Pompa ciepła w modernizowanym budynku – kiedy grzejniki, a kiedy podłogówka?

Pompa ciepła to urządzenie, które wykorzystuje technologię chłodniczą i energię elektryczną do ogrzewania i chłodzenia domów, firm i innych obiektów. Pompa ciepła składa się z trzech kluczowych komponentów – jednostki znajdującej się najczęściej poza domem, która odpowiada za ogrzewanie lub chłodzenie (tak zwane dolne źródło), systemu przesyłu, w którym znajduje się płyn zwany czynnikiem roboczym - pośredniczący w wymianie ciepła oraz jednostki wewnętrznej (górne źródło), która zazwyczaj znajduje się na ścianie lub w podłodze (grzejniki tradycyjne czy też ogrzewanie podłogowe) i doprowadza ciepłe lub chłodne powietrze do domu.

Warto wiedzieć, że na rynku dostępnych jest kilka rodzajów pomp ciepła. Ich typy określa się na podstawie dolnego źródła ciepła, czyli miejsca, z którego czerpie ona energię. W zależności od metody pozyskiwania oraz przekazywania energii wyróżnia się następujące rodzaje pomp ciepła - gruntowe, wodne i powietrzne.

1.Pompy ciepła gruntowe

Gruntowe pompy ciepła wykorzystują ciepło zawarte w ziemi. Ten rodzaj pomp bardzo dobrze funkcjonuje w naszych warunkach klimatycznych, zapewniając bezproblemowe ogrzewanie i chłodzenie domu – w zależności od pory roku. Rozwiązanie to ma jednak pewne minusy – gruntowa pompa ciepła wymaga bowiem do montażu poziomego kolektora gruntowego o znacznych rozmiarach bądź wykonania głębokich odwiertów pionowych. Przez to koszt całej inwestycji wzrasta. Na korzyść gruntowych pomp ciepła przemawia z kolei ich wysoka efektywność działania, dzięki czemu z powodzeniem mogą one stanowić jedyne źródło ogrzewania całego domu.

2.Wodne pompy ciepła

Pompy ciepła wodne dzielimy na dwa typy: woda-woda lub woda-powietrze. Działają one poprzez wydobywanie ciepła z wody i przekształcanie go w energię użytkową do ogrzewania domu. Wodne pompy ciepła wykorzystują szereg zanurzonych rur zawierających płyn roboczy do pochłaniania ciepła z rzeki, jeziora, dużego stawu lub odwiertu. Jest ono następnie zamieniane w ciepło użytkowe do ogrzewania pomieszczeń i gorącej wody poprzez sprężanie płynu roboczego, aby mógł on oddawać ciepło w wyższej temperaturze. Montaż wodnej pompy ciepła wymaga jednak dostępu do odpowiedniego rodzaju zasobów, przez co rozwiązanie to nie jest zbytnio popularne.

3.Powietrzne pompy ciepła

Ostatni typ pomp ciepła to pompy powietrzne. Mogą one działać jako system powietrze-woda lub powietrze-powietrze. Jak sama nazwa wskazuje, wykorzystują one energię zgromadzoną w powietrzu do ogrzewania budynków. Chociaż powszechnie wiadomo, że powietrze nie należy do najskuteczniejszych nośników ciepła, to jednak instalacja tego rodzaju pomp ciepła jest dużo prostsza, a przez to również tańsza niż w przypadku wymienionych wcześniej rodzajów pomp ciepła. Trzeba jednak mieć świadomość, że powietrzne pompy ciepła czasem nie są w stanie zaspokoić całkowitego zapotrzebowania danego gospodarstwa domowego na energię cieplną. W takiej sytuacji zachodzi konieczność montażu dodatkowej instalacji grzewczej w budynku.

Analizując z kolei górne źródło, możemy wyróżnić pompy ciepła typu:

• grunt-woda,
• woda-woda,
• woda-powietrze,
• powietrze-woda,
• powietrze-powietrze.

W przypadku pomp cieplnych gruntowych oraz wodnych w systemie źródła ciepła cały czas krąży ciecz. Zazwyczaj obecnie jest to roztwór glikolu, czyli wody pomieszanej ze środkiem, który chroni przed zamarzaniem. Dawniej częściej do tego zadania stosowano solankę. Wspominana ciecz pobiera ciepło z otoczenia – czyli z gruntu lub wód gruntowych i następnie transportuje je do pompy ciepła. Inaczej proces ten odbywa się w przypadku powietrznych pomp ciepła. W ich przypadku powietrze z zewnątrz zasysane jest przez wentylator, który następnie dostarcza ciepło z otoczenia bezpośrednio do pompy ciepła.

W kolejnym kroku wytworzone ciepło przekazywane jest do parownika, w którym umieszczony się czynnik chłodniczy. Charakteryzuje się on niską temperaturą wrzenia. Gdy czynnik ten zaczyna parować, to zostaje przekazany do sprężarki. Warto dodać, że w przypadku powietrznych pomp ciepła za ogrzanie czynnika chłodniczego odpowiada powietrze zewnętrzne.

