Pompy ciepła w nowym i modernizowanym domu

Nie można wybrać pompy ciepła bez uwzględnienia budynku, który ma być taką pompą ogrzewany, oraz jego otoczenia. Pompa ma swoje wymagania pod względem źródła dolnego, czyli źródła zasilania w energię, którym może być grunt, woda gruntowa, zbiornik wodny lub powietrze, oraz pod względem sposobu rozprowadzania ciepła w domu, czyli zastosowanej instalacji grzewczej. W przypadku pomp powietrze/woda ważna jest także lokalizacja urządzenia.

Na początek - źródło energii

Pompa ciepła nie wytwarza energii cieplnej - przenosi ("pompuje") ją ze źródła energii (źródło dolne) do instalacji grzewczej (źródło górne). Dlatego dla inwestora ważną decyzją jest wybór źródła ciepła - jakie ono będzie dla konkretnego budynku, zależy także od innych czynników, np. od wielkości działki lub rodzaju gruntu. Do wyboru są:

• solanka (płyn niezamarzający), a tak naprawdę grunt.
  Około 1,5-2 m pod powierzchnią ziemi - 20 cm poniżej granicy przemarzania - układa się rury (kolektor gruntowy poziomy, wymiennik gruntowy), w których krąży niezamarzający płyn (najczęściej glikol). Odbiera on z gruntu ciepło, które przez pompę ciepła przekazywane jest do wody grzewczej. To system popularny i tani w wykonaniu, ale dość wymagający.

Po pierwsze, konieczna jest duża działka, a powierzchnia nad kolektorem nie może być zabudowana, pokryta nawierzchnią ani ocieniona (przez drzewa czy budynki). Chodzi tu m.in. o możliwość regeneracji kolektora, czyli ogrzanie go latem przez wodę i deszcze - brak takiej możliwości obniża efektywność pracy pompy ciepła.

Po drugie, nie każdy grunt nadaje się do tego, by zaplanować w nim taki kolektor. Musi cechować się odpowiednią pojemnością cieplną - wilgotny czy wręcz nasączony grunt gliniasty sprawdzi się znacznie lepiej niż suchy piasek.

Ciepło z gruntu może też pozyskiwać kolektor pionowy - wówczas rury z roztworem glikolu umieszczone są w pionowych odwiertach o głębokości od 50 do 130 m. Takie rozwiązanie jest bardziej kosztowne inwestycyjnie, ale po pierwsze nie wymaga tak dużej działki, a po drugie - jeśli warunki gruntowe są sprzyjające – jest bardziej przyjazny w eksploatacji i efektywny energetycznie;

• wody podziemne.
  Wykorzystanie ciepła wód podziemnych wymaga odwiercenia dwóch studni - czerpalnej i zrzutowej. Jest to rozwiązanie efektywne energetycznie, jednak warunkiem jego zastosowania są odpowiednie parametry ujęcia. Ujęcie musi mieć odpowiedni wydatek, a sama woda - skład chemiczny niepowodujący powstawania kamienia kotłowego na wymienniku (brak wapnia i żelaza) temp. 10°C;
• wody powierzchniowe.
  Rozwiązanie to, choć efektywne i niedrogie, dostępne jest dla niewielkiej grupy inwestorów - tych, którzy mają dostęp do jeziora lub stawu. Rozwiązanie jest podobne do poziomego kolektora gruntowego (na dnie zbiornika ułożone są rury, w których przepływa woda z glikolem), a nawet jeszcze bardziej efektywne, gdyż wymiana ciepła między wodą a czynnikiem jest bardzo dobra. Jeśli zbiornik jest prywatny, nie potrzeba zezwolenia na ułożenie w nim kolektora, jest ono natomiast konieczne w przypadku zbiorników państwowych; 
• powietrze.
  Pompy ciepła powietrze/woda są chętnie wybierane jako proste, a przez to tańsze w montażu. Są więc łakomym kąskiem np. dla tych inwestorów, którzy późno zdecydowali się na pompę ciepła lub myślą o niej w kontekście modernizacji instalacji. Jednak jest to rozwiązanie najmniej efektywne, ponieważ przy temperaturze poniżej –20°C pompa nie jest w stanie samodzielnie ogrzewać budynku lub przygotować c.w.u. Dlatego muszą one współpracować z dodatkowym źródłem ciepła. Zwykle są stosowane w następujących sytuacjach: stanowią część układu hybrydowego, działka uniemożliwia wykonanie innych rodzajów pomp ciepła, w pobliżu nie ma sieci gazu ziemnego lub dom jest energooszczędny (ma małe zapotrzebowanie na ciepło).

Instalacja grzewcza ma znaczenie

Jeśli - co może się zdarzyć szczególnie w przypadku modernizacji - istnieją obawy, że dom nie jest dobrze zaizolowany albo źródło ciepła nie będzie stabilne (np. poziom wód gruntowych będzie się wahał), warto rozważyć zaplanowanie większej wydajności pompy ciepła.

Sama, nawet najdoskonalsza pompa ciepła to za mało, aby zapewnić oszczędności eksploatacyjne, komfort i niemal bezobsługowy charakter instalacji grzewczej.

Najbardziej efektywnie działa system, w którym pompa ciepła zasila instalację niskotemperaturową (temperatura wody grzewczej optymalnie wynosi 28-35°C), a powierzchnia wymiany ciepła w ogrzewanym pomieszczeniu jest duża.

Najlepiej oba te warunki spełnia ogrzewanie płaszczyznowe - najpopularniejsze wciąż jest ogrzewanie podłogowe. Powinno być ono odpowiednio wykonane - zarówno powierzchnia grzewcza rur, jak i przepływ wody powinny być jak największe. Można to osiągnąć, zwiększając średnice rur i zmniejszając odstępy między nimi. Zwiększa to koszt wykonania (wyższe koszty materiałów), który jednak dzięki efektywnej pracy pompy ciepła zwraca się stosunkowo szybko.

