Inż. Michał Anioła

Autor wpisu: inż. Michał Anioła – absolwent Wydziału elektrycznego Politechniki Poznańskiej, zajmujący się energetyką. Specjalizuje się w odnawialnych źródłach energii, w tym pompach ciepła i panelach słonecznych. Prywatnie miłośnik nowych technologii i polskiej historii.

Pompa ciepła zamontowana blisko wejścia do domu

Gruntowa pompa ciepła – jak działa system i czy się opłaca

Wyróżnia się trzy rodzaje pomp ciepła: powietrzną, wodną i gruntową. Różnicuje je zasada działania, poziom efektywności, sposób montażu, a także cena. Opłacalnym i często wybieranym ekologicznym urządzeniem jest gruntowa pompa ciepła. Jak działa i dlaczego warto zdecydować się na jej zakup? Odpowiedzi na te i inne pytania znajdziesz w poniższym opracowaniu.

Jak działa pompa ciepła? Jakie są rodzaje pomp ciepła?

Pompa ciepła to innowacyjne urządzenie, które do pozyskiwania ciepła wykorzystuje odnawialne źródła energii. W zależności od wykorzystywanego zasobu wyróżnia się pompy ciepła powietrzne, wodne i gruntowe. 

Różnią się one systemem pobierania ciepła ze środowiska, ale ich sposób działania jest bardzo podobny. W największym uproszczeniu zasada działania pompy ciepła polega na pobieraniu energii cieplnej z otoczenia (powietrza, gruntu lub wody), a następnie przekazywaniu go do instalacji grzewczej i odbiorników ciepła. 

Działanie pompy w ponad 75% oparte jest o darmową energię pozyskaną z naturalnych zasobów, a pozostałe około 25% to niezbędne zasilanie energią elektryczną. Aby działanie pompy ciepła w budynku było jeszcze bardziej opłacalne, warto zainwestować środki w panele fotowoltaiczne. Dostarczając darmową energię elektryczną z OZE (odnawialnych źródeł energii), sprawisz, że produkcja energii cieplnej będzie praktycznie bezkosztowa.

Czym jest gruntowa pompa ciepła?

Gruntowa pompa ciepła to nowoczesne i zaawansowane urządzenie grzewcze, które nie produkuje ciepła, a pozyskuje je z gruntu. Po pobraniu jest ono doprowadzone do budynku, w którym po przetworzeniu może być wykorzystane do ogrzewania oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej. Cały system grzewczy składa się z trzech elementów:

  • dolnego źródła ciepła – jego zadaniem jest pobieranie energii cieplnej z gruntu,
  • pompy ciepła – jej zadaniem jest umożliwienie przepływu energii pomiędzy dolnym i górnym źródłem ciepła,
  • górnego źródła ciepła – jest ono odpowiedzialne za rozprowadzanie ciepła w budynku.

Gruntowa pompa ciepła jest systemem o wysokiej wydajności i dużej stabilności. Wynika to z pozyskiwania energii cieplnej z gruntu, w którym znajdują się jej duże pokłady. Grunt nie jest również tak podatny na zmianę temperatury, jak np. powietrze, dlatego tego rodzaju pompy doskonale radzą sobie nawet mimo wysokich mrozów. 

Jaka jest zasada działania gruntowej pompy ciepła?

Działanie gruntowej pompy ciepła jest uwarunkowane umieszczeniem pod powierzchnią ziemi wymiennika gruntowego, mającego postać rur wykonanych z tworzywa sztucznego. Lokuje się go na określonej wysokości, która zależy od typu systemu. Wyróżnia się wymienniki poziome i pionowe. Aby je zamontować, konieczne jest wykonanie odwiertów. Te elementy wypełnia się mieszanką wody i płynu niezamarzającego, np. alkoholu lub glikolu. 

Płyn krąży w zamontowanych pod ziemią rurach i ogrzewa się, odbierając ciepło z ziemi. Następnie przekazywany jest on do wymiennika ciepła w pompie. Na tym etapie następuje przekazanie zdobytej energii cieplnej do czynnika chłodzącego, który wskutek podgrzania zmienia stan skupienia z cieczy w parę. W takiej postaci trafia on do sprężarki, w której jego temperatura zostaje ponownie podniesiona. Ostatni etap polega na oddawaniu ciepła przez gorącą parę do systemu ogrzewania podłogowego lub grzejników, a także do zasobnika w celu podgrzania wody użytkowej.

Na czym polega zamknięty obieg czynnika roboczego w gruntowej pompie ciepła?

Pompa ciepła gruntowa działa na podstawie zasad fizyki. W skrócie można powiedzieć, że ideą funkcjonowania układu jest krążenie czynnika roboczego w zamkniętym obiegu, w którym zmienia on cały czas swój stan skupienia. Po odebraniu ciepła trafia on do sprężarki, gdzie podnoszona jest jego temperatura i następuje zamiana cieczy w gaz. 

