Gruntowa pompa ciepła. Pytania i odpowiedzi

Gruntowa pompa ciepła zapewnia w naszym klimacie o wiele niższy koszt ogrzewania niż konwencjonalne urządzenia grzewcze. Zasadniczy wpływ na jej efektywne działanie ma prawidłowo zaprojektowany i wykonany wymiennik ciepła, który wymaga wykonania skomplikowanych prac gruntowych. Każdy kto stoi przed decyzją o zakupie gruntowej pompy ciepła zastanawia się, czy taka inwestycja mu się opłaci – w poniższym wpisie rozważymy te wątpliwości. Odpowiadam na najważniejsze pytania związane z wyborem, montażem i aspektami ekonomicznymi gruntowej pompy ciepła.

Jak działa gruntowa pompa ciepła?

Gruntowa pompa ciepła jest układem sprężarkowym, zbudowanym z czterech zasadniczych elementów – sprężarki, zaworu rozprężnego i dwóch wymienników ciepła – skraplacza i parownika. Są one połączone rurami tworząc zamknięty obieg chłodniczy. Płyn (czynnik chłodniczy) będący w obiegu, odparowuje w parowniku na skutek odbioru ciepła (parownik umieszczony jest na odpowiedniej głębokości w gruncie). Para w następnej kolejności przechodzi przez sprężarkę, gdzie zostaje sprężona do wysokiego ciśnienia. To daje dwie korzyści, po pierwsze znacznie podnosi się temperatura gazu za sprężarką. Po drugie pozwala na to, aby schłodzona para zamieniła się z powrotem w ciecz, która potem odparuje i tak dalej. Przepływający przez skraplacz gaz pod wysokim ciśnieniem i temperaturą +75°C, może bez przeszkód oddać ciepło do ogrzewanego pomieszczenia. Po drodze jako ciecz ponownie trafia do parownika, przepływając przez element dławiący.

Inwestycja w powietrzną pompę ciepła

Istnieją dwie możliwości odbioru ciepła z gruntu. Pierwsza wykorzystywana znacznie częściej, polega na wykonaniu instalacji pośredniczącej w wymianie ciepła miedzy gruntem a parownikiem –  wówczas mamy do czynienia z solankową pompą ciepła typu glikol-woda. Druga polega na bezpośrednim odparowaniu ciepła z gruntu wykorzystując odpowiednio duży parownik – ta metoda choć jest efektywniejsza, jest stosowana rzadziej ze względu na wyższy koszt takiego rozwiązania. Najbardziej rozpowszechnione są pompy ciepła z pośrednim odparowaniem, przez który przepływa niezamarzająca ciecz zwana solanką, o nich będzie poświęcony wpis.

Gruntowe pompy ciepła swoją pozycję na rynku energooszczędnych instalacji grzewczych zdobyły ze względu na bardzo dobre parametry eksploatacyjne i niezależność od zmian temperatury zewnętrznej. Temperatura gruntu jest dużo bardziej stabilna niż powietrza, nie chłodzi go zimne powietrze, ale i mniej się nagrzewa na skutek nasłonecznienia. Na pewnej głębokości pod ziemią temperatura jest zawsze wyższa niż 0°C – w zależności od planujących warunków zewnętrznych głębokość ta może wynosić od 0,8 m do 1,4 m. Można jednak powiedzieć, że na głębokości większej niż 1,5 m grunt ma zawsze dodatnią temperaturę. Do odbierania ciepła z gruntu potrzebny jest wymiennik gruntowy, może nim być kolektor poziomy czyli zakopana w ziemi rura tworząca pętlę, bądź kolektor pionowy – to umieszczone w pionowych odwiertach rury zakończone kształtką typu U.

Jeżeli wydajność źródła ciepła (gruntu) jest właściwa, a pompa ciepła odpowiednio zwymiarowana do potrzeb ogrzewanego budynku – to nawet przy temperaturach zewnętrznych -20°C system będzie pracować prawidłowo – bez względu czy mamy do czynienia z kolektorem poziomym czy pionowym. O wyborze rodzaj wymiennika najczęściej decyduje wielkość działki – do wykonania kolektora poziomego potrzeba zwykle kilkuset metrów kwadratowych terenu wokół domu, z kolei na wykonaniem wymienników pionowych wystarczy kilkadziesiąt metrów. Pisałem wcześniej o odpowiednim zwymiarowaniu instalacji, ważne jest aby objętość wymiennika była jak największa – przez cały sezon grzewczy parownik odbierze z gruntu kilka megawatogodzin ciepła. Jeżeli wymiennik jest zbyt mały, będzie ulegać nadmiernemu wychłodzeniu, sterownik wyłącza instalację gdy temperatura solanki obniża się do -7°C – poniżej tej wartości sprawność całego układu zostaje zakłócona.4

Jak wygląda montaż wymiennika gruntowego?

