Menu Zamknij

Gruntowe pompy ciepła – przeznaczenie, działanie i właściwości

Gruntowa pompa ciepła - jak, gdzie i dlaczego warto ją zamontować?

Gruntowa pompa ciepła to nowoczesne, bardzo ekologiczne urządzenie grzewcze, które do ogrzewania budynku wykorzystuje energię cieplną zgromadzoną pod powierzchnią gruntu. Pompy ciepła grunt-woda osiągają lepsze współczynniki efektywności od pomp powietrznych, ponieważ temperatury gruntu charakteryzują się większą stabilnością od powietrza i w zimie osiągają wyższe wartości. Montaż takiego urządzenia wymaga jednak dużo więcej doświadczenia i jest nieporównywalnie bardziej pracochłonny, co przekłada się niestety na końcowy koszt inwestycji. Wyższa cena związana jest głównie z koniecznością wykonania wymagających specjalistycznego sprzętu odwiertów lub wykopów dla kolektorów wypełnionych płynem pobierającym energię cieplną spod powierzchni gruntu. Korzystanie przez pompę ciepła grunt-woda z energii odnawialnej, która jest niewyczerpalna powoduje, że jest to urządzenie energooszczędne i bardziej ekonomiczne od kotłów gazowych czy na paliwa stałe. Nowoczesne systemy sterowania, w które wyposażone są pompy ciepła sprawiają, że ich praca jest całkowicie bezobsługowa i może być kontrolowana z każdego miejsca na świecie za pomocą aplikacji w naszym telefonie.

Gruntowe pompy ciepła

Zasada działania gruntowej pompy ciepła

Pompy ciepła typu grunt-woda jak sama nazwa wskazuje energię cieplną, pobierają spod powierzchni gruntu. Wyjaśniając dokładniej, płyn krążący w kolektorach, zlokalizowanych na odpowiedniej głębokości nagrzewa się, dociera do urządzenia i następnie w wymienniku ciepła oddaje pobraną z gruntu energię cieplną do czynnika chłodniczego, który pod wpływem wyższej temperatury zmienia stan skupienia z ciekłego na gazowy i w takiej postaci trafia do najważniejszego elementu pompy ciepła – sprężarki. W sprężarce pod wpływem działania wysokiego ciśnienia temperatura czynnika chłodniczego szybko się podnosi. Gorący gaz dociera później do skraplacza, gdzie zgromadzoną energię cieplną przekazuje instalacji grzewczej w budynku, która poprzez system ogrzewania podłogowego lub grzejnikowego utrzymuje komfortową dla mieszkańców temperaturę. Na końcu czynnik chłodniczy ponownie zmienia swój stan skupienia na ciekły i cały proces się powtarza.

Rodzaje gruntowych wymienników ciepła

W gruntowych pompach ciepła możemy zastosować zarówno wymienniki pionowe, jak i poziome. Wymienniki pionowe umieszczone są w odwiertach, których głębokość sięga nawet do 100 metrów, natomiast wymienniki poziome wprowadzane są do wykopów poniżej granicy przemarzania gruntu. W odwiertach lub wykopach umieszcza się kolektory wypełnione specjalnym płynem o niskiej temperaturze krzepnięcia np. roztworem glikolu propylenowego i wody. Przewagą wymienników pionowych jest wyższa i stabilniejsza temperatura źródła ciepła, ponieważ umieszczone są one na większej głębokości. Do ich wykonania potrzebujemy też dużo mniejszej powierzchni działki, gdyż wchodzimy w głąb gruntu. Kolektory poziome wymagają zdecydowanie większej działki, więc ich zastosowanie często nie jest możliwe, są jednak tańsze i łatwiejsze do wykonania, ponieważ nie ma tutaj konieczności stosowania drogiego, specjalistycznego sprzętu wykonującego odwierty.