W takiej postaci czynnik kierowany jest do drugiego wymiennika, w którym oddaje ciepło. Na tym etapie nadal ma on wysokie ciśnienie, dlatego następuje proces rozprężania, pozwalający na zmniejszenie nie tylko ciśnienia, ale i temperatury. Czynnik wraca w związku z tym do ciekłego stanu skupienia. Proces ten powtarza się na okrągło, warunkując prawidłowe działanie całego układu.

Jakie są najważniejsze zalety gruntowych pomp ciepła?

Skoro wiesz już, jak działa gruntowa pompa ciepła, warto zwrócić uwagę na to, czy jej działanie jest opłacalne. Na rynku dostępne są także inne modele urządzeń, dlatego warto dowiedzieć się, czy wybór konkretnego będzie właściwy i bardziej opłacalny. 

Najważniejszą zaletą tej odmiany pompy ciepła jest jej wysoka wydajność wynikająca ze stabilnej temperatury gruntu nawet podczas gwałtownych spadków temperatury. Pompa gruntowa zapewnia również niskie koszty eksploatacji, stanowiąc najtańszy system grzewczy na rynku. Pozostałe zalety to: 

  • możliwość połączenia z instalacją fotowoltaiczną – dzięki temu pompa ciepła nie generuje prawie żadnych kosztów; 
  • uniwersalność – pompę można zamontować praktycznie na każdym gruncie, zarówno w nowych, jak i modernizowanych budynkach;
  • wysoki komfort użytkowania – urządzenie działa w sposób bezobsługowy i zautomatyzowany;
  • ekologiczność – to rozwiązanie pozwalające obniżyć emisję szkodliwych związków do atmosfery;
  • pełne bezpieczeństwo – wynika ono z braku zagrożenia wybuchem (które pojawia się przy kotłach gazowych). 

Warto również zwrócić uwagę na możliwość skorzystania z dofinansowania na zakup urządzenia. To pozwala zmniejszyć koszt całej inwestycji i zyskać stabilne, ekologiczne źródło ogrzewania. 

Jakie są rodzaje gruntowych pomp ciepła?

Gruntowe pompy ciepła różnicuje się ze względu na wykorzystany w instalacji rodzaj wymiennika ciepła. Na rynku dostępne są różne modele, jednak najpopularniejsze są kolektory pionowe i poziome. Wybór konkretnej opcji zależy od kilku czynników, które warto przeanalizować przed podjęciem ostatecznej decyzji. Warto również mieć świadomość podstawowych różnic pomiędzy tymi dwoma rodzajami gruntowej pompy ciepła. Zostały one zaprezentowane w poniższej tabeli.

Pionowy kolektor gruntowyPoziomy kolektor gruntowy
Montowany na głębokości do 100 m pod ziemią.Układany jest tuż pod ziemią, na głębokości około 1 m.
Wykonuje się kilka odwiertów, w których umieszcza się rury.Rury rozprowadzane są pionowo obok siebie. Nie ma konieczności dokonywania odwiertów.
Zajmuje niewielką powierzchnię działki.Zajmuje sporą ilość przestrzeni na działce.
Potrzebne jest pozwolenie administracyjne.Pozwolenie administracyjne nie jest niezbędne.

Jak działa gruntowa pompa ciepła z kolektorem poziomym, a jak z pionowym?

Jeśli zdecydujesz się na zakup pompy ciepła z kolektorem poziomym, konieczne będzie ułożenie rur w ziemi poniżej poziomu przemarzania. Rury umieszcza się w wykopie i prowadzi do wężownicy, z zachowaniem odstępów między sąsiadującymi odcinkami. Bardzo ważne jest to, że pompa ciepła gruntowa pozioma uzyskuje większą ilość energii, gdy jest umieszczona na większej powierzchni gruntu, a nie wtedy, kiedy długość rur jest większa. Dlatego też kluczem do prawidłowego działania pompy ciepła jest zaprojektowanie wymiennika gruntowego o odpowiedniej wielkości. 

Drugą opcją jest wybór pompy ciepła z kolektorem pionowym, która osiąga wyższy współczynnik wydajności COP, czyli efektywności. Wynika to z faktu, że 10 metrów pod ziemią i głębiej temperatura gruntu przez cały rok wynosi mniej więcej 10 stopni i jest to wartość stabilna. Pompa ciepła pionowa działa w bardziej efektywny sposób, jednak jej instalacja wiąże się z większym nakładem finansowym, wynikającym z konieczności wiercenia odwiertów na rury. W przypadku pionowej pompy ciepła przed montażem należy wykonać badanie gruntu, które pozwoli uzyskać informacje na temat tego, jaka w danych odcinkach jest średnia wartość współczynnika przewodzenia ciepła. Wiedza na ten temat na duży wpływ na prawidłowe działanie tego typu pompy. 

