Czym różni się pompa ciepła powietrze-woda od gruntowej?

Czym różni się pompa ciepła powietrze-woda od gruntowej? Kompleksowe porównanie i wskazówki dla inwestora.

Nowoczesne systemy grzewcze coraz częściej opierają się na odnawialnych źródłach energii. Wśród najpopularniejszych rozwiązań, pozwalających nie tylko ogrzewać budynek, ale często także przygotowywać ciepłą wodę użytkową, a nawet chłodzić pomieszczenia latem, znajdują się pompy ciepła. Jednak wybór odpowiedniego typu może być dla wielu osób sporym wyzwaniem. Czym różni się pompa ciepła powietrze-woda od gruntowej? To pytanie kluczowe dla każdego, kto rozważa tę inwestycję. W tym artykule przyjrzymy się bliżej obu technologiom, porównamy ich działanie, koszty, wymagania instalacyjne i wydajność, aby pomóc Ci podjąć świadomą decyzję.

Podział pomp ciepła i skąd czerpią energię?

Zasadniczo wyróżniamy trzy podstawowe rodzaje pomp ciepła, klasyfikowane głównie według źródła, z którego pobierają energię cieplną: gruntowe, wodne i powietrzne. Jak sama nazwa wskazuje, pompa powietrzna wykorzystuje energię zgromadzoną w powietrzu, wodna czerpie ciepło z wody (najczęściej gruntowej lub zbiorników wodnych), a gruntowa pobiera energię z ziemi. Wybór konkretnego typu zależy w dużej mierze od lokalnych warunków i specyfiki działki.

Pompy wodne, czerpiące ciepło z wód gruntowych lub powierzchniowych, sprawdzają się najlepiej w miejscach bezpośrednio sąsiadujących ze zbiornikiem wodnym lub tam, gdzie poziom wód gruntowych jest odpowiednio wysoki i stabilny. W naszej szerokości geograficznej, ze względu na uniwersalność, łatwość montażu i często niższą cenę zakupu, bardzo dużą popularnością cieszą się pompy ciepła powietrzne, a w szczególności pompy powietrze-woda. Ich główną zaletą jest możliwość pobierania ciepła z powietrza niezależnie od lokalizacji działki czy dostępu do wód gruntowych.

Jak działa pompa ciepła powietrze-woda?

Pompa ciepła typu powietrze-woda należy do szerokiej rodziny pomp powietrznych. Ważne jest, by zrozumieć, że ten typ pompy posiada dwa współpracujące ze sobą obiegi. Pierwszy, nazwijmy go ogólnie „powietrznym”, pobiera energię z zewnętrznego powietrza. Drugi to system wodny, który przekazuje to ciepło do instalacji centralnego ogrzewania oraz ciepłej wody użytkowej w budynku.

Działanie pompy powietrze-woda opiera się na trzech kluczowych elementach:

1. Dolne źródło ciepła: W tym przypadku jest nim powietrze zewnętrzne. Energia cieplna jest pobierana z powietrza przez jednostkę zewnętrzną pompy.
2. Obieg chłodniczy pompy: To serce urządzenia. Tutaj zachodzi proces sprężania i rozprężania czynnika chłodniczego, co umożliwia „przetransportowanie” energii cieplnej z dolnego (powietrze) do górnego źródła (woda grzewcza).
3. Górne źródło ciepła: Jest nim woda krążąca w instalacji grzewczej budynku (np. w ogrzewaniu podłogowym, grzejnikach) oraz w zasobniku ciepłej wody użytkowej. Pompa przekazuje do tej wody pobraną z powietrza energię, podnosząc jej temperaturę.

Pompy ciepła powietrze-woda występują najczęściej w dwóch wariantach konstrukcyjnych:

• Split: Składa się z dwóch jednostek – zewnętrznej (pobierającej ciepło z powietrza) i wewnętrznej (odpowiedzialnej za przekazanie ciepła do instalacji). Jednostki połączone są rurami z czynnikiem chłodniczym.
• Monoblok: Cały obieg chłodniczy zamknięty jest w jednej jednostce zewnętrznej. Do budynku doprowadzane są jedynie rury z wodą grzewczą.

Istnieją również rozwiązania typu multisplit, pozwalające na podłączenie większej liczby jednostek wewnętrznych do jednej jednostki zewnętrznej, często stosowane w systemach klimatyzacji, ale również z możliwością współpracy z systemem grzewczym.

