Pompa ciepła korzysta z ciepła otoczenia, jakim może być grunt, woda lub powietrze. Od wyboru dolnego źródła ciepła, zależą koszty inwestycji oraz eksploatacji. Dodatkowo wybór dolnego źródła może być podstawą do wyboru dodatkowych opcji, jak np. chłodzenie naturalne z wykorzystaniem chłodu gruntu lub wody.

1. Dolne źródła ciepła dla pomp ciepła
 Definicja dolnego źródła ciepła
 Rodzaje dolnych źródeł ciepła
 Dobór dolnego źródła ciepła
Wydanie 1/2012
20.11.2012
www.eko-blog.pl www.vaillant.pl

2. Przeznaczenie pompy ciepła – ogrzewanie
oraz chłodzenie budynku
 Pompa ciepła poza standardową
funkcją ogrzewania domu oraz
podgrzewania ciepłej wody użytkowej,
może służyć także do chłodzenia
pomieszczeń. Stanowi do więc
zasadniczą różnicę wobec kotłów
grzewczych, które pełnią jedynie funkcję
dostarczania ciepła.
 W zależności od typu pompy ciepła,
może ona pracować w trybie chłodzenia
aktywnego (z użyciem sprężarki) lub też
pasywnego (jedynie z wykorzystaniem
naturalnego chłodu gruntu).
 Dobór dolnego źródła ciepła musi także
uwzględniać kwestię ewentualnej pracy
pompy ciepła w trybie chłodzenia.
2

3. Definicja dolnego źródła ciepła
 Dolne źródło ciepła znajduje się po niższej „dolnej” stronie obiegu chłodniczego
pompy ciepła. Może być to grunt, woda lub powietrze, z którego pompa ciepła
odbiera ciepło.
 Ciepło odbiera czynnik
chłodniczy w obiegu chłodniczym,
który podgrzewając się
w parowniku, odparowuje.
dolne odbiór
źródło ciepła
ciepła
więcej o budowie
pompy ciepła
3

4. Rodzaje dolnych źródeł ciepła
 W praktyce istnieje wiele rodzajów dolnych źródeł ciepła pochodzenia
naturalnego, jak też pochodzących z procesów technologicznych (tzw. ciepło
odpadowe). Do najczęściej wykorzystywanych źródeł naturalnych należą:
Grunt Woda Powietrze
 W zależności od wybranego dolnego źródła ciepła, możliwa jest eksploatacja
pompy ciepła według jednego z trybów pracy:
Monowalentny / Monoenergetyczny
Monowalentny
Monoenergetyczny / Biwalentny
tryb eksploatacji
tryb eksploatacji tryb eksploatacji
4

5. Eksploatacja monowalentna, biwalentna
lub monoenergetyczna pompy ciepła
 W przypadku wyboru wody jako źródła ciepła, uzyskuje się wysoki potencjał
ciepła w okresie całego roku. Korzystne warunki pozwalają na monowalentny
tryb pracy pompy ciepła, a więc całkowicie samodzielny dostarczający 100%
ciepła niezbędnego dla ogrzewania budynku i podgrzewu ciepłej wody użytkowej.
 W przypadku zastosowania sond gruntowych, najczęściej również możliwy jest
monowalentny tryb pracy pompy ciepła. Dla kolektora poziomego o mniejszym
potencjale ciepła, może być konieczne zastosowanie monoenergetycznego
trybu pracy. W trybie monoenergetycznym, pompa ciepła korzysta z jednego
nośnika energii jakim jest energia elektryczna. Dodatkowym źródłem ciepła jest
najczęściej wbudowany elektryczny podgrzewacz przepływowy.
 W przypadku pomp ciepła typu powietrze/woda, konieczne jest wspomaganie
pracy pompy ciepła przy niskich temperaturach zewnętrznych. Wówczas można
zastosować tryb monoenergetyczny, albo biwalentny. W trybie biwalentnym
pompę ciepła wspomaga najczęściej kocioł grzewczy, który może pracować albo
równolegle z pompą ciepła, albo zamiennie (przy wyłączane z pracy pompie
ciepła).
5

6. Powietrze jako dolne źródło ciepła
 Pompa ciepła typu powietrze/woda
może być wyposażona w odrębne
jednostki: zewnętrzną i wewnętrzną.
 Jednostka zewnętrzna w przypadku
takich pomp, jak Vaillant geoTHERM
VWL S, zawiera w sobie wymiennik
ciepła i wentylator. Glikol odbiera ciepło
w jednostce zewnętrznej i oddaje
w jednostce wewnętrznej zabudowanej
w budynku (poprzez parownik).
 Takie rozwiązanie zmniejsza gabaryty
typowej pompy ciepła powietrze/woda
i eliminuje konieczność stosowania
kanałów powietrznych przechodzących
przez ściany budynku.
6

