Zobacz nasze inne serwisy:

Co wybrać, gruntowa czy powietrzna pompa ciepła?

Pytanie trudne, bo nie ma jednoznacznej odpowiedzi, gdyż zależy to od sposobu i miejsca eksploatacji.

Porównam te dwa rozwiązania pod względem technologii, kosztów zakupu i eksploatacji.

Technologia

Z technologicznego punktu widzenia zasada pracy obu urządzeń jest ta sama. Urządzenia pobierają ciepło z otoczenia i przekazują to ciepło do instalacji grzewczej. Żadne z urządzeń nie wytwarza ciepła. Układ chłodniczy dzięki któremu odbywa się pobór ciepła w obu pompach jest w zasadzie taki sam. Zasadnicza różnica polega na sposobie poboru ciepła z otoczenia. Gruntowa pompa ciepła pobiera ciepło z gruntu. Powietrzna pompa ciepła z powietrza atmosferycznego.

Oznacza to, że w gruntowej pompie ciepła jest kolektor ziemny składający się z sond gruntowych, poziomych, pionowych lub innych. Ilość i długość sond, zależy od wybranej technologii oraz mocy pompy ciepła. Kolektor ziemny służy do poboru ciepła z gruntu. Sama pompa ciepła montowana jest w pomieszczeniu węzła ciepła wewnątrz budynku. Kolektor ziemny schowany jest w gruncie stąd z zewnątrz budynku nie ma żadnych urządzeń ani instalacji. Jest to często ważny aspekt w przypadku budynków wolnostojących, gdyż instalacja nie jest narażona na kradzież czy uszkodzenie. Brak elementów zewnętrznych pozwala na lepsze rozplanowanie terenu wokół budynku oraz nie sprawia jakichkolwiek zakłóceń.

W przypadku powietrznej pompy ciepła na zewnątrz budynku montuje się agregat z wymiennikiem pobierającym ciepło z powietrza. Agregat należy zamontować w najbliższej odległości od budynku, na konstrukcji stojącej a grunt pod miejscem montażu należy odpowiednio przygotować. Pracujący agregat jest niewątpliwie źródłem hałasu, zależnie od modelu pompy ciepła oraz zależnie od producenta głośność pracy może się różnić. W trakcie cyklicznych okresów odszraniania wytwarza się znaczna ilość skroplin, które należy skutecznie odprowadzić. Oznacza to, że nie powinno się montować agregatu w miejscach, gdzie będzie ich utrudnione odprowadzenie. Agregat zewnętrzny należy cyklicznie czyścić, gdyż zabrudzenie powoduje ograniczenie wydajności oraz obniżenie sprawności pracy.

Koszt zakupu

Ze względu na różny sposób poboru ciepła występuje zasadnicza różnica w koszcie instalacji. Wykonanie kolektora ziemnego gruntowej pompy ciepła bardzo często kosztuje tyle samo co sama pompa ciepła. Przy powietrznej pompie ciepła tak wysokiego kosztu instalacji zwyczajnie nie ma. Natomiast koszt zakupu urządzeń tego samego producenta o tej samej mocy, czy to pompy powietrznej czy gruntowej, jest zbliżony.

Różnice w koszcie eksploatacji

Parametrem determinującym wydajność procesu pobierania ciepła przez pompę ciepła jest temperatura odparowania czynnika chłodniczego. W dużym uproszczeniu, im wyższa tym większa wydajność pracy. Kolektor ziemny, praktycznie cały sezon grzewczy, ma stałe warunki pracy. Temperatura odparowania czynnika chłodniczego wynosi około zera cały sezon. Oczywiście mam na myśli poprawnie wykonany kolektor oraz poprawnie dobraną pompę ciepła.

W szczycie sezonu grzewczego, gdy na dworze są najniższe temperatury pompa ciepła pracuje dłużej, ale temperatura odparowania się nie zmienia, bo nie zmienia się temperatura gruntu.

W przypadku powietrznej pompy ciepła temperatura odparowania zależy od temperatury zewnętrznej. Jest taka jak temperatura zewnętrzna. W rzeczywistości, ze względu na straty ciepła sprężarki, temperatura odparowania jest o kilka stopni wyższa niż temperatura zewnętrzna.

Podsumowując, w okresach, gdy temperatura zewnętrzna jest wyższa niż około minus dwa/trzy stopnie warunki do pracy powietrznej pompy ciepła są lepsze co skutkuje wyższą sprawnością oraz większą wydajnością w porównaniu do pompy gruntowej. W okresach, gdy temperatura zewnętrzna jest niższa niż około minus dwa/trzy stopnie warunki pracy powietrznej pompy ciepła są gorsze a przez to jest niższa jej sprawność oraz jednocześnie mniejsza wydajność w porównaniu do pompy gruntowej.