Pompa gruntowa - kolektor poziomy

Gruntowa pompa ciepła z kolektorem poziomym

Kolektory poziome wykonać możemy, jedynie posiadając działkę o wystarczająco dużej powierzchni. Uzależnione jest to głównie od jakości gruntu, a dokładniej jego przewodności i pojemności cieplnej, a także od mocy planowanej pompy ciepła. Nie obędzie się więc bez oceny fachowca, który dokona odpowiednich pomiarów i podejmie decyzję, na jakiej powierzchni działki umieszczone muszą zostać kolektory poziome, aby najlepiej spełniały swoją funkcję. Czasami wystarczy wykorzystanie 300m2 działki, a w innej lokalizacji może być to aż 700m2. Największą zaletą tego rozwiązania jest niższy koszt ich wykonania. Wady kolektorów poziomych to niższa średnia temperatura płynącego w nich płynu w porównaniu z kolektorami pionowymi oraz bardzo duża ingerencja w działkę, która dodatkowo nie powinna być zacieniona, aby możliwa była jej odpowiednia regeneracja cieplna. Z uwagi na te ograniczenia w wielu przypadkach po prostu nie ma możliwości zastosowania kolektorów poziomych.

Gruntowa pompa ciepła z kolektorem pionowym

Ogromną zaletą kolektorów pionowych są wyższe średnie temperatury płynu, którym są wypełnione, a co za tym idzie większa efektywność tego rozwiązania w porównaniu do kolektorów poziomych. Wyższe temperatury są oczywiście wynikiem dużej głębokości odwiertów, w których się je umieszcza. Na głębokości poniżej 20 metrów grunt ma stałą temperaturę wynoszącą około 10°C niezależnie od pory roku, co jest tutaj niezaprzeczalną zaletą. Największą wadą kolektorów pionowych jest koszt ich prawidłowego wykonania oraz możliwe błędy, które mogą popełniać niedoświadczeni instalatorzy. Aby kolektor taki pracował w pełni swoich możliwości, rury umieszczone w odwiertach muszą zostać zasypane na całej głębokości mieszankami o odpowiedniej przewodności cieplnej bez pozostawiania jakichkolwiek pustych przestrzeni. Niestety inwestor nie ma możliwości weryfikacji czy cały proces wykonany został prawidłowo, dlatego tak ważne jest tutaj korzystanie tylko z usług doświadczonych firm, współpracujących z najlepszymi wiertaczami lub posiadających własny sprzęt, doświadczonych pracowników i rekomendacje wielu zadowolonych klientów.

Pompa gruntowa - kolektor pionowy

Jak wygląda montaż gruntowej pompy ciepła?

Kolektory pionowe - odwierty

Montaż gruntowej pompy ciepła zawsze poprzedzony jest odpowiednim projektem i obliczeniem zapotrzebowania na energię cieplną w budynku, co jest niezbędne przy doborze właściwego urządzenia i jego mocy. Po przeprowadzeniu obliczeń i podjęciu ostatecznej decyzji przez inwestora można przystąpić do wykonania dolnego źródła ciepła w postaci kolektorów pionowych lub poziomych. W przypadku kolektorów pionowych konieczne jest sporządzenie dodatkowo projektu robót geologicznych na odwierty o głębokości od 30 do 100 metrów. Po złożeniu dokumentów starosta ma 30 dni na wniesienie sprzeciwu, jeśli tego nie zrobi, wiertacz może przystąpić do pracy. Po wykonaniu odwiertów wprowadza się do nich odpowiednie rury, które wypełnione zostaną roztworem niezamarzającego płynu. W tym samym czasie wykonywać można już instalację samej pompy ciepła wewnątrz budynku. Po zakończeniu pierwszych etapów prac pozostaje podłączyć pompę ciepła do górnego źródła ciepła (instalacja grzewcza w budynku oraz c.w.u.) oraz dolnego źródła ciepła (pionowy lub poziomy wymiennik gruntowy).

Jaką moc powinna mieć gruntowa pompa ciepła?

Moc pompy ciepła grunt-woda musi zostać dobrana zgodnie z zapotrzebowaniem cieplnym budynku, w którym mieszkamy. Bardzo ważne jest to, aby nie była ona zbyt mała, ani zbyt duża, gdyż mogłoby to mieć wpływ nie tylko na nieprawidłową temperaturę wewnątrz pomieszczeń i zbyt duży pobór energii elektrycznej, ale też szybsze zużywanie się niektórych podzespołów pompy ciepła i konieczność częstszych napraw.

