Pompa ciepła: schemat instalacji pompy ciepła w domu pasywnym, koszty inwestycji

Pompa ciepła: schemat instalacji pompy ciepła w domu pasywnym, koszty inwestycji

Nowoczesne technologie budowlane zmierzają w kierunku zminimalizowania lub też całkowitego zredukowania strat ciepła w powstających domach. Taka idea jest alternatywą dla dotychczasowych rozwiązań w budownictwie, czyniąc inwestycję nie tylko ekologiczną, ale i oszczędną. Domy pasywne wyróżnia bardzo niewielkie zapotrzebowanie na energię cieplną służącą do ogrzewania domu. Niestety, wzniesienie domu energooszczędnego w polskim klimacie wiąże się także z wyborem systemu ogrzewania: na inwestorze wymusza to fakt co najmniej kilku chłodnych miesięcy w ciągu roku. W domach pasywnych idealnie sprawdzą się pompy ciepła. Te urządzenia nie tylko pokryją zapotrzebowanie domu na energię termiczną, ale przygotują także ciepłą wodę użytkową. Sprawdź, jak wygląda schemat podłączenia w pompach ciepła w domu pasywnym, na co zwrócić uwagę, jeśli interesuje Cię montaż pompy ciepła oraz jakie są różnice pomiędzy poszczególnymi pompami ciepła. Z poniższego artykułu dowiesz się także, co gwarantuje prawidłową pracę pompy ciepła i ile kosztują powietrzne i gruntowe modele pomp.

Zasada działania pompy ciepła w domach pasywnych

Działanie instalacji grzewczych opartych na pompie ciepła w domach pasywnych opiera się na procesie obiegu termodynamicznego czynnika chłodniczego w sposób, który umożliwia wykorzystanie energii cieplnej tzw. dolnego źródła ciepła do którego zaliczamy powietrze, grunt oraz wody gruntowe.

Aby dokładnie zrozumieć schemat działania pompy ciepła należy poznać przebieg procesu termodynamicznego, który w niej zachodzi. Obieg termodynamiczny jest możliwy dzięki pięciu podstawowym elementom, z których zbudowana jest pompa ciepła.

Pompa ciepła: funkcje poszczególnych elementów układu

• Parownik: zlokalizowany w jednostce zewnętrznej. To właśnie w parowniku dochodzi do procesu wymiany ciepła pomiędzy dolnym źródłem ciepła, a czynnikiem chłodniczym pracującym w obiegu. Czynnik chłodniczy trafia do parownika w stanie ciekłym pod niskim ciśnieniem i w bardzo niskiej temperaturze. Umożliwia to pobranie energii termicznej z dolnego źródła bez względu na wysokość temperatury zewnętrznej.
• Sprężarka: odparowany czynnik chłodniczy dostarczany jest do sprężarki, która pobierając energię elektryczną, spręża gazowy czynnik termodynamiczny do kilkukrotnie wyższego ciśnienia co gwałtownie podnosi jego temperaturę, nawet do kilkudziesięciu stopni Celsjusza.
• Skraplacz: w którym gorący sprężony czynnik chłodniczy oddaje temperaturę do górnego źródła ciepła czyli do instalacji centralnego ogrzewania oraz zasila zasobnik ciepłej wody użytkowej. W skraplaczu w wyniku oddania temperatury, czynnik ulega skropleniu.
• Zawór rozprężny, do którego transportowany jest schłodzony i skroplony czynnik chłodniczy, doprowadza do gwałtownego spadku jego ciśnienia dzięki czemu jednocześnie spada jego temperatura i możliwe jest powtórzenie obiegu termodynamicznego
• Instalacja chłodnicza łączy ze sobą jednostkę zewnętrzną i wewnętrzną pompy ciepła, umożliwiając przepływ czynnika chłodniczego pomiędzy tymi jednostkami i pracę obiegu.

Rodzaje pomp ciepła dla domów pasywnych

W ostatnich latach najczęściej wybieranymi przez inwestorów rodzajami pomp ciepła są pompy ciepła powietrze woda, grunt woda oraz pompy ciepła woda woda. Każdy z tych rodzajów pomp ciepła idealnie sprawdzi się w niskoenergetycznym domu pasywnym. Każda z tych pomp ciepła opiera się na przebiegu opisanego powyżej obiegu termodynamicznego, a zasadniczą różnicą pomiędzy nimi jest jedynie rodzaj dolnego źródła ciepła, z którego pozyskiwana jest energia termiczna od ogrzania górnego źródła.