Ze względu na stałe warunki pracy w gruncie, sprawność gruntowej pompy ciepła jest praktycznie stała. Oznacza to, że średnia sprawność w całym okresie grzewczym jest stała.

W przypadku powietrznej pompy ciepła średnia wydajność w całym sezonie grzewczym jest wypadkową wyższej sprawności, gdy na dworze są temperatury powyżej minus dwa/trzy stopnie oraz niższej sprawności przy niższych temperaturach zewnętrznych.

Analiza rozkładu temperatur zewnętrznych dla wybranej lokalizacji pokazuje ilość godzin w roku o określonej temperaturze. Ministerstwo Infrastruktury i Budownictwa rejestruje odczyty z 61 stacji meterologicznych na terenie Polski z 30 lat. Mierzone i zapisywane temperatury co godzina dają podstawę do analizy rozkładu temperatur. Średnia tych temperatur pozwala na oszacowanie ilości godzin o danej temperaturze w całym roku. Zależnie od lokalizacji, godzin z temperaturami poniżej minus pięć jest więcej lub mniej. Przykładowo, w Warszawie średnio występuje 167 godzin w roku z temperaturą poniżej minus pięć stopni, w Poznaniu 314 a Białymstoku 625. Oczywiście są to dane uśrednione w długim 30 letnim okresie. Dane te wskazują jednak pewną prawidłowość w odniesieniu do całego sezonu grzewczego. Biorąc pod uwagę, że sezon grzewczy ma około siedmiu tysięcy godzin, widać że okres występowania niższych temperatur jest tylko małym fragmentem. Okres ten występuje, jest uciążliwy, ale jest krótki. Dlatego też, porównanie średnio rocznej wydajności pomp powietrznych z gruntowymi powinno robić się w skali całego sezonu grzewczego. Parametrem, który należy porównywać jest współczynnik sprawności sezonowej SCOP. Współczynnik sprawności chwilowej COP nie pozwala na miarodajne porównanie.

Link do arkusza z rozkładem temperatur Dane Klimatyczne - http://portpc.pl/arkusze/

Link do strony Ministerstwa - http://mib.gov.pl/2-Wskazniki_emisji_wartosci_opalowe_paliwa.htm

Podsumowanie – czyli co wybrać?

Niezależnie od rodzaju, dobrze dobrana pompa ciepła pozwoli na komfortowe ogrzanie budynku. Oba rodzaje pomp ciepłą pracują w oparciu o taką samą technologię różniąc się jedynie sposobem poboru ciepła. Gruntowe pompy ciepła oferują stałą, około 10% wyższą średnioroczną sprawność w porównaniu z powietrznymi pompami ciepła. Powietrzne pompy ciepła charakteryzują się zmienną sprawnością, ale ostatecznie w skali roku jedynie o około 10% niższą od pomp gruntowych. Koszt montażu powietrznych pomp ciepła jest niższy a oszczędność na inwestycji pozwala na skompensowanie nieznacznie wyższych kosztów eksploatacji na wiele lat.

To który rodzaj wybrać? Kierując się zasadą racjonalizacji, czyli wyboru rozwiązania o najniższej sumie kosztów: inwestycja plus dziesięcioletnie koszty eksploatacji doradzam klientom by w przypadku budynków o szczytowym zapotrzebowaniu cieplnym poniżej 10 kW rozważyć jedynie powietrzną pompę ciepła. Przy mocach w zakresie 10-15 kW proponuje oba rodzaje jako równorzędne pozostawiając decyzje klientowi. Przy większych mocach sugeruje pompy gruntowe.

Innym ważnym kryterium wyboru jest rodzaj eksploatacji. Gdy użytkownikiem jest instytucja bądź firma, czyli gdy w nocy nie ma konieczności utrzymywania komfortowych wyższych temperatur rozsądnie jest rozważyć powietrzną pompę ciepła niezależnie od mocy. Nocne obniżenie temperatury wewnątrz budynku, gdy na zewnątrz są najniższe temperatury dobowe znacząco zmniejszy zapotrzebowanie a przez to poprawi warunki pracy pompie ciepła. Minimalizujemy w ten sposób najniekorzystniejsze okresy pracy przy znaczącym obniżeniu kosztu inwestycji. Zaoszczędzone na inwestycji środki przedsiębiorcy pomnożą skuteczniej niż większe oszczędności na eksploatacji.

Zakończenie

W ostatnich latach obserwujemy dynamiczny rozwój technologii pomp ciepła. Szczególnie powietrznych pomp ciepła. Sprawność powietrznych pomp ciepła znacząco się zwiększa co przy niższych kosztach instalacji, przy szybszym i mniej uciążliwym montażu staje się powoli podstawowym rozwiązaniem. Odpowiadając na postawione pytanie który rodzaj pompy wybrać powtórzę – to zależy.