Ile kosztuje gruntowa pompa ciepła?

Cena gruntowej pompy ciepła nie różni się bardzo od pomp ciepła powietrze-woda, ale po doliczeniu usługi montażu jej koszt znacząco wzrasta. Całkowita kwota, którą wydamy, uzależniona będzie od potrzebnej mocy urządzenia oraz wybranego typu wymiennika gruntowego. Kolektory pionowe będą sporo droższe od poziomych, ale bardziej efektywne. Do podjęcia jest wiele ważnych decyzji, w czym pomogą doświadczeni instalatorzy gruntowych pomp ciepła. Dla średniej wielkości domu cena urządzenia wraz z montażem najczęściej mieści się w granicach od 50 000 do 80 000 złotych.

Pompa ciepła w Gliwicach

Ile prądu zużywa gruntowa pompa ciepła?

Niskie zużycie energii elektrycznej to jedna z największych zalet gruntowych pomp ciepła. Właśnie z tego powodu wiele osób wybiera ten typ urządzenia zamiast pompy powietrznej lub ogrzewania elektrycznego. Najlepsze pompy grunt-woda (np. Thermia Atlas) osiągają sezonowe współczynniki efektywności energetycznej (SCOP) przekraczające 6, co oznacza, że z 1 kW pobranego prądu mogą oddać do naszej instalacji centralnego ogrzewania aż 6 kW mocy grzewczej. Dla porównania SCOP najlepszych pomp powietrznych dochodzi do 4,7, co też oczywiście jest świetnym wynikiem, ale różnica jest wyraźna. Niektóre osoby zachęcone przez sprzedawców niską ceną ogrzewania elektrycznego np. mat grzewczych są bardzo zaskoczone, gdy widzą pierwsze rachunki za energię elektryczną. Gruntowe pompy ciepła renomowanych producentów np. Thermia pobierają tej energii nawet do 6 razy mniej, co powoduje, że wyższe koszty zakupu zwracają się w tym przypadku bardzo szybko.

Zalety oraz wady gruntowych pomp ciepła

Największe zalety urządzeń korzystających z energii cieplnej zgromadzonej pod powierzchnią gruntu to bardzo niskie koszty eksploatacji, stabilność działania niezależnie od temperatury panującej na zewnątrz oraz bardzo cicha i bezobsługowa praca. Z uwagi na to, że pompy gruntowe nie posiadają jednostki zewnętrznej z wentylatorem, nie generuje hałasu, który przeszkadza użytkownikom wielu powietrznych pomp ciepła i klimatyzatorów. Bardzo często właśnie z tego względu wiele osób zwraca się w stronę pomp grunt-woda i rezygnuje z zakupu pomp powietrznych.

Wadą pomp gruntowych jest konieczność wykonania kosztownych odwiertów lub wykopów dla kolektorów poziomych czy pionowych i związana z tym ingerencja w działkę. Początkowy koszt inwestycji zniechęca też osoby szukające tańszych w montażu rozwiązań ogrzewania domu.

Zalety pomp gruntowych

Ciepła woda użytkowa

Większość nowoczesnych modeli pomp ciepła grunt-woda posiada wbudowany zasobnik ciepłej wody użytkowej, dzięki któremu tanim kosztem mamy dostęp do dużych ilości podgrzanej wody dla naszego gospodarstwa domowego. Najlepsze modele pomp ciepła marki Thermia wyposażone są dodatkowo w bardzo innowacyjne technologie gorącego gazu (HGW) oraz termicznego uwarstwienia wody (TWS), które pozwalają zaoszczędzić jeszcze więcej na rachunkach za energię elektryczną. Inną zaletą zastosowanych innowacji jest dużo większa ilość dostępnej c.w.u., przykładowo model Thermia Atlas z zasobnikiem o pojemności 184 litrów jest w stanie dostarczyć nam jednorazowo aż 545 litrów wody o temperaturze 40°C.

