Pompa ciepła powietrzna - jak działa?
Skąd pompa ciepła powietrzna czerpie energię?
Pompa ciepła powietrzna to – jak zresztą podpowiada sama nazwa – urządzenie, które pobiera energię cieplną z powietrza. Następnie ogrzewają za jego pomocą dom lub ciepłą wodę użytkową. Aktualnie najbardziej popularny rodzaj urządzeń oferowanych na rynku, opiera się na wykorzystaniu ciepła do podgrzania wody w instalacji hydraulicznej domu. Wbrew pozorom zasada działania pompy ciepła nie jest aż tak skomplikowana, jak mogłoby się wydawać. Przecież praca pompy ciepła opiera się na podobnej zasadzie, jak zwykła lodówka lub klimatyzacja. Analogicznie do klimatyzacji, pompa ciepła wykorzystuje energię elektryczną i przenosi ciepło z tzw. dolnego źródła o niższej temperaturze do tzw. górnego źródła o temperaturze wyższej. Pompa ciepła korzysta przy tym z zasady termodynamiki, która pozwala na odwrócenie obiegu termodynamicznego i przekazanie energii w odpowiednim kierunku.
Aby przeniesienie energii było możliwe, instalacja pompy ciepła powietrznej wykorzystuje obieg zamknięty wypełniony czynnikiem chłodniczym. Kiedy czynnik chłodniczy krąży w obiegu zmieniają się jego stan skupienia i ciśnienie. Przed fazą pobierania ciepła z powietrza, zimny czynnik chłodniczy znajduje się w stanie ciekłym. W miarę przyrostu temperatury czynnika podczas ogrzewania powietrzem, jego stan zmienia się na gaz. W takiej formie trafia do sprężarki, która odpowiada za zwiększenie ciśnienia gazu. Większe ciśnienie pozwala na zwiększenie temperatury czynnika. Po przekazaniu gazu do skraplacza, następuje oddanie energii cieplnej do zgromadzonej wody w zasobniku. Przekazanie energii cieplnej powoduje, że temperatura gazu ulega obniżeniu. Urządzenie obniża jego ciśnienie i ponownie zmienia stan skupienia na ciekły. Potem czynnik trafia do parownika, następnie ponownie do dolnego źródła ciepła i proces zaczyna się od nowa.
Podzespoły powietrznej pompy ciepła
Główne elementy składowe pompy ciepła powietrznej to:
- sprężarka – odpowiada za zwiększenie ciśnienia (a przez to również temperatury) gazu
- skraplacz – odpowiada za zmianę stanu skupienia ogrzanego gazu, aby efektywnie oddać zgromadzone w nim ciepło
- zawór rozprężny – pełni rolę odwrotną do sprężarki, tj. odpowiada za obniżenie ciśnienia i temperatury czynnika chłodzącego i przygotowuje go do ponownego przyjęcia energii cieplnej
- parownik – odpowiada za zmianę stanu skupienia czynnika chłodniczego przekazanego w obiegu zwrotnym w formie ciekłej
Najczęściej zadawane pytania
Przyjmuje się, że montaż powietrznej pompy ciepła zakupionej za średnią cenę rynkową, zwraca się po ok. 8-10 latach. Okres ten może być szybszy ze względu na dynamicznie rosnące ceny innych surowców energetycznych (m.in. węgla i gazu). Opłacalność inwestycji najlepiej kalkulować indywidualnie w stosunku do danych warunków pracy urządzenia i kosztu początkowego?
Przyjmuje się, że montaż powietrznej pompy ciepła zakupionej za średnią cenę rynkową, zwraca się po ok. 8-10 latach. Okres ten może być szybszy ze względu na dynamicznie rosnące ceny innych surowców energetycznych (m.in. węgla i gazu). Opłacalność inwestycji najlepiej kalkulować indywidualnie w stosunku do danych warunków pracy urządzenia i kosztu początkowego?
Współpraca pompy ciepła z instalacją fotowoltaiczną pozwala na całkowicie bezemisyjne i bezkosztowe ogrzewanie domu. Niektóre systemy posiadają moduły umożliwiające intensyfikację pracy pompy ciepła podczas największego nasłonecznienia, co dodatkowo pozwala na zwiększenie poziomu autokonsumpcji produkowanej energii elektrycznej.