Pompa ciepła powietrze/woda

Pompa ciepła powietrze woda z uwagi na najniższe koszty inwestycji jest najbardziej powszechnie stosowanym rodzajem pomp ciepła w budownictwie jednorodzinnym i jednym z najczęściej wybieranym urządzeniem grzewczym w przypadku budowy budynków pasywnych. Ten typ pomp ciepła wykorzystuje energię cieplną powietrza zewnętrznego. Z uwagi na wykorzystanie montażu zewnętrznego parownika i jego wymiennika ciepła ten rodzaj pomp ciepła wymaga jedynie minimalnej powierzchni do prawidłowej pracy.

Gruntowa pompa ciepła: schemat instalacji

Pompa ciepła grunt woda opiera się na pozyskiwaniu energii termicznej z gruntu jako dolnego źródła ciepła. Jest to możliwe poprzez wybudowanie poziomego wymiennika gruntowego, zakopanego na głębokości około 1,5m pod poziomem gruntu. Poziomy wymiennik gruntowy wykonuje się zazwyczaj z polietylenowej rury o długości 150 - 200 m i średnicy 32 mm lub 40 mm wypełnionej roztworem glikolu, który przetłacza pompa obiegowa. Roztwór glikolu przepływając przez całą długość wymiennika nagrzewa się i oddaje ciepło w parowniku. Konieczność wybudowania wymiennika dolnego źródła ciepła zwiększa znacząco koszt instalacji pompy ciepła woda woda w stosunku do powietrznej pompy ciepła, ale w przypadku wykorzystania pompy ciepła do ogrzania budynku pasywnego wykorzystanie tego urządzenia grzewczego przyniesie największe korzyści i najniższe koszty eksploatacji z uwagi na to, że pompy gruntowe uzyskują najwyższą efektywność energetyczną ponieważ temperatura zasilania dolnego źródła ciepła jest stała przez cały rok, i na jej wpływ nie ma temperatura powietrza zewnętrznego. Dzięki temu warunki pracy takiej pompy są stałe i optymalne.

Schemat podłączenia pompy ciepła typu woda/woda

Pompa ciepła woda woda wymaga podobnie jak pompa grunt woda wymiennika ciepła zakopanego w gruncie. Jest to jednak wymiennik pionowy który złożony jest z zespołu pionowych odwiertów o głębokości około 100m. Wykonanie wymiennika dolnego źródła w ten sposób pozwala na wykorzystanie ciepła przepływających wód gruntowych, uzyskując bardzo wysoki współczynnik energetyczny COP, a w lecie umożliwia odwrócenie obiegu termodynamicznego i schłodzenie wody w obiegu grzewczym do kilku stopni Celsjusza umożliwiając wykorzystanie klimakonwektorów do chłodzenia budynku.

Pompa ciepła jako idealne źródło ogrzewania dla domu pasywnego

Pompa ciepła jest urządzeniem grzewczym, idealnie przystosowanym do tzw. ogrzewania niskotemperaturowego którym jest najpopularniejsze obecnie ogrzewanie podłogowe. Ogrzewanie podłogowe w porównaniu do tradycyjnych grzejników wymaga znacznie mniejszej mocy grzewczej od źródła ciepła zasilającego wodę w obiegu centralnego ogrzewania. Temperatura zasilania układu grzewczego wykorzystującego ogrzewanie podłogowe wynosi zaledwie 35 stopni Celsjusza, natomiast w układzie wykorzystującym zwykłe grzejniki temperatura zasilania wynosi co najmniej 55 stopni. Konieczność podgrzania wody grzewczej do tak wysokiego parametru temperaturowego dyskwalifikuje wykorzystanie instalacji z grzejnikami w budynku pasywnym.

Niższa temperatura zasilania instalacji ogrzewania w połączeniu z ogrzewaniem podłogowym sprawia, że jest to najlepsza instalacja do ogrzewania domu pasywnego oraz instalacja idealnie dopasowana do charakterystyki pracy pompy ciepła. Z uwagi na niewielką temperaturę zasilania, pompa ciepła może osiągnąć bardzo wysoki wskaźnik stosunku energii wytworzonej do pobranej energii elektrycznej, czyli współczynnik COP, a w połączeniu z wysoką bezwładnością cechującą ogrzewanie podłogowe i bardzo dobrze zaizolowany i szczelny dom pasywny pozwala na znacznie rzadsze uruchamianie się pompy ciepła w trybie grzewczym co daje niezwykle niskie koszty ogrzewania oraz podgrzewania cwu.