Wielkość wymiennika gruntowego ustalamy w oparciu o zapotrzebowanie cieplne budynku, w dalszej kolejności dobierana jest pompa o odpowiedniej mocy. Wykonujemy również badania gruntu, aby ustalić czy teren wokół domu nadaje się do odbioru ciepła. W przypadku wymiennika z kolektorem poziomym, ciepło z gruntu jest odbierane przez rury z płynącym w nich czynnikiem chłodniczym, zakopane w ziemi na niezbyt dużej wysokości. Za wysokość optymalną przyjmuje się 0,2-0,5 m poniżej granicy przemarzania gruntu. Rury wymiennika poziomego układane są w wykopie o wymiarach odpowiadających wymaganej powierzchni wymiennika. Prowadzi się je w formie wężownicy, zachowując określone odstępy między sąsiadującymi odcinkami. Moc, z jaką kolektor gruntowy przekazuje ciepło, zależy od rodzaju gleby – najlepsze parametry uzyskują gleby wilgotne, gleby piaszczyste zdecydowanie słabiej nadają się do przewodzenia ciepła.

Niewątpliwe wadą kolektora gruntowego poziomego jest posiadanie dostępu do dużej powierzchni terenu (2-3 krotność powierzchni ogrzewanej) – miejsce pod wykonywany kolektor powinno być wolne od drzew, a w przyszłości musi pozostać wolne od zabudowy. Rekompensuje on jednak inwestorom znacznie niższe koszty wykonania, niż ma to w przypadku kolektora pionowego.

grutnowa pompa ciepła z kolektorem poziomym

Rys 1. Schemat instalacji gruntowej pompy ciepła z kolektorem poziomym.

Wymiennik gruntowy z kolektorem pionowym składa się z rur umieszczonych pionowo, w odwiertach o głębokości 40-100 m. Wynika to z faktu, że na głębokości poniżej 10 m, temperatura gruntu przez cały rok wynosi więcej niż 10°C. Wykonanie odwiertów wiąże się z wysokimi kosztami (na co wpływ ma rodzaj budowy geologicznej gruntu). W odwiertach umieszczane są pionowe odcinki rur polietylenowych, łączone na dole u-kształtką. Identycznie jak w przypadku wymiennika poziomego, rury kolektora wypełnione są roztworem glikolu, który krążąc w nich odbiera ciepło od gruntu. Zaletą tego typu rozwiązania jest wysoka efektywność związana z niewielką podatnością gruntu na warunki atmosferyczne. Kolektor pionowy sprawdzi się na działkach o niewielkich rozmiarach – jednak większym kosztem niż wykonanie kolektora poziomego.

Gruntowa pompa ciepła z kolektorem pionowym

 

Rys 2. Schemat instalacji gruntowej pompy ciepła z kolektorem pionowym.

Czy potrzebne są pozwolenia?

Do wykonania gruntowej pompy ciepła z kolektorem poziomym nie ma obowiązku posiadania pozwolenia na budowę ani zgłoszenia, Natomiast wykonanie kolektora pionowego podlega przepisom ustawy Prawo geologiczne i górnicze. Zgodnie z nim do wykonywania wykopów oraz otworów wiertniczych  o głębokości do 30 m w celu wykorzystania ciepła Ziemi, nie jest wymagany projekt robót geologicznych.

Wykonywanie otworów wiertniczych o głębokości do 100 m, w celu umieszczania w nich pionowych gruntowych wymienników ciepła, jest tzw. robotą geologiczną – z tego względu podlega Prawu geologicznemu i górniczemu. Rozpoczęcie robót geologicznych może nastąpić, jeżeli w ciągu 30 dni od zgłoszenia projektu, Starostwo Powiatowe nie zgłosi do niego  sprzeciw. Sporządzeniem zgłoszenia można powierzyć fachowej firmie wiertniczej.

Gruntowa pompa ciepła – komu się opłaca?