Rodzaje powietrznych pomp ciepła
Pompa ciepła typu powietrze woda
Zasada działania
Najpopularniejszym rodzajem urządzeń powietrznych są pompy ciepła typu powietrze woda. Obieg energii cieplnej w ramach takiego urządzenia zakłada przekazanie ciepła z powietrza do wody. W ramach wewnętrznej instalacji hydraulicznej, podgrzana woda jest gromadzona w zasobniku ciepłej wody użytkowej oraz buforze.
Zasobniki CWU instalowane do współpracy z pompami ciepła różnią charakterystyką od bojlerów znanych z instalacji bazujących na innych źródłach ciepła. Przede wszystkim różnica tkwi w wężownicy, czyli spiralnym elemencie zainstalowanym wewnątrz bojlera, który oddaje ciepło do wody zgromadzonej w zasobniku. Powierzchnia wężownicy dedykowanej do współpracy z pompą ciepła powietrzną powinna wynosić od 1,5 do nawet 2,5 m2. Sama pojemność bojlera wynosi w większości instalacji od 200 do 300 litrów. Jest to nawet do dwóch razy więcej niż w instalacjach, w których woda podgrzewana jest np. przez kocioł gazowy. Skąd wynika różnica? W przypadku pompy ciepła przyrost temperatury wody jest po prostu wolniejszy, niż w przypadku innego rodzaju zasilania. Dlatego też ilość wody przygotowanej jednorazowo musi być większa. W przeciwnym przypadku wykorzystanie ciepłej wody przez jednego domownika będzie wiązać się z koniecznością długiego oczekiwania na ciepłą wodę przez drugiego domownika.
Bufor to zasobnik, który nie jest obowiązkowym elementem układu, ale zwiększa jego efektywność. Jest stosowany w ramach instalacji wysokotemperaturowych, gdzie występują grzejniki oraz z instalacjach opartych na ogrzewaniu podłogowym, niewyposażonym w rozdzielacze. Poprzez akumulację ciepła w zbiorniku, bufor pozwala na:
- ustabilizowanie pracy sprężarki – dzięki stosunkowo dużej objętości wody w zbiorniku proces oddawania ciepła nie jest zaburzony,
- oddzielenie obiegu grzewczego instalacji hydraulicznej domu i instalacji pompy ciepła
- pobranie dodatkowej energii cieplnej do dodatkowego źródła ciepła – stosunkowo rzadko spotykane rozwiązanie, ale możliwe do zastosowania np. do współpracy pompy z kominkiem lub kotłem gazowym
Zalety i wady
Głównymi zaletami pomp ciepła typu powietrze woda są:
- wysoka energooszczędność rozwiązania – w połączeniu z niskotemperaturową instalacją grzewczą jest to obecnie jedna z najbardziej ekonomicznych form ogrzewania domu.
- bezemisyjność – w procesie pobierania ciepła z powietrza nie dochodzi do spalania paliwa stałego, jak np. w kotle na węgiel czy ekogroszek. Zamiast tego proces jest zasilany energią elektryczną.
- bezobsługowość – w zasadzie poza cyklicznymi przeglądami, które powinien wykonywać profesjonalny serwis, pompa ciepła powietrzna wymaga tylko podstawowego zakresu czynności obsługowych. Tak naprawdę dla użytkownika sprowadza się do ustawienia odpowiedniego harmonogramu i parametrów grzania.
- możliwość zastosowania pompy również do schładzania domu – pompy ciepła mają możliwość schładzania wody w układzie hydraulicznym. Z pewnością sprawdzą się również, jako urządzenia przynoszące ulgę w miesiącach letnich.
Do wad pomp ciepła typu powietrze woda należy zaliczyć:
- koszt instalacji – jest od zdecydowanie wyższy niż w przypadku instalacji opartych na kotłach przeznaczonych do spalania paliwa stałego lub gazu. Trzeba jednak podkreślić, że stosunkowo wysoki koszt początkowy amortyzuje się poprzez niższy koszt użytkowania.
- konieczność odpowiedniego przygotowania instalacji hydraulicznej – większość pomp ciepła podgrzewa wodę do maksymalnej temperatury ok. 55-60 stopni. Należy pamiętać, że aby efektywnie ogrzać dom wodą w niższej temperaturze najlepiej jest użyć niskotemperaturowej instalacji podłogowej lub odpowiednich grzejników o zwiększonej powierzchni ogrzewania.