Co zrobić, żeby gruntowa pompa ciepła działała w prawidłowy sposób?

Prawidłowe i wydajne działanie gruntowej pompy ciepła to coś, czego oczekuje każdy właściciel budynku, decydujący się na jej montaż. Oprócz wymienionych wyżej elementów związanych z wyborem modelu z pionowym lub poziomym wymiennikiem ciepła należy zwrócić uwagę również na bardziej ogólne parametry. Po pierwsze urządzenie należy dobrać odpowiednio do konkretnego budynku i jego wymagań. Ważna jest liczba mieszkańców, a także to, za co pompa ciepła ma odpowiadać. 

Do ogrzewania wyłącznie wody do odbiorników ciepła przeznaczona będzie urządzenie o innej mocy, niż takie, która ma również zapewnić dostęp do wody użytkowej. Moc pompy nie może być także zbyt duża ani zbyt mała. Pierwszy wariant sprawi, że nigdy nie uzyska ona odpowiedniej wydajności, a drugi, że zawsze będzie działać na najwyższych obrotach. W obu przypadkach pojawi się ryzyko awaryjności nieprawidłowo dobranego urządzenia. 

Duże znaczenie ma także dopasowanie pompy do preferowanego sposobu ogrzewania. Pompa ciepła gruntowa może współpracować zarówno z systemem podłogowym, jak i z grzejnikami. Kluczowe jest jednak rozróżnienie na nisko i wysokotemperaturowe działanie. Przy ogrzewaniu podłogowym temperatura wody jest niższa i wynosi ok. 28-40°C, co wskazuje na niskotemperaturowe działanie. Natomiast w przypadku ogrzewania centralnego, woda zasilająca cały układ ma temperaturę 35-60°C, co warunkuje wysokotemperaturowe działanie pompy.

Podsumowanie

Gruntowa pompa ciepła to nowoczesne i bardzo wydajne urządzenie, oferujące możliwość pozyskiwania ciepła z otoczenia w ekologiczny i tani sposób. W zależności od preferencji możesz wybrać pionowy lub poziomy typ gruntowej pompy. Oba są bardzo efektywne. Różnicują je jednak sposób działania i koszty montażu. Wybierając gruntową pompę, należy zwrócić uwagę na to, by dopasować jej moc i inne parametry do zapotrzebowania energetycznego budynku. Dlatego też warto skorzystać z pomocy specjalistów, którzy pomogą wybrać najlepsze urządzenie do indywidualnego przypadku. Ważny jest także odpowiedni montaż, który jest gwarancją prawidłowego działania urządzenia.

DUNEKO oferuje także pompy ciepła powietrze – woda które są o wiele tańsze i łatwiejsze w montażu a dzięki rozwoju nauki i nowych technologii, niemal tak samo wydajne jak gruntowe pompy ciepła. Mamy 100 % skuteczności w realizacji dofinansowania, dlatego zapraszamy do kontaktu – słuchając polskich rodzin, dzielimy się ciepłem. 

Profesor Zwyczajny Andrzej J. Nowak

Autorski nadzór merytoryczny nad artykułami prowadzi Profesor Zwyczajny Andrzej J. Nowak – Przedstawiciel Polski w EUROTHERM Committee Unii Europejskiej z Zakładu Przepływu Ciepła i Energetyki Jądrowej, profesor Politechniki Śląskiej cytowany według Google Scholar 3437.

Prof. dr hab. inż. Andrzej J. Nowak specjalizuje się w modelowaniu matematycznym procesów przepływu ciepła, numerycznej mechanice płynów, sprzężonych procesach transportu ciepła i masy, procesach zmiany fazy, problemach odwrotnych w wymianie ciepła, procesach wymiany biociepła, równaniach stanów gazów rzeczywistych, pompach ciepła i zastosowaniach strumienic w chłodnictwie, równowadze chemicznej w roztworach czynników rzeczywistych.

Biografia, przebieg pracy i osiągnięcia naukowe:
Profesor zwyczajny, Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej, od października 2007. Ponadto profesor zwyczajny, Uniwersytet Neapolu „Parthenope”, od czerwca 2019,
Profesor nadzwyczajny tytularny, Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej, od maja 2005,
Cytowalność prac Profesora Andrzeja J.Nowaka wynosi 2452 na podstawie Google Scholar.
Profesor nadzwyczajny, Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskie, 1 maja 2003 – 4 kwietnia 2005
Profesor wizytujący, Wessex Institute of Technology.
Współorganizator i organizator międzynarodowych konferencji naukowych w tym: Europejskiej Konferencji Nauk-termalnych European Thermal-Sciences Conference zorganizowanej pod auspicjami Komitetu EUROTHERM, 19-23 czerwca 2016, Kraków, Polska.

Zobacz film i dowiedz się więcej

Zobacz również

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *