Lobbe.pl

Pompy ciepła i energia odnawialna w ogrzewaniu

Pompa ciepła to urządzenie pobierające ciepło ze środowiska naturalnego: z powietrza, wody, ziemi i w związku z tym wyróżnia się pompy gruntowe, wodne i powietrzne. Największą efektywność uzyskują te urządzenia, które pobierają energię z wód gruntowych, ponieważ jej temperatura jest stała i wynosi 8-10ºC. Natomiast najniższą efektywnością wykazują się pompy powietrze, oczywiście z uwagi na dużą zmienność temperatur, które w zimie mogą przekraczać -20ºC.

Pompy ciepła nie są urządzeniami zbyt często stosowanymi w naszych domach, jednakże widać coraz większe nimi zainteresowanie. Z uwagi na ich znaczne zalety warto poświęcić im nieco uwagi. Charakterystyczną cechą tych urządzeń jest to, że w przeciwieństwie do popularnych kotłów, nie wytwarzają one ciepła, a jedynie wykorzystują energię zgromadzoną w naturze. Jest to możliwe dzięki specjalnej substancji, zwanej czynnikiem ciepła, której najistotniejszą własnością jest niska temperatura wrzenia (-10ºC). Ta substancja pozyskuje ciepło ze środowiska naturalnego, potem trafia ona do parownika, w którym ciepło zostaje odparowane a para trafia do sprężarki, gdzie następuje wzrost jej ciśnienia oraz temperatury. Pozyskane w ten sposób ciepło zostaje przekazane do wody obiegu grzewczego, a czynnik ciepła ulega skropleniu oraz rozprężeniu i obieg zaczyna się na nowo.

Ponieważ pompy ciepła należą to tzw. urządzeń niskotemperaturowych (maksymalna wyjściowa temperatura wody wynosi 55ºC), dlatego najlepsze efekty uzyskamy, jeśli zastosujemy w domu ogrzewanie ścienne lub podłogowe, z temperaturą wody nieprzekraczającą 35ºC. Oczywiście jest możliwe zainstalowanie pompy przy zastosowaniu zwykłych grzejników, jednak zużyje ona zdecydowanie więcej energii elektrycznej i tym samy wzrosną nasze rachunki za ogrzewanie.

Jeśli zdecydowaliśmy się na ogrzewanie domu ciepłem zgromadzonym w ziemi, mamy do wyboru urządzenia poziome oraz sondy pionowe. Kolektor poziomy to system rur umieszczonych pod ziemią, na głębokości ok. 1,8 metra, wypełnionych płynem odbierającym ciepło zgromadzone w gruncie. Zastosowanie tego typu kolektora wymaga odpowiednio dużej działki, bowiem jego powierzchnia musi być trzykrotnie większa niż powierzchnia domu. Ponadto w tym miejscu nie można stawiać żadnych budynków i nie wolno sadzić drzew. Najlepiej, jeśli powierzchnia ta pokryta jest trawnikiem, gdyż grunt musi się regenerować, czyli musi być poddawany działaniu promieni słonecznych oraz opadów.

Kolektory pionowe są doskonałą alternatywą na działkach małych, na których nie ma wystarczającej ilości miejsca na zainstalowanie poziomego wymiennika ciepła. Polega to na wywierceniu w gruncie otworów i na umieszczeniu w nich sond. Głębokość odwiertów waha się pomiędzy 16-120m, przy czym poleca się, aby odwierty sięgały przynajmniej 80m. Zalecenia te wynikają z faktu, iż energia pobierana jest od głębokości 14m. Kolektory pionowe są inwestycją droższą niż poziome, ale jednocześnie wydajniejszą.

Ciepło możemy pobierać także z wód gruntowych za pomocą odpowiednio do tego celu przystosowanych urządzeń. Ich działanie jest podobne do pomp omówionych powyżej, jednak czynnikiem ciepła nie jest w tym wypadku specjalna ciecz, ale woda gruntowa, która jest zasysana, następnie w parowniku odbierane jest z niej ciepło i schłodzone woda wraca z powrotem do studni. Możliwość zainstalowania pompy tego typu jest ograniczona. Musimy mieć oczywiście dostęp do wód gruntowych, a ponadto należy przeprowadzić ich analizę pod kątem ich wydajności i przeznaczenia do wykorzystania w parowniku ciepła. Problemem może się również okazać znalezienie specjalisty, bowiem wymagania instalacyjne są bardzo wysokie a specjalistów jeszcze niewielu.

Najtańszą inwestycją jest pompa pozyskująca ciepło z powietrza, jednak w naszych warunkach klimatycznych nie jest najlepszym źródłem ciepła. Gdy temperatura powietrza spada do -20ºC takie urządzenie nadal jest w stanie pobierać ciepło, jednak w ilości niewystarczającej do ogrzania domu. Dlatego warto ją zainstalować wtedy, gdy mamy jednocześnie jakieś alternatywne źródło ogrzewania.