Czynnik ekonomiczny odgrywa najważniejszą rolę przy wyborze ogrzewania opartym na gruntowej pompie ciepła. Trudno się dziwić, skoro takie urządzenie jest droższe od powszechnie stosowanych kotłów paliwowych. Można zmienić punkt widzenia jeżeli do zakupu kotła uwzględnimy konieczność zbudowania komina, przyłącza gazu, czy instalacji zbiornikowej do magazynowania paliwa – których nie potrzeba w przypadku pompy ciepła.

Średni koszt wykonania gruntowej pompy ciepła, wraz z niezbędną instalacja kosztuje 40-50 tys. zł. To znacznie więcej niż w przypadku powietrznej pompy ciepła, gdzie koszt montażu oscyluje w granicach 30 tys. zł. Różnica między ceną pompy ciepła a konwencjonalnego systemu grzewczego rekompensują niższe koszty ogrzewania domu. Efektywność takiej pompy pozwala uzyskać kWh energii użytkowej do ogrzewania za mniej niż 0,15 zł. W przypadku powietrznej pompy ciepła typu powietrze/woda koszt ogrzewania przekracza 0,20 zł/kWh. W obydwu przypadkach uwzględniony jest koszt energii elektrycznej, służący do napędu sprężarki.

Wykonajmy prostą kalkulację, która przybliży nam średnie roczne koszty ogrzewania domu gruntową pompą ciepła:

  • Przedmiotem obliczeń będzie dobrze ocieplony dom o pow. 200 m2 zużywający 90 kWh/(m2·rok).
  • Uwzględniając dodatkowe 5 000 kWh rocznie na cele c.w.u. uzyskujemy roczne zapotrzebowanie budynku na poziomie 23 000 kWh.
  • W przypadku pompy o niewygórowanym współczynniku COP wynoszącym 4.0 – z jednego kWh prądu za 0,60 zł otrzymujemy 4 kWh ciepła.
  • Jeżeli będziemy użytkować pompę w taryfie mieszanej G12 (60 proc./dzień 40 proc.) uśredniony koszt 1 kWh prądu będzie nie większy niż 0,45 zł
  • Łączny koszt wytworzenia kWh energii cieplnej przez pompę ciepła wyniesie 0,12 zł.

Dla wspomnianego wcześniej domu zużywającego 23 000 kWh, koszty ogrzewania gruntową pompą ciepła wynoszą 2760 zł rocznie. W przypadku gazu ziemnego możemy wysunąć następujące wnioski:

  • 1 m³ gazu ziemnego dostarcza 11,17 kWh energii cieplnej.
  • Uwzględniając 10 proc. straty ciepła traconego wraz ze spalinami z 1 m³ gazu ziemnego otrzymujemy 10 kWh energii cieplnej).
  • 1 m³ gazu ziemnego w taryfie W3 z uwzględnieniem dodatkowych opłat przesyłowych kosztuje średnio 2,5 zł/brutto, zatem 1 kWh = 0,25 zł.
  • Miesięczna opłata stała – 80 zł/brutto – teraz na 1 kWh gazu ziemnego przypada dodatkowe 3 grosze opłat stałych.
  • Łączny koszt wytworzenia 1 kWh ciepła w kotle kondensacyjnym wynosi 0,28 zł.

Roczne koszty ogrzewania gazem wynoszą zatem 6 440 zł – zatem roczna oszczędność na korzyść gruntowej pompy ciepła wynosi 3 680 zł. Zakładając, że gwarancja na urządzenie wynosi 20 lat, inwestycja ta zwróci się nam w perspektywie 10-12 lat. Preferencyjny kredyt na pompy ciepła przyznawany przez Bank Ochrony Środowiska spłaci się z samej jej energooszczędności. Kredyt z bezzwrotną dotacją 30 proc. otrzymany z programu Prosument NFOŚiGW spłaci się w przeciągu 8 lat. Okres spłaty pompy ciepła zwróci się szybciej, jeśli weźmiemy pod uwagę dynamikę rosnących cen paliw konwencjonalnych.

Koszty ogrzewania domu poszczególnymi źródłami ciepła

Zdjęcia i rysunki: fotolia.pl

Damian Czernik

inż. Damian Czernik, młodszy projektant instalacji

26 komentarzy na temat “Gruntowa pompa ciepła. Pytania i odpowiedzi”

  1. Bardzo dobry, szczegółowy artykuł wyjaśniający schemat działania i budowę pompy ciepła. Z doświadczenia wiem, że nie małym problemem przy wyborze pompy ciepła jest odpowiednie oszacowanie jej. Nagminnie się zdarza, że ludzie kupują większe pompy niż tak naprawdę im są potrzebne.