Wydajność pompy powietrze-woda jest bezpośrednio zależna od temperatury powietrza zewnętrznego. Gdy temperatura spada, pompa musi „wykonać większą pracę”, aby pobrać wystarczającą ilość energii, co może obniżać jej sprawność (SCOP – sezonowy współczynnik efektywności). Poniżej pewnego progu (punktu biwalentnego), urządzenie może potrzebować wsparcia dodatkowego źródła ciepła, np. wbudowanej grzałki elektrycznej, aby zapewnić komfort cieplny.

W jaki sposób pracuje pompa grunt-woda?

Pompa ciepła typu grunt-woda (często nazywana też solankową) wykorzystuje energię zgromadzoną w ziemi. Grunt, poniżej strefy przemarzania (czyli na głębokości kilkudziesięciu do stu metrów), charakteryzuje się bardzo stabilną temperaturą przez cały rok, wahającą się zazwyczaj w przedziale od 2°C do 10°C. Ta stabilność czyni grunt niezwykle niezawodnym i wydajnym dolnym źródłem ciepła.

Aby pobrać energię z gruntu, konieczne jest zbudowanie systemu kolektorów, które umieszcza się w ziemi. Istnieją dwa główne typy kolektorów:

• Kolektor poziomy: Rury układa się poziomo na głębokości około 1-1,5 metra. Wymaga to dużej powierzchni działki, ponieważ do ogrzania domu o powierzchni około 150 m² potrzeba nawet 300-500 m² powierzchni kolektora. Z tego powodu kolektor poziomy jest często instalowany na etapie budowy domu, zanim zagospodarowany zostanie ogród.
• Kolektor pionowy (odwierty): Rury umieszcza się w pionowych odwiertach o głębokości od kilkudziesięciu do nawet ponad stu metrów. Ta metoda wymaga znacznie mniejszej powierzchni działki (wystarczy miejsce na wiertnicę i studzienkę rozdzielaczową), ale jest droższa w realizacji ze względu na koszt wierceń. Do ogrzania wspomnianego domu o powierzchni 150 m² potrzeba zazwyczaj 2-3 odwiertów o głębokości 80-100 metrów każdy.

Alternatywnie, pompa grunt-woda może czerpać ciepło bezpośrednio z wód gruntowych, jeśli ich poziom jest wystarczająco wysoki i stabilny. W tym celu wykonuje się dwie studnie:

• Studnia czerpna: Z niej pobierana jest woda gruntowa o temperaturze kilku stopni Celsjusza.
• Studnia zrzutowa: Do niej odprowadzana jest woda po odebraniu od niej energii cieplnej przez pompę.

Ważne jest, aby studnie były zlokalizowane w odpowiedniej odległości od siebie, aby schłodzona woda ze studni zrzutowej nie mieszała się z cieplejszą wodą w studni czerpnej. Dodatkowo, przed instalacją systemu opartego na wodach gruntowych, należy sprawdzić skład mineralny wody, gdyż niektóre substancje mogą negatywnie wpływać na elementy instalacji.

Dzięki stabilnej temperaturze gruntu lub wód gruntowych, pompy grunt-woda charakteryzują się wysoką i stabilną wydajnością przez cały rok, niezależnie od temperatury powietrza zewnętrznego. Przekłada się to na wysoki sezonowy współczynnik efektywności (SCOP), często przekraczający wartość 5.

Powietrze-woda czy grunt-woda? Co wybrać i czym się różnią?

Decyzja między pompą powietrze-woda a gruntową zależy od wielu czynników. Oto kluczowe różnice i aspekty do rozważenia:

1. Źródło ciepła i jego stabilność:
   • Powietrze-woda: Czerpie z powietrza zewnętrznego. Temperatura powietrza waha się znacząco w ciągu roku i nawet w ciągu doby. Wydajność pompy spada wraz ze spadkiem temperatury.
   • Grunt-woda: Czerpie z gruntu lub wód gruntowych. Temperatura na głębokości poniżej strefy przemarzania jest stabilna przez cały rok (zazwyczaj od 2°C do 10°C). Zapewnia to bardzo stabilną i wysoką wydajność niezależnie od warunków zewnętrznych.
2. Wydajność (SCOP):
   • Powietrze-woda: Sezonowa wydajność (SCOP) jest niższa niż w przypadku pomp gruntowych, szczególnie w regionach o surowych zimach. W klimacie umiarkowanym, gdzie silne mrozy są rzadkością, nowoczesne pompy powietrzne osiągają dobre wyniki.
   • Grunt-woda: Charakteryzuje się zazwyczaj wyższym SCOP, często o 20-30% w porównaniu do pomp powietrznych, dzięki stabilnemu dolnemu źródłu. Przekłada się to na niższe zużycie energii elektrycznej potrzebnej do działania pompy.
3. Koszty instalacji:
   • Powietrze-woda: Koszt zakupu i montażu jest zazwyczaj niższy. Instalacja jest prostsza, nie wymaga prac ziemnych na dużą skalę (poza posadowieniem jednostki zewnętrznej i ewentualnie przekopem do budynku).
   • Grunt-woda: Koszt instalacji jest znacznie wyższy, głównie z powodu konieczności wykonania odwiertów (w przypadku kolektora pionowego) lub rozległych prac ziemnych (w przypadku kolektora poziomego) oraz ułożenia rurociągów. Koszt odwiertów może stanowić znaczącą część inwestycji początkowej.
4. Koszty eksploatacji:
   • Powietrze-woda: Koszty zużycia energii elektrycznej mogą być wyższe w okresach silnych mrozów, gdy wydajność pompy spada, a urządzenie wspomaga się grzałką elektryczną.
   • Grunt-woda: Niższy i bardziej stabilny SCOP przez cały rok przekłada się na niższe roczne zużycie energii elektrycznej, a co za tym idzie – niższe rachunki za prąd w dłuższej perspektywie.
5. Wymagane miejsce i warunki lokalne:
   • Powietrze-woda: Wymaga jedynie miejsca na posadowienie jednostki zewnętrznej (lub dwóch w przypadku split). Może być instalowana praktycznie wszędzie, także w istniejących budynkach bez większych ingerencji w działkę.
   • Grunt-woda: Wymaga albo dużej powierzchni działki (kolektor poziomy), albo możliwości wykonania odwiertów (kolektor pionowy), co wymaga dostępu dla wiertnicy i odpowiednich warunków gruntowych. Konieczne jest też miejsce na studzienkę rozdzielaczową. Instalacja gruntowej pompy ciepła jest często łatwiejsza i bardziej opłacalna na etapie budowy nowego domu. W przypadku wód gruntowych kluczowe jest potwierdzenie odpowiedniego poziomu wód i ich jakości.
6. Hałas:
   • Powietrze-woda: Posiada jednostkę zewnętrzną z wentylatorem, która generuje pewien poziom hałasu na zewnątrz budynku, zwłaszcza podczas pracy z większą mocą lub w trybie odszraniania. Nowoczesne pompy są coraz cichsze, ale jest to czynnik, który należy wziąć pod uwagę, szczególnie w gęstej zabudowie.
   • Grunt-woda: System zewnętrzny (kolektory w ziemi) jest całkowicie bezgłośny. Hałas generuje jedynie jednostka wewnętrzna, pracująca zazwyczaj na poziomie głośności nowoczesnej lodówki (około 38-41 dB), podobnie jak jednostka wewnętrzna pompy powietrze-woda.
7. Konserwacja i żywotność:
   • Obie: Oba typy pomp ciepła są uważane za urządzenia bezobsługowe dla użytkownika. Kluczowe jest regularne wykonywanie corocznych przeglądów przez autoryzowany serwis, co zapewnia długą żywotność i bezawaryjną pracę. Żywotność obu typów jest podobna i wynosi kilkanaście, a często nawet kilkadziesiąt lat.
8. Możliwość chłodzenia:
   • Obie: Oba typy pomp ciepła mogą być wykorzystywane do chłodzenia budynku latem.
   • Powietrze-woda: Zazwyczaj realizuje chłodzenie aktywne poprzez odwrócenie obiegu czynnika chłodniczego (działają jak klimatyzator, oddając ciepło na zewnątrz).
   • Grunt-woda: Często umożliwia chłodzenie pasywne. Wykorzystuje się chłodniejszą temperaturę gruntu (bez pracy sprężarki pompy), przepuszczając wodę grzewczą przez kolektor gruntowy, gdzie ulega schłodzeniu, a następnie krąży w instalacji (np. podłogowej lub w klimakonwektorach), odbierając ciepło z pomieszczeń. Chłodzenie pasywne jest tańsze w eksploatacji.
9. Współpraca z fotowoltaiką:
   • Obie: Oba typy pomp ciepła doskonale współpracują z instalacjami fotowoltaicznymi. Pompa ciepła zużywa energię elektryczną, a panele PV ją produkują. Połączenie tych dwóch technologii pozwala znacząco obniżyć, a nawet zredukować do minimum, koszty ogrzewania i chłodzenia, czyniąc inwestycję w obu przypadkach bardzo opłacalną w dłuższej perspektywie.

