działania pompy ciepła powietrze woda jest prosta. Powietrzna pompa ciepła jako źródło energii odnawialnej wykorzystuje energię nagromadzoną w powietrzu  do ogrzewania lub chłodzenia.  Pompa wykorzystuje powietrze z zewnątrz (dolne źródło), które dzięki czynnikowi chłodniczemu i odpowiedniemu sprężeniu wytwarza ciepło użytkowe, które wykorzystamy do ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej. Jak to się dokładnie dzieje? 

Pompa ciepła powietrze woda – z czego się składa?

Technologia pompy ciepła oparta jest na bardzo prostym i dobrze znanym mechanizmie wykorzystywanym chociażby w lodówkach. Najważniejszymi elementami konstrukcji pompy ciepła są: sprężarka, skraplacz, zawór rozprężny i parownik. Pompa nie spełniałaby jednak swojej funkcji bez czynnika roboczego. Czynnik chłodniczy to ciecz, która krąży wewnątrz układu, wrząc pod niskim ciśnieniem i w niskiej temperaturze (na zewnątrz budynku) pobiera ciepło. W układzie wzrasta ciśnienie i temperatura, dzięki sprężarce czynnik zmienia postać na gazową, a następnie trafia do skraplacza, gdzie oddaje ciepło do instalacji. Po tym, czynnik w stanie ciekłym przechodzi przez zawór rozprężny, gdzie następuje spadek ciśnienia i temperatury i cykl rozpoczyna się ponownie.

Jeśli pompa posiada zintegrowaną funkcję chłodzenia, proces jest odwrócony – czynnik odzyskuje ciepło z wody instalacyjnej i odprowadza je na zewnątrz.

Pompa ciepła powietrze-woda a odbiornik

Pompy ciepła typu powietrze-woda można podłączyć do istniejącej instalacji grzewczej. Odbiornikami są np. kaloryfery lub instalacja podłogowa. Przy pompie ciepła najbardziej efektywne jest użycie niskotemperaturowych odbiorników jak ogrzewanie podłogowe czy ścienne. Zaletą ogrzewania płaszczyznowego jest to, że przekazywanie ciepła następuje przez bardzo dużą powierzchnię, dzięki czemu nie potrzeba wysokiej temperatury jak w przypadku punktowych źródeł ciepła. Czynnik grzewczy może również przenosić energię cieplną do zasobnika c.w.u.

Wydajność pompy ciepła – współczynniki COP, SCOP i SPF

O wydajności pompy ciepła decyduje głównie różnica temperatur dolnego i górnego źródła. Jednak każde urządzenie charakteryzuje się parametrami, które w dużej mierze decydują o efektywności i ekonomice pracy:

• COP – oznacza (z ang. Coefficient of Performance) to współczynnik efektywności. Mówi nam o stosunku ilości energii dostarczonej do pompy ciepła do ilości energii przez nią zużytej. Jeśli COP urządzenia wynosi 4 to znaczy, że by uzyskać 4 kW ciepła zużyje ono 1 kW energii elektrycznej. Z tego wynika, że im wyższy współczynnik COP tym lepiej. Należy pamiętać, że współczynniki producenci urządzeń podają COP uzyskiwany w warunkach laboratoryjnych.

• SCOP – czyli współczynnik sezonowej efektywności. Dzięki niemu możemy obliczyć, ile prądu zużyje pompa ciepła w danym czasie czyli np. w ciągu roku lub sezonu grzewczego. Dzięki SCOP możemy policzyć, ile będzie kosztowało ogrzewanie budynku pompą ciepła. 
• SPF – podobnie jak SCOP mówi nam o zużyciu energii w danym czasie, ale dotyczy rzeczywistych warunków w jakich pracuje konkretna instalacja i obliczany jest na podstawie realnych danych dla danego budynku.

Podsumowując:

• im wyższy współczynnik COP urządzenia tym lepiej, zwróć uwagę jednak na normę zastosowaną przez producenta,
• im wyższe SCOP i SPF, tym mniej prądu zużyje urządzenie i tym niższe będą rachunki za energię elektryczną w ciągu roku.

Czy pompa ciepła powietrze-woda działa w zimie?