Pompy ciepła są urządzeniami niezwykle wygodnymi, bezobsługowymi. Ponadto nie wymagają one przewodów kominowych ani wentylacyjnych. Pracują bezawaryjnie dlatego nie ma konieczności przeprowadzania przeglądów okresowych, a pomieszczenie, w którym umieścimy takie urządzenie, nie musi spełniać żadnych specjalnych wymogów technicznych. Odznaczają się również cichą pracą (są niewiele głośniejsze od lodówki), a estetyka ich wykonania sprawia, że niektóre z nich można wstawić do pomieszczenia użytkowego, np. do kuchni. Ich ogromną zaletą jest pozyskiwanie darmowej energii z natury. Są, co prawda, zasilane energią elektryczną konieczną do ich pracy, nie pobierają jej jednak zbyt wiele – 3/4 energii pochodzi ze środowiska a tylko w 1/4 zasilane są prądem. Ponadto są to urządzenia w pełni ekologiczne i ich użytkowanie nie jest związane z emisją substancji szkodliwych.

Wadą pomp ciepła jest ich wysoka cena, ale należy podkreślić, że inwestycja, w zależności od wielkości domu, zwraca się po kilku latach.

Źródłem pozyskiwania energii cieplnej mogą być, obok pomp ciepła, kolektory słoneczne, stosowane przede wszystkim do podgrzewania wody. Nie za bardzo nadają się one do ogrzewania domu, ponieważ nasze zapotrzebowanie na energię cieplną jest największe w okresie najmniejszego nasłonecznienia. Kolektor, aby mógł działać efektywnie, musi być zamontowany pod odpowiednim kątem do powierzchni Ziemi: 45º, jeśli zamierzamy korzystać z niego przez cały rok, 30º, gdy zamierzamy wykorzystywać go tylko w lecie oraz 60º, jeśli ma być używany jedynie w okresie zimowym. Ważne także, aby był zainstalowany w miejscu dobrze nasłonecznionym, tak aby pracował co najmniej 6 godzin w ciągu dnia. Najczęściej kolektory słoneczne umieszcza się na dachu budynku od strony południowej, jednak, z uwagi na ciężar urządzenia (1m2 waży 35 kg), dach musi posiadać wytrzymałą konstrukcję. Jeśli nie spełnia tego warunku, można kolektor umieścić na ziemi, na specjalnych stojakach lub odpowiednio do tego celu przygotowanej skarpie.

Powierzchnię kolektora słonecznego dobiera się w zależności od zapotrzebowania domu. Na ogół dla średniej wielkości domu rodzinnego powinna ona wynosić ok. 4-5 m2, jednak decydując się na zakup należy skorzystać z porady eksperta. Jest to dość droga inwestycja,więc jeśli nie będzie w pełni wykorzystywana, to niepotrzebnie zawyżymy koszty.

Najtańszym rodzajem kolektorów słonecznych są kolektory płaskie. Wśród nich możemy wyróżnić takie, których absorber jest pokryty czarną farbą oraz pokryte warstwą selektywną. Ich minusem jest niska sprawność, wahająca się w granicach 25 – 35%. Większą sprawnością,wynoszącą ok. 45% odznaczają się kolektory płaskie próżniowe, ale jednocześnie mają wyższą cenę. Ponadto ulegają one rozszczelnieniu i w związku z tym konieczne jest ponowne wytwarzanie próżni.

Bardziej nowoczesnym urządzeniem jest kolektor rurowo-próżniowy, składający się ze szklanych rur o średnicy 65-100mm. Tego typu kolektory posiadają zdecydowanie większą sprawność a ich konstrukcja umożliwia zmianę kąta położenia absorbera w zależności od pory roku, tak aby promieniowanie słoneczne było wykorzystywane w sposób maksymalny.

Najnowocześniejszym rodzajem kolektorów są urządzenia wyposażone w zwierciadła paraboliczne, które zbudowane są ze szklanych koncentrycznych rur. Dzięki zwierciadłom mogą one pochłaniać również promieniowanie, które pada pod niekorzystnym kątem. Z uwagi jednak na ich cenę nie są zbyt popularne.

Jak wspomniano, kolektory solarne służą przede wszystkim do podgrzewania wody. Aby móc swobodnie z niej korzystać należy pamiętać, że zasobnik wody podłączony do kolektora powinien mieć minimum dwukrotnie większą pojemność niż dobowe zapotrzebowanie na wodę. Istotne jest także, aby posiadał on odpowiednią izolację, by nie dochodziło do strat ciepła. Najlepiej zastosować wełnę mineralną lub piankę poliuretanową.

Omówione źródła pozyskiwania energii, choć obecnie niezbyt popularne, są przyszłością z uwagi na rosnące ceny paliw i związaną z ich spalaniem emisją szkodliwych dla środowiska substancji, dlatego być może warto już dziś zdecydować się na energię odnawialną.