Gruntowa pompa ciepła nie produkuje ciepła z energii elektrycznej. Pobiera energię zgromadzoną w gruncie i przekazuje ją do instalacji ogrzewania budynku. Działa podobnie jak odwrócona lodówka, a sprężarka podnosi temperaturę czynnika chłodniczego do poziomu użytecznego dla ogrzewania domu.
Czym jest gruntowa pompa ciepła?
System składa się z dwóch współpracujących części. Dolne źródło znajduje się w gruncie i odbiera z niego energię cieplną. Może nim być kolektor poziomy albo kolektor pionowy umieszczony w odwiertach. Górne źródło to instalacja w budynku, na przykład ogrzewanie podłogowe, grzejniki oraz zasobnik ciepłej wody użytkowej.
Temperatura gruntu zmienia się wolniej niż temperatura powietrza. Na odpowiedniej głębokości pozostaje dodatnia także zimą, dlatego pompa może pracować stabilnie podczas mrozów. Jej efektywność opisuje współczynnik COP, czyli stosunek ilości oddanego ciepła do zużytej energii elektrycznej. W określonych warunkach dla gruntowych pomp ciepła COP może wynosić około 4–5, ale rzeczywista wartość zależy między innymi od temperatury zasilania i projektu instalacji.
Jak działa gruntowa pompa ciepła?
Ciepło z gruntu trafia do pompy za pośrednictwem dolnego obiegu. W rurach kolektora krąży solanka, czyli mieszanina wody i płynu niezamarzającego, najczęściej glikolu. Solanka odbiera energię z ziemi, a następnie przekazuje ją czynnikowi chłodniczemu w wymienniku ciepła.
Wewnętrzny obieg pompy jest zamknięty. Czynnik chłodniczy krąży kolejno przez parownik, sprężarkę, skraplacz i zawór rozprężny:
- Parowanie – w parowniku czynnik chłodniczy odbiera ciepło od solanki. Ponieważ ma niską temperaturę wrzenia, przechodzi ze stanu ciekłego w gazowy.
- Sprężanie – sprężarka zasysa gaz i zwiększa jego ciśnienie. W rezultacie wyraźnie rośnie również temperatura czynnika. To właśnie sprężarka zużywa energię elektryczną potrzebną do przenoszenia ciepła.
- Skraplanie – gorący czynnik trafia do skraplacza, gdzie oddaje energię wodzie krążącej w instalacji grzewczej. Po przekazaniu ciepła skrapla się i wraca do postaci cieczy.
- Rozprężanie – zawór rozprężny obniża ciśnienie i temperaturę czynnika. Schłodzony czynnik trafia ponownie do parownika, a cykl zaczyna się od początku.
W ten sposób pompa przekazuje ciepło do ogrzewania podłogowego, grzejników lub zasobnika ciepłej wody użytkowej. Im niższej temperatury wymaga górne źródło, tym łatwiej urządzeniu pracować z wysoką efektywnością. Z tego powodu pompy gruntowe często łączy się z ogrzewaniem płaszczyznowym.
Dolne źródło – kolektor poziomy czy pionowy?
Kolektor poziomy układa się zwykle na głębokości około 1,2–1,5 m. Rury zajmują dużą powierzchnię działki, ale wykonanie wykopów jest zazwyczaj prostsze niż wiercenie głębokich otworów. Wydajność takiego rozwiązania zależy między innymi od rodzaju gruntu. Wilgotny grunt przewodzi ciepło lepiej niż suchy piasek, dlatego warunki geologiczne trzeba uwzględnić w projekcie.
Kolektor pionowy tworzą sondy umieszczone w odwiertach sięgających zwykle kilkudziesięciu metrów, często około 70–100 m. Zajmuje mniej miejsca na powierzchni, a temperatura gruntu na większej głębokości jest bardziej stabilna. Odwierty zwiększają jednak koszt inwestycji i wymagają przygotowania dokumentacji.
| Cecha | Kolektor pionowy | Kolektor poziomy |
|---|---|---|
| Zajmowana powierzchnia | Niewielka, potrzebne jest miejsce na rozmieszczenie odwiertów | Duża, ponieważ rury układa się na powierzchni działki |
| Koszt inwestycji | Zwykle wyższy ze względu na odwierty i sprzęt wiertniczy | Zwykle niższy, choć wymaga większego zakresu robót ziemnych |
| Inwazyjność dla działki | Ograniczona po zakończeniu wiercenia, ale wymaga prac geologicznych | Większa podczas wykopów i zagospodarowania terenu |
| Stabilność temperatury | Wyższa, ponieważ temperatura głębszych warstw gruntu zmienia się wolniej | Nieco niższa, ponieważ kolektor reaguje na sezonowe wychłodzenie gruntu |
| Wymagania formalne | Odwierty głębsze niż 30 m podlegają wymaganiom wynikającym z Prawa geologicznego i górniczego | Zwykle nie wymaga dokumentacji związanej z głębokim odwiertem |
Przy odwiertach głębszych niż 30 m trzeba sprawdzić aktualne wymagania formalne, w tym konieczność przygotowania projektu robót geologicznych i dokonania zgłoszenia właściwemu organowi. Zakres procedury może zależeć także od lokalizacji działki oraz jej ochrony przyrodniczej.
Kiedy warto wybrać gruntową pompę ciepła?
To rozwiązanie najlepiej pasuje do inwestycji, w których można prawidłowo zaprojektować dolne źródło i zaakceptować wyższy koszt początkowy. Kolektor poziomy wymaga dużej, niezabudowanej powierzchni. Kolektor pionowy sprawdzi się na mniejszej lub nieregularnej działce, ale wymaga odwiertów i specjalistycznych prac.
Przed podjęciem decyzji trzeba obliczyć zapotrzebowanie budynku na ciepło, ocenić grunt i dobrać długość kolektora. Niedoszacowane dolne źródło może obniżyć temperaturę solanki i pogorszyć pracę całego systemu. Nie należy też zakładać, że sama pompa będzie tania w eksploatacji niezależnie od budynku, ponieważ znaczenie mają izolacja, temperatura zasilania i sposób użytkowania instalacji.
Najważniejsze argumenty za i przeciw przedstawiają się następująco:
- Stabilna praca – temperatura gruntu zmienia się mniej niż temperatura powietrza, więc urządzenie zachowuje przewidywalne warunki pracy przez cały sezon.
- Cicha instalacja – system nie potrzebuje zewnętrznej jednostki z wentylatorem, a sprężarka znajduje się zwykle wewnątrz budynku.
- Możliwość współpracy z fotowoltaiką – własna produkcja energii może ograniczyć zakup prądu potrzebnego do pracy sprężarki.
- Wyższy koszt początkowy – szczególnie gdy dolne źródło wymaga kilku głębokich odwiertów.
- Wymagania dotyczące działki – kolektor poziomy zajmuje znaczną powierzchnię, a przy sondach pionowych trzeba zachować właściwe rozmieszczenie odwiertów.
Gruntowa pompa ciepła ma sens wtedy, gdy projekt obejmuje nie tylko wybór urządzenia, lecz także analizę budynku, gruntu i instalacji grzewczej. Jej działanie opiera się na transporcie energii: dolne źródło pobiera ciepło, sprężarka podnosi jego parametry, a górne źródło przekazuje je do domu.