Następnie czynnik chłodniczy w postaci skroplonej przekazywany jest do zaworu rozprężnego, gdzie kolejny raz zmniejszane jest jego ciśnienie i zachodzi zmiana stanu jego skupienia na ciekły. Tak wytworzone ciepło wykorzystywane jest finalnie w górnym źródle, czyli instalacji grzewczej do zasilania ogrzewania podłogowego, tradycyjnych grzejników lub ciepłej wody użytkowej. W trybie chłodzenia proces jest odwrócony – odprowadzane jest ciepło z domu i zwracane chłodne powietrze do środka.

Wraz z rosnącą popularnością wykorzystywania odnawialnych źródeł energii w domach, wielu inwestorów zaczęło zastanawiać się nad możliwością podłączenia pompy ciepła do istniejącej instalacji. Przy okazji modernizacji budynku kwestia ogrzewania jest niezwykle ważna i determinuje zakres prac, gdyż w przypadku wymiany instalacji grzewczej nie chodzi tylko o zakup pieca czy innego urządzenia. Ważny jest też system rozprowadzający ciepło po całym domu oraz grzejniki czy podłogówka.

Pompy ciepła mogą być zainstalowane w prawie każdym domu, jednak istnieją pewne względy, które mogą wymagać uwagi – w szczególności te dotyczące ocieplenia. Aby pompa ciepła działała w najbardziej efektywny sposób, dom musi być dobrze zaizolowany, aby zapobiec uciekaniu jak największej ilości ciepła. Budynek, który jest słabo ocieplony będzie wymagać większej pompy ciepła, aby nadrobić straty ciepła, a to z kolei może być bardziej kosztowne w montażu i eksploatacji.

W ocenie opłacalności całego przedsięwzięcia warto o pomoc poprosić wykwalifikowanego instalatora, który będzie w stanie doradzić, co należy zrobić w domu, aby był on odpowiedni dla systemu grzewczego z pompą ciepła. Może to obejmować modernizację ocieplenia ścian, izolację poddasza czy wymianę stolarki okiennej na modele z podwójnymi szybami. Jednak trzeba pamiętać, aby zakres zaplanowanych prac był stosunkowo łatwy do wykonania i przy tym nie podnosił znacząco kosztów całej inwestycji.

Inną kwestią są utrudnienia związane z miejscem planowanej instalacji pompy ciepła. Jak już wspomnieliśmy, w zależności od rodzaju źródła zewnętrznego, pompy potrzebują odpowiedniej przestrzeni do montażu. Gruntowe pompy ciepła są zazwyczaj trudniejsze do montażu w zmodernizowanych budynkach, których przydomowe ogrody są małe. Jeśli nie dysponujemy odpowiednią powierzchnią, to zamiast układania rur poziomo, będą one musiały być zainstalowane pionowo w wywiercanych w ziemi na znaczną głębokość otworach.

W przypadku instalacji pompy ciepła w zmodernizowanym budynku, którego architektura ogrodowa nie pozwala na wykonywanie zaawansowanych prac, warto rozważyć montaż powietrznej pompy ciepła. W przypadku tego typu rozwiązania również należy mieć na uwadze miejsce jej instalacji, gdyż ważna jest kwestia łatwego dostępu do urządzenia na czas prac serwisowych, czyszczenia czy przeglądów.

Decydując się na montaż pompy ciepła w zmodernizowanym budynku, wielu inwestorów zastanawia się, czy będzie mogło wykorzystać dotychczas używane grzejniki. Na tematycznych forach znaleźć można wiele wątków, w tym „jakie grzejniki do pompy ciepła wybrać”, „pompa ciepła a tradycyjne grzejniki” czy „grzejniki niskotemperaturowe do pomp ciepła”. Odpowiedzi na te pytania nie są jednak jednoznaczne.

Przykładowo w sytuacji, gdy górne źródło stanowi wodna instalacja ogrzewania, to wówczas nie ma praktycznie żadnych technicznych przeciwwskazań do tego, aby pompa mogła pracować z tradycyjnymi grzejnikami i to niezależnie od materiału, z jakiego są one wykonane. Natomiast w sytuacji próby podłączenia pompy ciepła do grzejników pracujących wcześniej z ogrzewaniem gazowym czy kotłem na paliwa stałe, może okazać się, że taki system nie będzie działał efektywnie. Dzieje się tak dlatego, iż niższa temperatura wody charakterystyczna dla pomp ciepła przy braku zwiększenia powierzchni grzewczej górnego źródła, może nie być w stanie ogrzać do preferowanej temperatury budynku.

