Źródła energii dla pompy ciepła: grunt, woda czy powietrze

Jak wybrać pompę ciepła w zależności od źródła ciepła

Zewnętrzny obieg pompy ciepła pobiera ciepło z otoczenia. Najczęściej jest to rurociąg z polietylenu ułożony w gruncie lub w wodzie, wewnątrz którego krąży niezamarzająca ciecz — solanka.

Główne źródła energii dla pompy ciepła to grunt, woda i powietrze zewnętrzne. Każde z tych rozwiązań ma inne zalety, ograniczenia, koszt montażu oraz stabilność pracy w ciągu roku.

Gruntowa pompa ciepła

Gruntowa pompa ciepła wykorzystuje ciepło zgromadzone w ziemi. Jest to jedno z najbardziej stabilnych rozwiązań, ponieważ temperatura gruntu na odpowiedniej głębokości w niewielkim stopniu zależy od pogody i zmian sezonowych.

Grunt dobrze akumuluje energię słoneczną i przez cały rok jest ogrzewany ciepłem z głębszych warstw ziemi. Jest dostępny bezpośrednio na działce i może oddawać ciepło niezależnie od aktualnych warunków pogodowych.

Jeśli grunt jest wykorzystywany jako źródło ciepła, zewnętrzny obieg pompy ciepła wykonuje się jako pionowe sondy geotermalne w odwiertach o głębokości 50–100 m albo jako poziomy wymiennik ciepła ułożony w gruncie na głębokości około 1,2–2,0 m.

Temperatura gruntu staje się znacznie stabilniejsza już poniżej głębokości około 5 m, a po przekroczeniu 15 m prawie nie zależy od temperatury powietrza zewnętrznego. Dlatego pionowe sondy geotermalne pozwalają uzyskać wysoki i stabilny współczynnik efektywności pompy ciepła.

Zaletą gruntowego źródła ciepła jest stabilna i efektywna praca przez cały rok. Główną wadą są wyższe koszty początkowe związane z odwiertami lub pracami ziemnymi.

Pompa ciepła woda-woda

Pompa ciepła woda-woda wykorzystuje ciepło wód podziemnych lub otwartych zbiorników wodnych. To rozwiązanie może być bardzo efektywne, jeśli w pobliżu znajduje się odpowiednie źródło wody i istnieją techniczne możliwości jego wykorzystania.

Woda, podobnie jak grunt, dobrze magazynuje energię słoneczną. Źródłem ciepła mogą być wody podziemne, jezioro, rzeka albo inny otwarty zbiornik wodny.

Do wykorzystania wód podziemnych zwykle potrzebna jest studnia poboru wody oraz studnia zrzutowa. W wielu przypadkach konieczne jest również uzyskanie odpowiednich pozwoleń.

Jeśli źródłem ciepła jest jezioro lub rzeka, zewnętrzny obieg układa się na dnie zbiornika. W odpowiednich warunkach takie rozwiązanie może być efektywniejsze od wymiennika gruntowego, ponieważ latem temperatura wody bywa wyższa niż temperatura gruntu, a zimą woda w zbiorniku zwykle utrzymuje temperaturę dodatnią.

Relatywnie wysoka temperatura źródła ciepła poprawia wymianę ciepła z zewnętrznym obiegiem pompy. Może to zmniejszyć wielkość wymiennika, obniżyć koszty materiałów i podnieść ogólną efektywność systemu.

Zaletą systemu woda-woda jest potencjalnie niższy koszt montażu i wysoka efektywność. Wadą jest zależność od jakości wody, warunków formalnych, stabilności źródła oraz ryzyko uszkodzenia elementów instalacji.

Pompa ciepła powietrze-woda

Pompa ciepła powietrze-woda wykorzystuje powietrze zewnętrzne jako źródło ciepła. To najprostsze rozwiązanie pod względem montażu, ale jego efektywność wyraźnie zależy od temperatury na zewnątrz.

Powietrze zewnętrzne jest łatwo dostępne i można je wykorzystywać jako źródło ciepła praktycznie bez ograniczeń. Nowoczesne powietrzne pompy ciepła mogą pracować przez większą część roku.

Przy niskich temperaturach zewnętrznych współczynnik efektywności i moc grzewcza takiej pompy wyraźnie spadają. Dlatego pompy ciepła powietrze-woda często stosuje się w układach biwalentnych — razem z kotłem elektrycznym, kotłem na paliwo stałe albo innym rezerwowym źródłem ciepła.

W porównaniu z systemami gruntowymi i wodnymi powietrzne pompy ciepła wymagają mniejszych nakładów początkowych. Jednak w warunkach klimatycznych Ukrainy nie zawsze warto traktować je jako jedyne źródło ciepła bez systemu rezerwowego.

Osobnym rozwiązaniem jest wykorzystanie ciepłego powietrza z wentylacji wywiewnej lub procesów technologicznych. Takie systemy mogą być przydatne w zakładach, gdzie stale powstaje nadmiar ciepła, na przykład w piekarniach, produkcji ceramiki i innych procesach przemysłowych.

Które źródło ciepła wybrać?

Najbardziej stabilnym źródłem ciepła jest grunt, najłatwiejszym w montażu — powietrze, a najbardziej efektywna w sprzyjających warunkach może być woda. Ostateczny wybór zależy od działki, budżetu, strat ciepła budynku, dostępności wody, możliwości wykonania odwiertów i wymagań dotyczących niezawodności systemu.

W domu jednorodzinnym przeznaczonym do całorocznego użytkowania najczęściej rozważa się gruntową pompę ciepła albo pompę powietrze-woda. System gruntowy jest droższy na początku, ale stabilniejszy zimą. Pompa powietrze-woda jest tańsza w montażu, jednak wymaga starannego doboru mocy i rezerwowego źródła ciepła.

Przeczytaj także inne artykuły o pompach ciepła.