Schemat instalacji pompy ciepła w domu pasywnym w zależności od jej zastosowania

Każdy rodzaj pomp ciepła wykorzystywanych do ogrzewania budynku pasywnego oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej może współpracować także z innymi układami hydraulicznymi. Zdobywającym coraz więcej zwolenników zwłaszcza w domach pasywnych jest wykorzystanie pompy ciepła współpracującej z instalacją fotowoltaiczną oraz z instalacją solarną. Możliwe jest także podłączenie pompy ciepła przeznaczonej specjalnie do konkretnego wykorzystania np. do ogrzewania wody basenowej.

Pompa ciepła zasilana energią fotowoltaiczną

W przypadku wykorzystania instalacji pompy ciepła do ogrzewania budynków pasywnych, zastosowanie instalacji fotowoltaicznej jest koniecznością. Fotowoltaika zamontowana na dachu budynku lub na działce produkuje energię elektryczną wykorzystywaną do pracy pompy ciepła. Takie rozwiązanie w przypadku budynku pasywnego i jego niewielkiego zużycia energii elektrycznej do produkcji ciepła umożliwia całkowite uniezależnienie energetyczne domu pasywnego. W takim przypadku rachunki za energię elektryczną będą wynikały jedynie z opłat abonamentowych i opłat stałych wynikających z podłączenia budynku do sieci energetycznej. Pompę ciepła możemy podłączyć do już istniejącej instalacji solarnej.

Schemat podłączenia pompy ciepła z instalacją solarną

Jest idealnym rozwiązaniem dla budynków pasywnych w przypadku braku wykorzystania instalacji fotowoltaicznej lub w przypadku wykorzystania niewielkiej instalacji fotowoltaicznej. Instalacja solarna połączona z do instalacji pompy ciepła umożliwia praktycznie w całości pominięcie kosztów związanych z przygotowaniem ciepłej wody użytkowej. Przygotowanie CWU dla pompy ciepła jako urządzenia niskotemperaturowego wymaga dostarczenia większej ilości energii elektrycznej dlatego wykorzystanie w tym przypadku instalacji solarnej jedynie zmniejsza współczynniki zapotrzebowania energetycznego domu pasywnego.

Schemat podłączenia pompy ciepła do istniejącej instalacji basenowej

Domy pasywne są budynkami, w których zapotrzebowanie na energię wynosi maksymalnie 15kWh/(m2·rok). W praktyce oznacza to, że jeśli w budynku pasywnym chcemy wykonać instalację basenową, to do przygotowania ciepłej wody basenowej niezbędne jest wykorzystanie pompy ciepła. Basenowy pompy ciepła są niskoenergetycznymi urządzeniami wyposażone w specjalnie wymienniki ciepłą w skraplaczu, które współpracują z wodą basenową przetłaczaną przez wymiennik przy wykorzystaniu układu hydraulicznego wyposażonego w pompę obiegową wody basenowej. Takie rozwiązanie pozwala na podgrzanie wody basenowej bez konieczności dodatkowej instalacji sprzęgła hydraulicznego będącego wymiennikiem ciepła pomiędzy skraplaczem, a wodą basenową. Zasada działania pompy ciepłą basenowej nie różni się poza tym niczym od typowej pompy ciepła wykorzystywanej to ogrzania budynku i przygotowania ciepłej wody użytkowej.

Pompa ciepła w domu pasywnym: koszty

To, ile zapłacisz za montaż pompy ciepła, zależy w dużej mierze od rodzaju urządzenia i jego dolnego źródła. Koszty inwestycyjne pompy ciepła powietrze woda będą różniły się od instalacji pompy ciepła opartej na wodzie gruntowej. Jednak decydując się na ogrzewanie domu pompą ciepła masz możliwość skorzystania z różnych źródeł dofinansowań i dopłat do instalacji opartych na odnawialnych źródłach energii.

Od czego zależą koszty pompy ciepła?

Koszty instalacji pompy ciepła (zarówno pompy ciepła powietrze woda, jak i gruntowych pomp ciepła) wyceni dla Ciebie doświadczony projektant w oparciu o takie informacje jak:

• parametry techniczne budynku
• liczba mieszkańców domu
• współczynnik przenikania ciepła
• Twoje oczekiwania i preferencje ( czy pompa ciepła ma posłużyć tylko do ogrzewania domu, czy też przygotowania ciepłej wody użytkowej , a porą letnią również do schłodzenia budynku)
• ile prądu pobiera pompa ciepła

Warto pamiętać, by montaż zlecić doświadczonej firmie, która specjalizuje się w instalacji pompy ciepła: takie rozwiązanie chroni inwestora przed pseudo fachowcami z szarej strefy i zapewnia właściwy dobór i pracę urządzenia.