7. Woda jako dolne źródło ciepła
 Woda gruntowa stanowi pod względem
stabilności temperatury, bardzo
korzystny wariant dolnego źródła ciepła,
zapewniając temperaturę na poziomie
8÷10oC w okresie całego roku.
 Należy jednak wnikliwie ocenić
potencjał wód gruntowych, a także ich
jakość pod względem zanieczyszczeń.
 Minimalna odległość pomiędzy studnią
czerpalną i chłonną nie powinna być
mniejsza niż 15 metrów. Woda gruntowa
musi przepływać w swojej warstwie,
w kierunku studni chłonnej, a przewody
łączące studnie z pompą ciepłą należy
standardowo prowadzić poniżej granicy
zamarzania gruntu.
7

8. Sondy gruntowe jako dolne źródło ciepła
 Sondy pionowe powinny być wykonane
e z zachowaniem takich wymagań, jak:
„a” - zasilanie/powrót ze spadkiem
a
w kierunku od pompy ciepła do sondy
d gruntowej, w podłożu piaszczystym
ułożone na głębokości ok. 1 m;
odpowietrznik przy pompie ciepła,
b
„b” - minimalna odległość od fundamentu
c
budynku powinna wynosić 2 m,
„c” i „d - rura okładzinowa, stosowana
w przypadku luźnego materiału, o długości
ok. 6–20 m, średnica ok. 17 cm,
„e” - odległość od fundamentu
ogrodzenia 1,0 m.
8

9. Kolektor gruntowy jako dolne źródło ciepła
 Kolektor poziomy powinien być wykonany z zachowaniem takich wymagań, jak:
„a” - głębokość ułożenia rur min. 20 cm poniżej granicy zamarzania gruntu,
a więc około 1,2÷1,7 m w zależności od strefy klimatycznej kraju,
„b” – odległość od fundamentów budynku 1,5 m,
„c” – odległość od przyłączy wodociągowych i kanalizacyjnych 1,5 m,
„d” – odległość od
zewnętrznego skraju
d korony drzewa 0,5 m,
e
„e” – odległość
a
od fundamentu
ogrodzenia 1,0 m.
b
c
9

10. Jaką pompę ciepła wybrać, ze względu
na rodzaj dolnego źródła ciepła?
 Jaką pompę ciepła wybrać ze względu na rodzaj dolnego źródła ciepła?
 Jakimi kryteriami należy kierować się przy wyborze typu pompy ciepła?
10

11. Zmiana temperatury gruntu wraz
z głębokością – w zależności od pory roku
Lato Zima  Temperatura gruntu w jej górnych warstwach
jest ściśle powiązana z porą roku. Granica
zamarzania gruntu w zależności od strefy
klimatycznej wynosi około 1,0 do 1,5 metra.
 Od głębokości około 15 metrów, temperatura
gruntu pozostaje stabilna – niezmienna w okresie
całego roku. Dla pracy pompy ciepła stanowi to
korzystne źródło ciepła do pracy w sezonie
zimowym i jednocześnie źródło chłodu dla pracy
w okresie letnim w trybie chłodzenia naturalnego.
 Temperatura gruntu dopiero od około 50 metrów
głębokości wzrasta wskutek dopływu ciepła z głębi
Ziemi. W wyższych warstwach temperatura gruntu
wynika z warunków zewnętrznych – przede
wszystkim z nasłonecznienia i opadów
atmosferycznych.
Źródło: Leitfaden Erdwärme. BWP 2011
11

12. Poglądowe porównanie dolnych źródeł ciepła
 Przebieg rocznej temperatury dla wybranych dolnych źródeł ciepła, wskazuje
na największą stabilność temperaturową gruntu (100 m) oraz wód gruntowych
20
15
Temperatura [oC]
10
5 Grunt na głębokości 1 m
Średnia temperatura powietrza
Woda gruntowa
0
Wody powierzchniowe
Grunt na głębokości 100 m
-5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Miesiące
Źródło: Wärmepumpen-Testzentrum, wpz.ch
12

13. Wpływ temperatur roboczych i dolnego źródła
na efektywność pracy pompy ciepła
 Efektywność pracy pompy ciepła (wyrażona np. współczynnikiem COP) zależy
ściśle od zastosowanego dolnego źródła ciepła i temperatury roboczej po stronie
odbioru ciepła. Najkorzystniejsze pod tym względem są wody gruntowe i grunt.
Współczynnik efektywności COP
5,0
4,5
4,0 Wody gruntowe
Grunt
3,0
Powietrze
2,0
30 35 40 45 50 55
Maksymalna temperatura zasilania systemu grzewczego, oC
Źródło: RWE
13