  2. Wiele cennych informacji do których pomimo usilnych prób trudno dotrzeć, a alternatywne sposoby ogrzewania domów to temat rzeka, któremu warto się przyjrzeć bliżej

  3. Czy w świetle nowelizacji prawa budowlanego które weszło w życie w tym roku, nie mam obowiązku zgłaszać budowy kolektora poziomego i pompy ciepła. A czy ktoś nie powinien nanieś na np. mapce powykonawczej ten kolektor?

    1. Witaj Łukaszu, wymogi te dotyczą tylko kolektorów pionowych – dla instalacji pompy ciepła z kolektorem pionowym o głębokości większej niż 30 metrów musimy uzyskać projekt robót geologicznych, który następnie składamy do najbliższego Starostwa Powiatowego. Gdy wszystko mamy gotowe – do 6 miesięcy powinniśmy złożyć do starosty geologiczną dokumentację powykonawczą, którą ten przyjmuje w celach ewidencyjnych. Pozdrawiam!

      1. Witam! Czyli nie muszę nigdzie zgłaszać kolektora poziomego, ani montażu pompy ciepła. Tylko zastanawiam się jak to będzie przy odbiorze domu? Przecież muszę podać i zrobić świadectwo energetyczne domu ogrzewanego pompa ciepła. Chodzi mi o to żeby pózniej jakiś urzędnik nie czepiał się o zgłoszenie lub pozwolenie. Pozdrawiam.

        1. Witaj Łukaszu – budowa i montaż kolektora poziomego nie wymaga zgłoszenia ani pozwolenia na budowę. Warto zadbać aby kolektor został naniesiony na mapie powykonawczej przez geodetę. Świadectwo energetyczne budynku nie jest obowiązkowe dla budynków jednorodzinnych 🙂

          1. Witm. Buduję dom tz. zacznie się w czerwcu na którym etapie budowy muszę zgłosić do geologa,że montowana będzie pompa ciepła gruntowa i czy architekt powinien to nanieść na projekt i czy już mam wystąpić do powiatu o pozwolenie?Pozrawiam

  4. Witam
    Jestem w trakcie budowy domu i zdecydowałam się na gruntową pompę ciepła.
    Jakie kroki powinnam podjąć aby zamontować taką pompę?
    Do kogo powinnam się udać?
    Jak długo trwa cała procedura?
    pozdrawiam Joanna W.

    1. Montaż gruntowej pompy ciepła nie wymaga pozwolenia na budowę ani zgłoszenia – o ile nie naruszają ochronnej strefy ujęć wodnych – z kolei zbudowanie wymiennika pionowego podlega przepisom ustawy Prawo geologiczne i górnicze – wymagane opracowanie projektu prac geologicznych najpóźniej 8 tyg. przed zamierzonym terminem rozpoczęcia prac. Pozdrawiam!

  5. Gruntowa pompa ciepła z wymiennikiem poziomym nie wymaga pozwolenia na budowę ani zgłoszenia, jednak inwentaryzacji geodezyjnej tak. Taka instalacja może jedynie podlegać ograniczeniom wynikającej z ustawy Prawo wodne – jeżeli ta narusza strefy ochronne ujęć wodnych. Natomiast zbudowanie wymiennika pionowego podlega ustawie Prawo geologiczne i górnicze. W takim przypadku musisz zlecić opracowanie projektu prac geologicznych – i przełożyć go w Starostwie powiatowym najpóźniej 8 tygodni przed zamierzonym terminem rozpoczęcia prac. Pozdrawiam

    1. A co. Do szczegółów to czy przy mapce powykonawczej budynku taki kolektor gruntowy poziomy powinien być naniesiony? Czy w dzienniku budowy powinien bycwpis jeśli tj to kto, ten wpis powinien wykonać?
      Pozdrawiam.

      1. W dzienniku powinien być borowikowy wpis wykonany przez kierownika budowy, pompa ciepła z kolektorem poziomym jako urządzenie podziemne wymaga wykonania inwentaryzacji geodezyjnej powykonawczej, to ważne jeżeli w przyszłości chcielibyśmy dokonać np. budowy przydomowej oczyszczalni ścieków, zmiany tras przebiegu przyłącza wod-kan itp. Pozdrawiam!

  6. skoro poniżej 10m jest > 10°C to po co 40-100 m?

