Do pracy pompy ciepła, jako urządzenia wykorzystującego odnawialne źródła energii, oprócz energii elektrycznej niezbędnej do napędu sprężarki, konieczne jest źródło ciepła. Ze względu na rodzaj medium będącego nośnikiem ciepła, dolnym źródłem mogą być grunt (kolektory gruntowe pionowe i poziome), woda (studnie głębinowe, wężownice), powietrze oraz ciepło odpadowe.

Dobór dolnego źródła ciepła dla pompy ciepła jest wypadkową uprzedniego określenia zapotrzebowania budynku na ciepło w oparciu o analizę jego energochłonności oraz przeznaczenia (centralne ogrzewanie oraz zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową) i doboru pompy ciepła o odpowiedniej mocy.

W dużym uproszczeniu można stwierdzić, że im wyższa temperatura dolnego źródła, tym wyższy współczynnik efektywności COP. Zastosowanie pomp ciepła jest zatem bezpośrednio związane z możliwością pozyskania energii cieplnej z dolnego źródła, które powinno charakteryzować się stałą temperaturą w ciągu roku, umożliwiającą ekonomiczny odzysk ciepła, zdolnością odbudowy potencjału energetycznego w określonym czasie oraz bezawaryjnym funkcjonowaniem w czasie przyjętego okresu eksploatacji. Oczywiście istotne są także koszty wykonania dolnego źródła.
 

  Kolektor gruntowy poziomy
Kolektor gruntowy pionowy
(źródło: Viessmann)
  Kolektor gruntowy poziomy
(źródło: Viessmann)

Kolektory gruntowe pionowy i poziomy

Ciepło zakumulowane w gruncie to najpowszechniej wykorzystywane przez pompy ciepła źródło energii, przede wszystkim dzięki łatwości zastosowania oraz niezawodności, jaką charakteryzują się te rozwiązania. Wykonanie kolektora gruntowego poziomego jest jednak możliwe wówczas, gdy do dyspozycji mamy stosunkowo dużą działkę (bez zabudowy trwałej w miejscu wykonania kolektora gruntowego poziomego), na której znajduje się budynek. Jego wykonanie polega bowiem na ułożeniu poziomo, 1,4–1,5 m poniżej powierzchni terenu, rur polietylenowych w rozstawie ok. 1 m, których długość zależy od zapotrzebowania budynku na ciepło. W stosunku do kolektora gruntowego pionowego jest to rozwiązanie wymagające znacznie więcej miejsca, jednocześnie dużo tańsze. Pionowe odcinki rur polietylenowych umieszczane w odwiertach i połączone na dole U-kształtką to rozwiązania popularne na niewielkich działkach. Odwierty mogą sięgać ok. 100 m, jednak ich wykonanie związane jest ze stosunkowo wysokimi kosztami (na co wpływ ma między innymi rodzaj budowy geologicznej podłoża).
 

Wody gruntowe

Wody gruntowe (źródło: Viessmann)

 

Wody powierzchniowe i gruntowe

Ciepło zakumulowane w wodach powierzchniowych i gruntowych może być odbierane w pierwszym z przypadków przez spoczywającą pod własnym ciężarem wężownicę ułożoną na dnie jeziora lub cieku wodnego (woda nagrzewa się dzięki energii promieniowania słonecznego padającego na jej płaszczyznę). W drugim z przypadków odbiór ciepła następuje dzięki wykonaniu studni głębinowych: pobierczej i chłonnej. Woda stanowi bardzo dobre źródło ciepła, szczególnie w przypadku wód głębinowych charakteryzujących się stałą temperaturą w ciągu roku w zakresie 8–120C. Sprawia to, że układ charakteryzuje wysoka sprawność, a ciepło odbierane jest bardziej efektywnie niż w przypadku zastosowania innego rodzaju dolnego źródła ciepła.
 

Dolne źródło ciepła - powietrze

Dolne źródło ciepła – powietrze (źródło: Viessmann)

 

Powietrze

Energia cieplna pobierana bezpośrednio z otaczającego budynek powietrza to coraz popularniejsze rozwiązanie wśród użytkowników. Poprzez wymiennik ciepła umieszczony na zewnątrz budynku, współpracujący z pompą w kotłowni, odbierane jest ciepło z powietrza nawet przy temperaturze –200C (w zależności od typu instalacji). Wydajność cieplna urządzenia maleje wraz z obniżaniem się temperatury zewnętrznej. Istotną zaletą zastosowania tego typu rozwiązania jest brak zależności od powierzchni działki i rodzaju gruntu. Ponadto charakteryzuje się ono niskimi kosztami na poziomie inwestycji, co przemawia zdecydowanie na korzyść pomp ciepła wykorzystujących powietrze atmosferyczne  jako dolne źródło ciepła.

Ciepło odpadowe

Wykorzystanie ciepła odpadowego z procesów technologicznych jako dolnego źródła dla pomp ciepła stanowi najbardziej ekonomiczne z przedstawionych rozwiązań. Wykorzystanie ciepła z wód kopalnianych, ciepła wentylacyjnego, zrzutów wody prysznicowej i sanitarnej, ciepła powstającego przy wytwarzaniu wody lodowej, czy ciepła z procesów towarzyszących hodowli bydła, to jedynie niektóre z przykładów świadczących o dużym potencjale zastosowania pomp ciepła i nieograniczonych rodzajach dolnych źródeł ciepła niezbędnych do ich pracy.

Michał Kaczmarczyk, GLOBEnergia

Cały artykuł – GLOBEnergia 1/2010