W obliczu coraz wyższych kosztów ogrzewania oraz rosnących wymagań dotyczących efektywności energetycznej budynków, pompy ciepła zyskują w Polsce na popularności. Jednocześnie pojawia się wiele wątpliwości – czy takie rozwiązanie sprawdzi się w surowym klimacie? Czy przy mrozach rzędu minus dwudziestu stopni urządzenie będzie w stanie utrzymać komfortową temperaturę we wnętrzu domu? I co najważniejsze, czy inwestycja zwróci się w rozsądnym czasie?
W niniejszym wpisie przybliżamy zasadę działania pomp ciepła, opisujemy ich odmiany, analizujemy wydajność przy niskich temperaturach, dzielimy się przykładami polskich instalacji oraz podpowiadamy, jak dobrać moc pompy do konkretnego budynku.
Jak działa typowa pompa ciepła?
Pompa ciepła wykorzystuje odwrócony cykl termodynamiczny, dzięki któremu przenosi ciepło ze środowiska zewnętrznego – powietrza, gruntu lub wody – do wnętrza budynku. Kluczowymi elementami takiego urządzenia są parownik, sprężarka, skraplacz oraz zawór rozprężny. W parowniku czynnik chłodniczy o niskim ciśnieniu i temperaturze przejmuje ciepło z otoczenia, zamieniając się w gaz. Następnie w sprężarce następuje wzrost ciśnienia, co przekłada się na znaczący wzrost temperatury czynnika. Gorący gaz trafia do skraplacza, gdzie oddaje ciepło do instalacji grzewczej budynku i skrapla się, wracając do stanu ciekłego. Zanim cykl zacznie się od nowa, czynnik schładza się w zaworze rozprężnym, uzyskując odpowiednie parametry do ponownego poboru energii z otoczenia. Dzięki temu z jednego kilowata energii elektrycznej pompa ciepła może dostarczyć nawet trzy do pięciu kilowatów ciepła, co wyraża się współczynnikiem COP na poziomie 3–5.
Urządzenia dostępne na rynku różnią się przede wszystkim środowiskiem źródłowym. Pompy powietrze–woda cieszą się największą popularnością ze względu na stosunkowo niski koszt instalacji i prostą konstrukcję – nie wymagają ingerencji w grunt. W cieplejszych miesiącach zapewniają wysoką wydajność, lecz gdy temperatura powietrza spada poniżej minus piętnastu stopni, zaczynają tracić część efektywności, a proces rozmrażania parownika generuje dodatkowe straty energii. Na szczęście współczesne modele z inwerterowymi sprężarkami potrafią pracować nawet przy minus dwudziestu pięciu stopniach, zachowując przy tym zadowalające wartości COP.
Rozwiązania gruntowe, jak sondy pionowe czy kolektory poziome, oferują bardziej stabilne źródło ciepła. Na kilku czy kilkunastu metrach pod powierzchnią ziemi temperatura nie spada poniżej pięciu–siedmiu stopni, co przekłada się na wyższe współczynniki efektywności – nawet do pięciu. Koszt odwiertów czy rozłożenia kolektora jest jednak wyższy, a cała inwestycja może wymagać większych nakładów początkowych. Z kolei pompy woda–woda, wykorzystujące wody gruntowe lub powierzchniowe, odznaczają się doskonałymi parametrami pracy (COP na poziomie cztery–sześć), lecz potrzebują odpowiednich warunków hydrologicznych oraz dodatkowych pozwoleń.
Praca pompy powietrze–woda przy mrozach wymaga pewnych zabiegów, które pomogą zminimalizować straty. Warto zadbać o regularne oczyszczanie wlotu powietrza, a także ustawić sterowanie w oparciu o krzywą grzewczą, dzięki czemu instalacja automatycznie dostosuje temperaturę czynnika do panujących warunków zewnętrznych. W praktyce dobrze dobrana jednostka utrzymuje COP rzędu 2,5–3 nawet przy minus piętnastu stopniach, co oznacza, że z jednego kilowata energii elektrycznej uzyskujemy 2,5–3 kW ciepła.
Dodatkowo w celu zwiększenia efektywności, lepiej zwiększyć temperaturę w ciągu dnia, aby pompa podgrzewała np. wodę w „podłogówce” w ciągu dnia, gdy temperatury powietrza są wyższe i COP będzie także wyższe.