Pompa ciepła typu powietrze powietrze
Zasada działania
Mniej popularne, ale również oferowane przez rynek rozwiązania to pompy ciepła typu powietrze powietrze. Obieg energii cieplnej w ramach takiego urządzenia zakłada przekazanie ciepła z powietrza zewnętrznego do powietrza wewnętrz budynku. Odbywa się to oczywiście bez udziału instalacji hydraulicznej. Urządzenia tego typu pracują w trybie nadmuchowym i są konstrukcjami bliźniaczymi do dobrze nam znanej klimatyzacji. Większość klimatyzacji posiada możliwość odwrócenia trybu działania, tj. ogrzewania powietrza wewnątrz domu, zamiast jego schładzania. Układ pompy ciepła typu powietrze powietrze nie zakłada połączenia z instalacją hydrauliczną, dlatego nie podgrzejesz za jej pomocą wody użytkowej. Do tego celu będziesz musiał wykorzystać inne źródło ogrzewania.
Zalety i wady
Podstawowe zalety pomp ciepła powietrze powietrze to:
- niższy koszt początkowy – ze względu prostszy układ i brak konieczności zakupu zasobnika oraz bufora, koszt inwestycji jest często niższy od pompy ciepła typu powietrze woda. Ostatecznie jest to jednak zależne od mocy koniecznej do zainstalowania jednostki zewnętrznej i ilości ogrzewanych pomieszczeń wewnątrz budynku.
- bezwładność układu – korzystając z nadmuchu ciepłego powietrza zwykle będziesz w stanie ogrzać pomieszczenie do zadanej temperatury szybciej, niż za pomocą instalacji hydraulicznej. Niestety jednak po wyłączeniu nadmuchu, pomieszczenie wychłodzi się szybciej, niż w przypadku np. niskotemperaturowej instalacji podłogowej.
- możliwość zastosowania rozwiązania “multisplit” – na rynku istnieją produkty, które pozwalają na połączenie pojedynczej jednostki zewnętrznej do kilku mniejszych jednostek wewnętrznych. Dzięki temu ogrzewanie domu przebiega szybciej, a ciepłe powietrze jest dostarczane osobno do każdego pomieszczenia.
- możliwość bardzo efektywnego chłodzenia domu w miesiącach letnich – większość urządzeń na rynku to urządzenia grzewczo-chłodzące, więc zimą dostarczają ciepłe powietrze, a latem zimne.
Do podstawowych wad pomp ciepła typu powietrze powietrze należy zaliczyć:
- brak możliwości grzania ciepłej wody użytkowej – wynika to z faktu oddawania energii cieplnej bezpośrednio przez powietrze, bez pośrednika w postaci wody.
- duża ingerencja w nieruchomość w przypadku instalacji jednostki wewnętrznej w każdym pomieszczeniu z osobna. Każda tego typu jednostka musi być połączona z jednostką zewnętrzną przewodami na czynnik chłodzący. W przypadku zastosowania centralnej jednostki wewnętrznej będzie konieczne zbudowanie obiegu powietrza specjalnymi kanałami do każdego ogrzewanego pomieszczenia.
Ile kosztuje pompa ciepła powietrzna?
Koszt inwestycji w pompę ciepła powietrzną
Nie ma uniwersalnego cennika instalacji pomp ciepła, który daje prostą odpowiedź o koszcie inwestycji tylko na podstawie powierzchni domu. Podczas obliczania budżetu potrzebnego na inwestycję powinieneś skonsultować się z jedną lub kilkoma firmami instalacyjnymi w Twoim rejonie. Już wstępny wywiad przeprowadzony przez pracownika firmy pozwoli na oszacowanie ram budżetu, który będziesz musiał przeznaczyć na modernizację z zastosowaniem urządzenia, jakim jest pompa ciepła powietrzna. Wstępne wyceny prawie zawsze są przeprowadzane za darmo. Rzecz jasna lepiej unikać firm instalatorskich, które naliczają koszty usług już na tym etapie. Jeżeli postanowiłeś obliczyć koszt instalacji samodzielnie, to musisz wiedzieć, czym się kierować. Podczas obliczeń powinieneś wziąć pod uwagę co najmniej zapotrzebowanie na ciepło i rodzaj zamontowanej instalacji hydraulicznej.