Temperatura wrzenia czynnika roboczego, w warunkach ciśnienia normalnego jest na poziomie kilkudziesięciu stopni poniżej 0 stopni Celsjusza. Dlatego pompa działa efektywnie nawet gdy na zewnątrz panuje niska temperatura nawet do -25 stopni Celsjusza, co daje możliwość ogrzania domu i wody do optymalnej temperatury nawet w zimie.

Dla kogo pompa ciepła powietrze woda?

Pompa ciepła powietrze – woda jest znakomitą alternatywą dla pomp gruntowych jest znacznie tańsza i przynosi pożądany efekt – komfortowe i bezpieczne ogrzewanie całego domu i wod użytkowej. Dodatkowo jej montaż jest prostszy i dostępny praktycznie dla każdego, szczególnie gdy powierzchnia działki jest niewielka lub sposób jej zagospodarowania uniemożliwia wykonania wymiennika gruntowego.

To dobre rozwiązanie także w przypadku gdy gdy chcemy zmniejszyć koszty ogrzewania domu zasilanego innymi, konwencjonalnymi źródłami ciepła jak np. kotły na gaz czy węgiel. Duet pompa ciepła i fotowoltaiką daje niezależne źródło ogrzewania całego domu i stały dostęp do ciepłej wody użytkowej, a równocześnie nie przyczynia się do powstawania niskiej emisji w naszym najbliższym otoczeniu. 

Kto korzysta z pompy ciepła powietrze-woda?

Odpowiedzieliśmy sobie na pytanie jak działa pompa ciepła. Czas odpowiedzieć na pytanie, dlaczego jest tak popularna. Pompy ciepła powietrze-woda są wysoce efektywne jeśli chodzi o ogrzewanie budynku. Do największych zalet tego systemu należą:

• dostępność i uniwersalność – można je montować w budynkach nowo budowanych i już istniejących, nie zajmują dużo miejsca jak np. pompy gruntowe z poziomymi wymiennikami ciepła, nie potrzebują również tyle miejsca co kotły na węgiel
• łatwość i szybkość montażu – nie ma konieczności wykonywania odwiertów czy przekopywania ogrodu, doświadczony instalator zamontuje powietrzną pompę ciepła w gotowym domu w ok. 3 dni
• wielofunkcyjność – może służyć do ogrzewania domu, grzania wody użytkowej, a latem do chłodzenia pomieszczeń,
• bezpieczeństwo – przy ogrzewaniu pompą ciepła nie ma ryzyka wybuchu, zaczadzenia czy pożaru,
• bezobsługowość i komfort w użytkowaniu – nie ma potrzeby czyszczenia, rozpalania w piecu czy podkładania opału, użytkowanie pompy jest czyste, ciche (ok. 39 dB) i całkowicie bezemisyjne,  
• ekologia – eksploatacja nie powoduje emisji szkodliwych związków do środowiska,
• estetyka – przy zastosowaniu tego typu urządzenia nie jest konieczny montaż grzejników ściennych, które często psują estetykę wnętrza,
• oszczędność – pompy ciepła korzystają z odnawialnych i darmowych źródeł energii,  pompa to najtańsze źródło energii grzewczej,
• długa żywotność – szacuje się, że żywotność pompy ciepła wynosi nawet ponad 20 lat, 
• tania eksploatacja, a w połączeniu z fotowoltaiką, urządzenie działa praktycznie bezkosztowo,
• pompa wykorzystuje w pierwszej kolejności bieżącą konsumpcję energii elektrycznej z instalacji fotowoltaicznej co sprawia, że będziemy w mniejszym stopniu  korzystać systemu opustów, a instalacja fotowoltaiczna jest jeszcze bardziej opłacalna.

Popularność pomp ciepła wynika z ich wysokiej efektywności, ale i rosnących oczekiwań właścicieli budynków względem komfortu cieplnego. Wykorzystując odnawialne źródła energii, stanowią także najbardziej naturalne źródło ciepła. Coraz lepsze parametry techniczne i tania eksploatacja tych urządzeń, zwłaszcza w połączeniu z odpowiednio dobraną instalacją fotowoltaiczną to najlepsze rozwiązanie dla oszczędnych.