Przykładowe instalacje
W Polsce powstaje coraz więcej przykładów udanych instalacji. W Małopolsce rodzinna rezydencja o powierzchni 120 metrów kwadratowych ogrzewana jest nowoczesną pompą powietrze–woda z inwerterem. Według właścicieli, przy minus dwudziestu stopniach COP utrzymuje się na poziomie około 2,6, a roczne oszczędności w porównaniu z ogrzewaniem gazowym sięgają niemal czterdziestu procent.
Na Podlasiu natomiast gospodarstwo rolne o powierzchni 200 metrów kwadratowych korzysta z gruntowej pompy ciepła z sondą pionową, osiągając średni współczynnik efektywności sięgający 4,2. Dzięki dotacjom i wysokim oszczędnościom koszt inwestycji zwrócił się w nieco ponad siedem lat.
Na Kujawach zaś energooszczędny dom o metrażu 150 m2 korzysta z pompy woda–woda zasilanej wodą ze stawu; COP w łagodniejsze zimy przekracza tam 5, co czyni instalację niezwykle opłacalną, choć proces uzyskania pozwolenia na pobór wody okazał się czasochłonny.
Na mazurach, dom energooszczędny o powierzchni 156 m2 z pompą gruntową i 2 odwiertami COP trochę ponad 5 zapewnia stabilne źródło ciepła, utrzymanie temperatury ponad 24 stopnie z dziennym zużyciem prądu na poziomie 10-14 kW.
Czy pompa ciepła potrafi samodzielnie ogrzać dom nawet w najcięższych warunkach. W większości przypadków nowoczesne urządzenia radzą sobie doskonale i nie wymagają wsparcia dodatkowego źródła ciepła. W domach o słabej izolacji lub przy wyjątkowo niskich temperaturach (poniżej minus dwudziestu pięciu stopni) warto jednak rozważyć opcję grzałki elektrycznej stanowiącej zabezpieczenie lub połączenie pompy z kotłem gazowym czy na biomasę. Taka konfiguracja, zwana hybrydą, pozwala pompę ciepła wykorzystać jako główne źródło ogrzewania, a kocioł uruchomić automatycznie tylko wtedy, gdy efektywność urządzenia spada poniżej założonego poziomu.
Jak dobrać pompę ciepła?
Dobór odpowiedniej mocy pompy ciepła do budynku jest kluczowy. Trzeba przeprowadzić audyt energetyczny lub obliczyć zapotrzebowanie na ciepło według normy PN-EN 12831, uwzględniając współczynniki przenikania ciepła przegród, kubaturę obiektu oraz straty wynikające z wentylacji. Następnie należy podzielić uzyskane zapotrzebowanie przez wartość COP przy temperaturze projektowej – na przykład minus piętnaście stopni – i dodać niewielki zapas mocy, by uniknąć pracy na granicy możliwości w najsurowsze dni. W praktyce rezerwa rzędu dziesięciu–dwudziestu procent zapewnia bufor bezpieczeństwa i dłuższą żywotność instalacji.
Przy pompie gruntowej, domu energooszczędnym, ogrzewaniu płaszczyznowym o powierzchni 150-200 m2 moc urządzenia raczej nie przekroczy 6-7 kw.
Podsumowując, pompy ciepła w polskich warunkach klimatycznych stanowią efektywne i ekologiczne rozwiązanie pozwalające znacząco zredukować koszty ogrzewania. Kluczem do sukcesu bywają właściwy wybór rodzaju urządzenia, odpowiedni projekt systemu grzewczego oraz dobra izolacja termiczna budynku. Istotny jest także wykonawca. Z doświadczenia autora dobrym punktem zaczepienia jest firma Elektro Sanit z Olsztyna https://elektro-sanit.pl/. Pomoże ona przy projektowaniu, doborze oraz montażu pompy ciepła.
Rosnąca liczba realnych realizacji pokazuje, że przy starannym montażu i eksploatacji pompa ciepła radzi sobie nawet podczas ostrych mrozów, stając się w większości przypadków jedynym źródłem ciepła przez cały sezon grzewczy. Dla sceptyków i entuzjastów to wyraźny sygnał, że inwestycja w pompę ciepła to rozwiązanie godne rozważenia na lata.