Ze względu na kompleksowość elementów wyceny, koszt inwestycji oszacuj przy wsparciu doświadczonej firmy instalatorskiej. Pamiętaj, że większość wycen jest niezobowiązująca.
Czym jest zapotrzebowanie na ciepło?
Każdy dom różni się od siebie pod względem powierzchni użytkowej i zastosowanej izolacji termicznej. Od tych dwóch czynników będzie zależało zapotrzebowanie na ciepło (wyrażone najczęściej w kWh/m2). Należy pamiętać, ze zapotrzebowanie oszacujesz łatwiej dla budynku przed rozpoczęciem lub trakcie budowy. Od wielu lat charakterystyka energetyczna budynku jest obowiązkowym elementem projektu budowlanego dla budynków mieszkalnych. Jeżeli prace budowlane w ramach Twojej inwestycji zostały przeprowadzone zgodnie ze sztuką, a rodzaj i jakość materiałów izolacyjnych jest taka, jak w założono w projekcie, zapotrzebowanie na ciepło deklarowane w charakterystyce nie powinno odbiegać znacznie od realnego. Sprawa komplikuje się jeżeli w ramach realizacji inwestycji dokonywałeś zmian w projekcie, np. zmieniłeś grubość izolacji ścian lub nawet dodałeś okno. Wtedy zapotrzebowanie na ciepło powinien obliczyć specjalista, który przeprowadzi dla Ciebie audyt energetyczny. Zapotrzebowanie na ciepło posłuży Ci do oszacowania mocy potrzebnego urządzenia, a jak wiadomo wyższe zapotrzebowanie na moc będzie równać się wyższej cenie urządzenia.
Jaki rodzaj instalacji hydraulicznej wybrać?
Instalację hydrauliczną rzecz jasna najlepiej realizować w nowo budowanym domu. Jeżeli zamierzasz ogrzewać dom powietrzną pompą ciepła, zainwestuj w niskotemperaturową instalację podłogową. Dodatkowo w łazienkach rozważ przeprowadzenie instalacji w ścianach. Wtedy pomieszczenia będą mogły być ogrzane do odpowiedniej temperatury bardziej efektywnie. Należy pamiętać, że instalacja podłogowa pracuje w oparciu o niższą temperaturę wody, niż zwykłe grzejniki. Zwykle maksymalna temperatura wody w podłogówce to od 45 do 50 stopni Celsjusza. Przez to nie będziesz musiał sięgać po zaawansowane modele wysokotemperaturowych pomp ciepła. To urządzenia, które działają z wysoką wydajnością również przy podgrzewaniu wody do wysokich temperatur. Jeżeli inwestycję planujesz w już istniejącym budynku, a instalacja hydrauliczna bazuje na zwykłych grzejnikach to koszt inwestycji może być wyższy. W tym przypadku będziesz musiał sięgnąć po pompę ciepła dostosowaną do pracy z instalacją wysokotemperaturową.
Ile prądu zużywa pompa ciepła powietrzna?
Coefficient Of Performance
Pompy ciepła są zasilanie energią elektryczną. Nowoczesne urządzenia tego typu cechują się bardzo dużą efektywnością energetyczną, wyrażoną najczęściej za pomocą wskaźników COP (Coefficient Of Performance) lub SCOP (Seasonal Coefficient Of Performance).
Wartość wskaźnika COP wyraża, ile prądu zużywa pompa ciepła do wyprodukowania jednostki ciepła. Na przykład: jeżeli wartość COP danej pompy wynosi 4, będzie to oznaczać, że 1 kWh zużytej energii elektrycznej przełoży się na 4 kWh energii cieplnej. Pamiętaj, że wartości COP są podawane na podstawie badań przeprowadzonych w laboratorium i przy założeniu pracy powietrznej pompy ciepła w otoczeniu o konkretnej temperaturze. Oczywiście im wyższy COP tym lepiej. W efekcie Twoje urządzenie będzie produkować ciepło, zużywając przy tym mniej prądu.