Podsumowanie: Którą pompę wybrać?

Jak widać z powyższego porównania, nie ma jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, która pompa ciepła jest lepsza – powietrze-woda czy grunt-woda. Każde rozwiązanie ma swoje mocne i słabe strony, a optymalny wybór zależy od indywidualnych uwarunkowań.

• Pompa ciepła powietrze-woda jest często wybierana ze względu na niższy koszt inwestycji początkowej i łatwość montażu, co czyni ją atrakcyjną opcją, zwłaszcza w istniejących budynkach i w regionach o łagodniejszym klimacie. Wymaga mniej miejsca na działce i nie ingeruje znacząco w jej zagospodarowanie. Trzeba jednak pamiętać o jej niższej wydajności w bardzo niskich temperaturach i konieczności uwzględnienia poziomu hałasu generowanego przez jednostkę zewnętrzną.
• Pompa ciepła grunt-woda to inwestycja o wyższym koszcie początkowym, wymagająca prac ziemnych (odwiertów lub rozległego kolektora poziomego) i odpowiedniej powierzchni działki. Jednakże, dzięki stabilnemu dolnemu źródłu, zapewnia wyższą i bardziej przewidywalną wydajność przez cały rok, co przekłada się na niższe koszty eksploatacji w długim okresie. Jest to często lepszy wybór w regionach o surowszym klimacie oraz na etapie budowy nowego domu, gdzie łatwiej zaplanować niezbędne prace ziemne.

Praktyczne wnioski i porady

Przed podjęciem decyzji o wyborze pompy ciepła, warto dokładnie przeanalizować poniższe kwestie:

• Budżet inwestycyjny: Czy jesteś w stanie ponieść wyższy koszt instalacji pompy gruntowej w zamian za niższe rachunki w przyszłości?
• Lokalizacja i warunki gruntowe: Jaka jest powierzchnia Twojej działki? Czy masz miejsce na kolektor poziomy? Czy możesz wykonać odwierty pionowe (sprawdź miejscowy plan zagospodarowania przestrzennego i warunki geologiczne)? Czy poziom wód gruntowych jest stabilny i woda ma odpowiedni skład?
• Specyfika budynku: Jaki jest metraż domu? Jakie jest jego zapotrzebowanie na ciepło? Jaki jest stopień termoizolacji budynku? (Choć ten artykuł skupia się na różnicach między typami pomp, jakość izolacji budynku ma kluczowy wpływ na wielkość i koszt instalacji pompy ciepła dowolnego typu).
• Oczekiwania dotyczące eksploatacji: Czy priorytetem są najniższe możliwe koszty miesięczne (długoterminowo pompa gruntowa może być korzystniejsza) czy niższy koszt zakupu i montażu?
• Współpraca z innymi systemami: Czy planujesz instalację fotowoltaiki? Połączenie z pompą ciepła znacząco zwiększa opłacalność obu systemów.
• Potrzeba chłodzenia: Czy zależy Ci na możliwości chłodzenia budynku latem? Oba typy to umożliwiają, ale metody (aktywna vs pasywna) różnią się.

Najlepszym rozwiązaniem jest skonsultowanie się z doświadczonym ekspertem w dziedzinie systemów grzewczych i pomp ciepła. Specjalista będzie w stanie ocenić specyfikę Twojego budynku i działki, obliczyć zapotrzebowanie na ciepło i na tej podstawie zaproponować optymalne rozwiązanie, uwzględniające zarówno aspekty techniczne, jak i ekonomiczne. Pamiętaj, że dobrze dobrana i zainstalowana pompa ciepła, niezależnie od typu (powietrze-woda czy grunt-woda), to inwestycja w komfort, ekologię i niższe koszty ogrzewania na wiele lat.