Dostępne są także systemy ścienne lub systemy sufitowe (to w tych przegrodach zatapia się rury z wodą grzewczą).

Ogrzewanie ścienne może być też dobrym rozwiązaniem dla pomieszczeń, w których powierzchnia podłogi jest mała lub dodatkowo przysłonięta (np. w łazienkach) - alternatywą jest wyposażenie tych pomieszczeń w duże grzejniki. Słowo "duże" jest kluczowe - aby osiągnąć efekt ogrzewania niskotemperaturowego za pomocą grzejników, trzeba wyraźnie zwiększyć ich powierzchnię, inaczej nie będą wydajne. Może to spowodować, że zabraknie na nie miejsca lub ich koszt okaże się porównywalny z system ogrzewania płaszczyznowego.

Grzejniki zazwyczaj biorą pod uwagę inwestorzy modernizujący cały dom lub tylko system grzewczy (np. chcą zastąpić kocioł pompą ciepła). Wbrew pozorom łatwiejsza może okazać się modernizacja starego domu, w którym instalacja grzewcza dostosowana jest do parametrów grzewczych kotłowni węglowej, a zatem powierzchnia grzejników jest przewymiarowana, zaś rury mają duże średnice.

Dla grzejników temperatura pracy powinna wynosić od 50 do 55°C (lub mniej), maksymalnie zaś 65°C - na rynku dostępne są specjalne modele pomp ciepła, właśnie z przeznaczeniem do budynków remontowanych, które wytwarzają wodę grzewczą o temperaturze sięgającej do 65°C.

Warunkami sukcesu są tu jednak stan techniczny grzejników - który czasem okazuje się przeszkodą - oraz odpowiednia izolacyjność domu, która zwykle również wymaga poprawienia. W praktyce zwykle oznacza to konieczność docieplenia ścian i wymiany okien na szczelne.

W przypadku domów młodszych (budowanych po 1990 roku) grzejniki przystosowano do pracy z kotłami olejowymi i gazowymi, ich średnice są małe, zaś pojemność wodna - niewielka. Tego rodzaju grzejniki nie nadają się do współpracy z pompą ciepła. Jeśli inwestor się przy niej upiera, musi liczyć się z koniecznością wymiany systemu grzewczego - rozwiązaniem może być poprowadzenie ogrzewania sufitowego w suficie podwieszanym lub zastosowanie klimakonwektorów.

W tym ostatnim przypadku powinny to być urządzenia wentylatorowe - trzeba brać pod uwagę, że wentylatory powodują szum, który na przykład w sypialniach może okazać się trudny do zaakceptowania.

Lokalizacja pompy ciepła

Pompy ciepła glikol/woda i woda/woda mają prostą konstrukcję - jest to pojedyncze urządzenie podłączone do sieci elektrycznej 230 V. Pobór energii przez pompę musi być przewidziany w projekcie instalacji elektrycznej lub jej modernizacji. Nie wymaga szczególnie przygotowanego pomieszczenia - jego funkcję może pełnić spiżarnia, schowek, pralnia etc., należy tylko sprawdzić, jaką powierzchnię zajmie pompa (zwykle co najmniej 1 m²). Pompa musi być oczywiście podłączona do instalacji c.o. i c.w.u. oraz rur wymiennika (kolektorów gruntowych lub wodnych).

Bardziej skomplikowana jest sprawa lokalizacji pompy ciepła powietrze/woda. Przede wszystkim należy liczyć się z hałasem emitowanym przez kanały powietrzne. Zatem pompy takie muszą być montowane z dala od pomieszczeń cichych, np. sypialni - dotyczy to zarówno urządzeń montowanych wewnątrz (także kratki wylotowej), jak i urządzeń zewnętrznych.

Jeśli pompa ma być monoblokowa (w jednej obudowie), można ją zainstalować wewnątrz lub na zewnątrz.

Dla pompy montowanej wewnątrz należy zaplanować pomieszczenia z dwoma kanałami wentylacyjnymi (pobór i wyrzut powietrza) o odpowiednich przekrojach. Dodatkowo długość kanałów powietrznych nie może przekraczać wytycznych producenta. Niedotrzymanie tych warunków sprawi, że nastąpi zmniejszenie przepływu powietrza, co obniży efektywność pracy pompy. Kratki wyrzutowej nie należy umieszczać zbyt nisko.

Dla pompy montowanej na zewnątrz należy przewidzieć, że w domu będzie stał zasobnik wody - rury grzewcze łączące go z pompą powinny być jak najkrótsze oraz dobrze zaizolowane.

Powietrze usuwane nie powinno płynąć w kierunku domu - inaczej może spowodować zawilgocenie ścian. Takie pompy należy montować na uchwycie z wibroizolatorami, inaczej drgania przeniosą się na ścianę, aby zniwelować przenoszenie drgań na ścianę budynku.

Pompa w wersji split składa się z dwóch jednostek połączonych rurami chłodniczymi (z czynnikiem chłodniczym lub płynem niezamarzającym). Ich długość nie może przekroczyć długości wskazanej przez producenta (od kilku do 30 m), wymagają też bardzo dobrej izolacji.

Podczas pracy powietrznej pompy ciepła powstają skropliny (kondensat), pochodzące z wilgoci w powietrzu. Powinny zostać albo odprowadzone do kanalizacji (pompa montowana wewnątrz), albo skierowane do rury drenarskiej (pompa montowana na zewnątrz). W tym drugim wypadku pompę umieszcza się na podkładzie z tłucznia.