W ostatnich latach na znaczeniu zyskują nowe technologie proekologiczne w przemyśle budowlanym. Zagadnienia te dotyczą szczególnie wykorzystania naturalnego ciepła zmagazynowanego w gruncie, do którego pozyskania można wykorzystać instalację określaną jako pompa ciepła.
Instalacja grzewcza z pompą ciepła składa się z trzech zasadniczych części
· źródła dolnego,
· węzła cieplnego, którego najważniejszym elementem jest pompa ciepła,
· źródła górnego.
Źródło górne grzeje pomieszczenia – to podłogówka, grzejniki lub jedno i drugie. Energię cieplną dostarcza do źródła górnego pompa ciepła. Jest to energia pobierana przez pompę ciepła z powietrza, wody lub gruntu za pomocą instalacji nazywanej źródłem dolnym. Fachowcy twierdzą, że nie pompa ciepła, lecz źródło dolne decyduje o jakości całego systemu grzewczego.
Rys. Ogólny schemat systemu ogrzewania z pompą ciepła
Pompa ciepła to urządzenie, które odbiera ciepło z tzw. dolnego źródła ciepła o stosunkowo niskiej – ale optymalnie stałej – temperaturze (powietrza, gruntu, wody) i przekazuje do górnego źródła ciepła o stosunkowo wysokiej temperaturze (instalacje CO, CWU). Odbywa się to kosztem doprowadzonej energii elektrycznej użytej do napędu sprężarki. Sposób działania pompy ciepła można najlepiej porównać ze sposobem, w jaki działa lodówka. Podczas gdy lodówka zabiera ciepło z produktów spożywczych, oddając je niewykorzystane do pomieszczenia, pompa ciepła pobiera ciepło z otoczenia – a więc np. z gruntu – oddając je do systemu grzewczego.
Pompy ciepła pozyskują naturalną energię z gruntu, wód gruntowych i powietrza, a tym samym znaczne zmniejszają koszty ogrzewania. Nie emitują żadnych zanieczyszczeń i działają skutecznie nawet przy bardzo niskich temperaturach zewnętrznych. Pompy ciepła pozyskują do 75% potrzebnej energii wprost z otoczenia. Tylko 25% energii trzeba zakupić w postaci energii elektrycznej. Jest to energia niezbędna do działania pompy ciepła. Urządzenia te sprawdzają się zwłaszcza w instalacjach z ogrzewaniem podłogowym i grzejnikami o niskiej temperaturze zasilania.
Ponieważ pozyskiwana jest „darmowa energia” odnawialna z dolnego źródła, efektywność pompy ciepła waha się w granicach od 2,5 do 6. Oznacza to w praktyce, że 1 kW energii elektrycznej włożonej do napędu pompy ciepła pozwala na uzyskanie od 2,5 do 6 kW energii cieplnej w górnym źródle ciepła.
Miarą efektywności pompy ciepła są współczynniki COP oraz SPF, określające ile energii zostało oddane przez urządzenie w stosunku do ilości energii dostarczonej (prądu). Współczynnik COP (Coefficient Of Performance) określa chwilową efektywność urządzenia w warunkach ustalonych. Do oceny całorocznej efektywności pracy urządzenia stosowany jest współczynnik sezonowy SPF (Seasonal Performance Factor). Wartość tego współczynnika opisuje efektywność pompy w ciągu całego roku uwzględniając zmiany temperatury zewnętrznej, zmienne zapotrzebowanie na ciepło i c.w.u. w warunkach rzeczywistych i jest bliższa rzeczywistej efektywności pracy urządzenia.
25% energii elektrycznej(Qe), np. 3kW
+
75% darmowej energii: z ziemi, wody lub powietrza, np. 9kW
=
100% zapotrzebowania energetycznego budynku(Q): 3kW+9kW=12kW
COP=Q:Qe, gdzie Q- uzyskiwna moc cieplna, Qe- moc pobrana z sieci elektrycznej,
czyli: COP=12kW: 3kW= 4
Pompa ciepła wykorzystuje energię elektryczną jako energię napędu. Podnosi temperaturę czynnika roboczego do wyższej wartości, pozwalając na praktyczne zastosowanie zawartego w nim ciepła pobranego z otoczenia. Efektywność instalacji pompy ciepła jest uzależniona również od warunków, w jakich funkcjonuje. Im mniejsza różnica między temperaturami dolnego i górnego źródła, tym bardziej wydajna jest pompa ciepła, a współczynnik COP wyższy. Na skuteczność pompy wpływają także lokalizacja oraz warunki atmosferyczne panujące zimą.
Porównując dane katalogowe różnych producentów należy zwrócić uwagę, aby współczynniki COP podane były dla tych samych warunków eksploatacji (temperatury robocze systemu grzewczego oraz temperatura solanki na wyjściu z odwiertów dla pomp gruntowych lub temperatura zewnętrzna dla pomp powietrznych). Niższa wartość COP i SPF skutkować będzie większym poborem energii elektrycznej dla uzyskania takiej samej mocy grzewczej/chłodniczej. Tak więc im wyższy jest współczynnik COP i SPF, tym niższe koszty eksploatacji ponosi użytkownik.
Istotne znaczenie dla efektywności całego systemu ma współdziałanie wszystkich elementów (uzyskanie dostępu do gruntu, optymalne instalacje wewnętrzne, niewielka różnica temperatur). Wysoką efektywność można zatem uzyskać wyłącznie dzięki starannemu, fachowemu projektowaniu i wykonaniu instalacji.
Pompa ciepła nie jest większa od konwencjonalnego kotła gazowego i z reguły ustawia się ją w pomieszczeniu technicznym, garażu lub w piwnicy, dzięki czemu odgłosy pracy, których głośność oscyluje na poziomie lodówki, są ledwie słyszalne.