Seasonal Coefficient Of Performance
Ogólnie rzecz biorąc wskaźnik SCOP to wskaźnik bliźniaczy do COP i odnosi się do wydajności pompy ciepła w perspektywie sezonowej. Wartość wskaźnika podanego w charakterystyce danego modelu urządzenia pozwoli Ci na obliczenie przybliżonego rocznego zużycia prądu. Do obliczenia zużycia będziesz potrzebował informacji o rocznym zapotrzebowaniu na ciepło dla Twojego domu. Ilość kWh/m2 z charakterystyki energetycznej lub audytu energetycznego pomnóż przez powierzchnię użytkową nieruchomości. Następnie po podzieleniu wartości zapotrzebowania na ciepło przez wartość SCOP danej pompy otrzymasz ilość kWh energii elektrycznej, potrzebnej do wyprodukowania odpowiedniej ilości ciepła. Następnie pomnóż koszt pojedynczej kWh przez szacowane zapotrzebowanie. W ten sposób zorientujesz się, ile będzie kosztowała Cię energia elektryczna potrzebna do pracy pompy ciepła powietrznej.
Przykład kalkulacji
- Roczne zapotrzebowanie na ciepło dla domu: 15 000 kWh
- Parametr SCOP pompy ciepła: 4
- Ilość energii elektrycznej potrzebnej do działania pompy ciepła: 15 000 / 4 = 3 750 kWh
- Sezonowy koszt energii elektrycznej: 3 750 * 0,70 zł = 2 625 zł
Aktualne zestawienie cen energii elektrycznej znajdziesz na http://cena-pradu.pl/
Dobór pompy ciepła powietrznej do wielkości domu
Instalacja pompy ciepła o zbyt małej mocy
Podczas doboru mocy pompy ciepła do danego budynku nie kieruj się tylko jego wielkością, tj. powierzchnią użytkową wyrażoną w m2. Może się okazać, że bardzo dobrze zaizolowany dom o powierzchni 180 m2 będzie wymagał instalacji powietrznej pompy ciepła o podobnej mocy, jak starszy dom o powierzchni 100 m2, który posiada bardzo słabą izolację termiczną. Dobierając pompę ciepła do swoich potrzeb powinieneś kierować się zapotrzebowaniem na ciepło, które zostało obliczone konkretnie dla Twojej nieruchomości.
Zainstalowanie pompy o zbyt małej mocy będzie skutkowało niedogrzaniem budynku w miesiącach zimowych z najniższą temperaturą na zewnątrz. Zbyt niska moc urządzenia uniemożliwi zagrzanie wody w instalacji hydraulicznej do odpowiedniej temperatury. Ratunkiem w takiej sytuacji może okazać się grzałka elektryczna. Producenci pomp montują takie grzałki do większości sprzedawanych modeli. Pamiętaj, że poprzez częste stosowanie grzałki efektywność urządzenia znacząco spadnie. COP grzałki wynosi 1, a to oznacza, że do energia cieplna potrzebna do podgrzania wody będzie pochodzić bezpośrednio z sieci elektrycznej.
Instalacja pompy ciepła o zbyt dużej mocy
Należy pamiętać, że zainstalowanie pompy ciepła o zbyt dużej mocy również nie jest wskazane. Przewymiarowane urządzenie będzie zbyt często się włączać na bardzo krótki okres czasu – takie zjawisko zostało nazwane taktowaniem. Praca pompy ciepła w krótkich cyklach spowoduje znaczne skrócenie żywotności urządzenia, a co za tym idzie konieczność wymiany kluczowych podzespołów szybciej niż zwykle. Jeśli nie jesteś pewien, jak samodzielnie obliczyć zapotrzebowanie skorzystaj z audytu energetycznego. Jego koszt stanowi zaledwie ułamek całkowitego kosztu inwestycji. Dzięki temu unikniesz skutków błędu zainstalowania powietrznej pompy ciepła o zbyt małej lub zbyt dużej mocy. Chcąc założyć pompę ciepła samodzielnie, sprawdź sprawdź też schemat podłączenia pompy ciepła. Ten różni się oczywiście w zależności od typu urządzenia i rodzaju dolnego źródła ciepła.
rezus
2022-11-11 at 18:47Zainsatlowałem pompę o zbyt małej mocy. Jak wyjść z tej sytuacji?
majkel99
2022-11-22 at 17:44Niestety tylko wymiana pompy lub ocieplenie domu