Aby uniknąć takiego problemu, warto rozważyć wymianę tradycyjnych grzejników na ogrzewanie podłogowe lub doposażenie budynku w dodatkowe ścienne panele grzewcze. Wartą uwagi alternatywą dla tradycyjnych grzejników przy ogrzewaniu domu pompą ciepła są również grzejniki niskotemperaturowe. System działania grzejników nisko- i wysokotemperaturowych jest dokładnie taki sam: to woda krążąca wewnątrz grzejnika wytwarza ciepło. Główną różnicą pomiędzy tymi dwoma rodzajami grzejników jest temperatura wody.

W przeciwieństwie do tradycyjnych grzejników, których temperatura waha się między 60°C a 75°C, grzejniki niskotemperaturowe mają temperaturę wahającą się między 30°C a maksymalnie 50°C, co zbieżne jest z potrzebami pomp ciepła. Należy przy tym pamiętać, że w celu zapewnienia optymalnego komfortu cieplnego, grzejniki niskotemperaturowe są większe od ich tradycyjnych odpowiedników. Co równie istotne, stosunek żywotności do ceny dla tego typu ogrzewania jest bardzo wysoki, co czyni go szczególnie ekonomicznym medium grzewczym w porównaniu z grzejnikiem konwencjonalnym lub elektrycznym.

Pompy ciepła są bardzo wydajne przy produkcji letniej wody. Jednak, gdy temperatura wody wzrasta, wzrasta również zapotrzebowanie na energię elektryczną ‒ wówczas spada efektywność energetyczna i rosną koszty eksploatacji.

Oczywistym rozwiązaniem jest zastosowanie grzejników o dużej powierzchni lub dobrze zaprojektowanego ogrzewania podłogowego. Oba te rozwiązania mogą zapewnić wystarczające ciepło przy temperaturze wody znacznie niższej niż „gorąca” – czyli około 30 do 40°C przez większą część okresu grzewczego.

W tym tkwi jednak sedno problemu związanego z instalacją pomp ciepła w zmodernizowanych budynkach. W ich przypadku trudniej (i drożej) jest zaprojektować system emitujący ciepło (grzejniki lub podłogówkę), aby odpowiednio ogrzać niewystarczająco dobrze nieocieplony budynek ‒ zwłaszcza jeśli zastosujemy niskie temperatury wody, których wymagają energooszczędne pompy ciepła. Oczywiście problem ten jest eliminowany w przypadku zmodernizowanych budynków, w których podczas prac remontowych zadbano o wyeliminowanie strat ciepła w domu.

Warto również mieć na uwadze fakt, że konwencjonalne ogrzewanie zostało zaprojektowane z myślą o wysokiej wydajności na krótki okres czasu. Począwszy od hydraulików, aż po właścicieli domów, wszyscy jesteśmy przyzwyczajeni do „włączania ogrzewania” i szybkiego odczuwania komfortu cieplnego. Pompy ciepła pracują jednak znacznie lepiej przy niższych temperaturach wody i tu może pojawić się pewne rozczarowanie.

Podczas ustawiania wymaganych niskich temperatur wody należy wykazać się pewną cierpliwością, a także zaufaniem do systemu. Dzieje się tak dlatego, że instalacja grzewcza wyposażona w pompę ciepła będzie reagować powoli. Należy więc planować z wyprzedzeniem jej używanie, pozwalając na stopniowe nagrzewanie się budynku. Instalacja grzewcza z pompą ciepła pracująca w ten sposób może zużywać mniej energii niż system działający na zasadzie on/off.

Podczas prac modernizacyjnych w budynkach, gdy rozważamy możliwość montażu pompy ciepła, warto także pomyśleć o fotowoltaice. Ponieważ instalacje PV generują niemal darmowy prąd ze słońca, to energia ta może być wykorzystywana do zasilania pompy ciepła, zmniejszając tym samym zapotrzebowanie na energię elektryczną z sieci. System taki wpływa więc pozytywnie na poziom autokonsumpcji wytworzonej energii oraz znacząco obniża koszty utrzymania pompy ciepła.

Dodając do tego fakt, iż osoby zainteresowane tego typu rozwiązaniami mogą liczyć na pozyskanie różnych form dotacji, to tym bardziej montaż pompy ciepła wraz z fotowoltaiką podczas prac modernizacyjnych w budynku wydaje się być racjonalnym rozwiązaniem, które dodatkowo skracać będzie okres zwrotu z inwestycji w odnawialne źródła energii.

Na korzyść tego typu rozwiązania wpływa także fakt, iż ceny prądu stale rosną. Wytworzona w sieci PV energia elektryczna poza zasilaniem pompy ciepła, służyć nam może też do obsługi różnego rodzaju urządzeń domowych i oświetlania. W ten sposób zaoszczędzić można znaczne nakłady finansowe, pomimo tego, iż początkowa inwestycja wydawać nam się może kosztowna. Trzeba jednak pamiętać, że zarówno ogrzewanie domu pompą ciepła, jak i wytwarzanie prądu przez fotowoltaikę to projekty długofalowe, które przynoszą inwestorom maksimum korzyści wraz z upływem lat.