14. Jaka pompa ciepła? Jakie dolne źródło ciepła?
 W zależności od rodzaju budynku możliwy jest wybór pompy ciepła…
Możliwy wybór rozwiązania
Największe możliwości wyboru pompy ciepła. Dla zapewnienia monowalentnego trybu pracy
pompy ciepła, najczęściej stosowany jest wariant sond pionowych lub kolektora gruntowego.
Nowy budynek
Kolektor gruntowy wymaga około 2-krotnie większej powierzchni terenu od powierzchni
wolnostojący ogrzewanej domu. Sondy pionowe wymagają mniejszej powierzchni terenu, a także
pozwalają na pracę pompy ciepła w trybie chłodzenia naturalnego (pasywnego).
W przypadku zbyt małej powierzchni posesji, zastosowanie mogą mieć sondy pionowe,
Nowy budynek zapewniając monowalentną (samodzielną) pracę pompy ciepła. Inną opcją może być pompa
szeregowy typu powietrze/woda z ewentualną opcją dodatkowego wspomagania pracy – najczęściej
przez wbudowany w pompie przepływowy podgrzewacz elektryczny.
W przypadku modernizacji systemu ogrzewania, kiedy wymianie podlega kocioł grzewczy,
Modernizacja zastosowanie może mieć pompa ciepła solanka/woda najczęściej pracująca w trybie
monoenergetycznym (wspomagana podgrzewaczem elektrycznym). Przy docieplaniu
ogrzewania budynku i wymianie instalacji grzewczej możliwy jest wariant samodzielnej (monowalentnej)
z wymianą kotła pracy pompy ciepła. Częstą praktyką jest zastosowanie pompy ciepła typu powietrze/woda,
co eliminuje trudne dla istniejącego otoczenia, prace ziemne.
Jeśli kocioł grzewczy i instalacja grzewcza, pozostają w dobrym stanie technicznym, to
Modernizacja częstą praktyką jest zastosowanie pompy typu powietrze/woda. Jej zastosowanie pozwala
ogrzewania bez obniżyć koszty ogrzewania (np. w przypadku kotła na olej opałowy lub gaz płynny), a sam
wymiany kotła kocioł przejmuje rolę szczytowego źródła ciepła wykorzystywanego dla zwiększonych potrzeb
cieplnych budynku (niskie temperatury zewnętrzne).
14

15. Porównanie dolnych źródeł ciepła
 Wybór dolnego źródła ciepła decyduje o kosztach inwestycji, efektywności pracy
pompy ciepła i tym samym kosztach eksploatacji, a także o dodatkowych opcjach
użytkowych – możliwości pracy w trybie chłodzenia naturalnego…
ZALETY WADY
 Znaczna zmienność temperatury
 Dostęp do medium (powszechność
 Niższa efektywność pracy pompy ciepła
Powietrze powietrza jako nośnika ciepła)
 Większe gabaryty pompy ciepła
atmosferyczne  Niższe koszty inwestycji
 Brak opcji chłodzenia naturalnego
 Brak prac ziemnych
 Konieczne wspomaganie pracy pompy
 Korzystna stabilność temperatury  Podwyższone koszty inwestycyjne
Kolektor  Niższy koszt inwestycji niż sond gruntowych  Wymagana powierzchnia działki
gruntowy  Przeważnie możliwa monowalentna praca  Wpływ na zagospodarowanie terenu
pompy  Brak opcji chłodzenia naturalnego
 Wysoka stabilność temperatury
 Wysokie koszty inwestycyjne
Sondy  Wysoka efektywność pompy ciepła
 Staranny dobór dla zapewnienia warunków
gruntowe  Możliwa opcja chłodzenia naturalnego
regeneracji poza sezonem grzewczym
 Możliwa monowalentna praca pompy
 Wysokie koszty inwestycyjne
 Najwyższa stabilność temperatury
 Konieczny wymiennik pośredni i dodatkowy
Wody  Najwyższa efektywność pompy ciepła
obieg pompowy
gruntowe  Możliwa opcja chłodzenia naturalnego
 Możliwe w przyszłości zmiany w gospodarce
 Możliwa monowalentna praca pompy
wodnej (zagrożenie dla funkcjonowania)
15

16. Ogrzewanie
Kotły gazowe
Chłodzenie Kotły olejowe
Pompy ciepła
Energia odnawialna
Kolektory słoneczne
Systemy wentylacji
www.eko-blog.pl www.vaillant.pl