Chłodzenie domu latem

Kolejną przewagą pomp gruntowych nad urządzeniami typu powietrze-woda jest możliwość zastosowania chłodzenia pasywnego współpracującego z ogrzewaniem płaszczyznowym. Wyróżnia się ono bardzo niskim poborem energii elektrycznej, ponieważ odbywa się bez użycia sprężarki. W trybie chłodzenia pasywnego pracują tylko pompy obiegowe oraz system sterowania. Ma tutaj zastosowanie prosta zasada - latem temperatura gruntu jest dużo niższa od temperatury panującej w budynku. Wydajność tego typu chłodzenia uzależniona jest więc od temperatury dolnego źródła. Dużo łatwiejsze do kontrolowania i wydajniejsze jest chłodzenie aktywne polegające na odwróceniu kierunku przepływu czynnika roboczego, wymiennik ciepła staje się parownikiem, parownik natomiast zaczyna pełnić funkcję skraplacza. Możemy w tym przypadku zastosować klimakonwektory, które dodatkowo zadbają o jakość powietrza w domu. Pobór energii w przypadku chłodzenia aktywnego porównywalny jest z typowym klimatyzatorem, ponieważ odbywa się ono z użyciem sprężarki.

Ogrzewanie powietrzną pompą ciepła

Wykorzystanie energii odnawialnej

Pompy ciepłą w Głogowie

Gruntowe pompy ciepła są dużo bardziej efektywne od innych urządzeń grzewczych, ponieważ wykorzystują energię odnawialną znajdującą się pod powierzchnią gruntu. To dzięki tej energii mogą one z 1 kW pobranego prądu oddać do instalacji centralnego ogrzewania w budynku do 6 kW energii grzewczej. Jak widać, oznacza to nawet 6-krotną oszczędność dla naszego budżetu domowego w stosunku do tradycyjnego ogrzewania elektrycznego np. mat grzewczych. Ciepło pod powierzchnią gruntu jest niewyczerpalne, ponieważ jego regeneracja przebiega na bieżąco. Najwyższą sprawność pompy ciepła grunt-woda osiągają przy zastosowaniu kolektorów pionowych, które umieszczane są w odwiertach sięgających nawet do 100 metrów głębokości. Spowodowane jest to tym, że temperatura panująca poniżej 20 metrów pod powierzchnią gruntu jest bardzo stabilna i wynosi średnio w ciągu roku około 10°C.

Żywotność pompy ciepła grunt-woda

Ogromną zaletą gruntowych pomp ciepła jest stabilność dolnego źródła, która ma wpływ na dłuższą żywotność tych urządzeń. Tego typu pompy ciepła najlepszych producentów mogą pracować bezawaryjnie nawet ponad 20 lat, co dodatkowo poprawia wskaźniki zwrotu z takiej inwestycji. Instalując tańsze urządzenie produkowane masowo, musimy liczyć się z częstszymi naprawami i koniecznością wcześniejszej wymiany. Dużo rozsądniej jest więc postawić na pompę ciepła sprawdzonego producenta i na doświadczonego instalatora, co przełoży się na dłuższą żywotność i sprawi, że początkowo droga inwestycja po wielu latach okaże się niezwykle opłacalna.

Czy pompa ciepła grzeje w czasie mrozów?

Wiele osób boi się, że gdy temperatura na zewnątrz bardzo spadnie, pompa ciepła wyłączy się i pozostaniemy bez ogrzewania. Tego typu obawy nie mają jednak logicznego uzasadnienia, ponieważ najlepsze pompy ciepła zaprojektowane zostały właśnie do pracy w czasie mrozów. W przypadku pomp gruntowych bardzo niskie temperatury nie stanowią żadnego problemu, ponieważ temperatura dolnego źródła zawsze jest bardzo stabilna, bez względu na to ile stopni ma aktualnie powietrze, które charakteryzuje się dużą zmiennością. Oczywiście największą efektywnością mogą pochwalić się urządzenia pracujące wraz z kolektorami pionowymi, ponieważ usytuowane są one na większych głębokościach, gdzie panują dużo wyższe temperatury niż w przypadku kolektorów poziomych umieszczonych niewiele poniżej strefy przemarzania gruntu.