    „Wymiennik gruntowy z kolektorem pionowym składa się z rur umieszczonych pionowo, w odwiertach o głębokości 40-100 m. Wynika to z faktu, że na głębokości poniżej 10 m, temperatura gruntu przez cały rok wynosi więcej niż 10°C.”

  7. Many projekt „Zuczek sto” Archeton Kraków ,100 m2 użytkowych , do gazu niedaleko .A jakby się pokusić o połączenie kotła dwufunkcyjnego z pompą powietrzną ? Tutaj często brakuje prądu /mieszkamy niedaleko/ i wiemy że to jest uciążliwe ,posiadać tylko jedno zasilanie . Koszt kotła jak i pompy na taką powierzchnię nie będzie duży.Z góry dziękuję za odpowiedż .

    1. W państwa projekcie powinno być przewidziane niskotemperaturowe ogrzewane gazowym kotłem kondensacyjnym. Proszę rozważyć wykorzystanie hybrydowej pompy ciepła, w której szczytowym źródłem ciepła jest gazowy kocioł kondensacyjny. W tym przypadku mamy dwa urządzenia w jednym. Pozdrawiam!

  8. Rozpoczynam budowę domy parterowego o powierzchni 112m2. Dach dwuspadowy ocieplenie 30 cm. Ściana Ytong 24 plus styropian 20 cm. Dom budowany na płycie fundamentowej spełniającej normy NF 40. System rekuperacji, jeden komin dla alternatywnego ogrzewania – klasyczny kominek. Okna do domu z normami NF 40.
    Firma zaproponowała mi gruntową pompę ciepła Nibe i uparcie twierdzi że przy takiej konstrukcji ogrzewanie domu plus ciepła woda dla 5 osób to koszty nie przekroczą 1500 zł. Coś im nie wierzę. Czy jest to możliwe.

  9. Kompleksowe usługi od obliczeń strat ciepła budynków po odwierty dla źródła pomp ciepła robiłam w AKM Michoń . Energetyk z tej firmy dokładnie obliczył bilans strat ciepła i dobrał odpowiednią pompę. Szybka kompleksowa robota, z której jestem zadowolona do teraz !

  10. Mam dużą działkę, dobrze nawodnioną, lecz charakteryzuje ją spadek rzędu 15%. Nigdzie nie natknąłem się na informacje, że nachylenie działki uniemożliwia zastosowanie poziomej gruntowej pompy ciepła. Czy oby na pewno? Czy nie ma to znaczenia dla instalacji gruntowej?

  11. Od prawie 11 lat użytkuję solankową pompę ciepła o mocy 9kW, powierzchnia budynku ponad 160 m2.
    Wymiennik poziomy 400 mb rury zakopanej na głębokości 1,2m. Jestem bardzo zadowolony zarówno z kosztów jak i z kultury pracy urządzenia.

  12. zainwestowałem w gruntową pompę ciepła od apic do naszego domu jednorodzinnego i nie żałuję. fajne jest to że dzięki temu korzystamy z odnawialnego źródła energii.

  13. Mam dom 120m2, pełna podłogówka i piec na pellet. Jestem z tego rozwiązania bardzo zadowolony. W najbliższym czasie będę stawiał budynek gospodarczy o powierzchni ok.100m2 i w związku z tym rozważam, czy warto byłoby zastosować glikolowy poziomy wymiennik ciepła oraz ogrzewanie podłogowe glikolowe (3:1) bez pompy ciepła, oczywiście z pompą obiegową w celu utrzymywania dodatniej temperatury. Proszę o opinię.

  14. Mam dosyć dobrze docieplony dom o pow. 180 m2. Realne zużycie roczne c.o. wynosi 87 kWh/m2, a zapotrzebowanie na c.w.u. to rocznie ok. 8000 kWh. Łączne roczne zużycie na c.o. oraz c.wu. oscyluje w granicach 24 000 kWh. Zatem prawie identycznie jak w powyższym artykule. Zaznaczam że ogrzewam dosyć dobrym kotłem gazowym (niekondensacyjnym), a w domu 30% to podłogówka a 70% to grzejniki konwektorowe.
    Zastanawiałem się nad zakupem pompy ciepła z pionowym kolektorem. Chyba odpuszczę, ponieważ kalkulacja oparta o praktyczne obserwacje i dane nie wyszła mi niestety tak „różowo” jak autorowi artykułu. Dlaczego ?
    Otóż cena 1 kWh gazu kosztowała w całym 2016 r. brutto 0,1851 zł (kwota zawiera wszystkie opłaty zmienne, przesyłowe, dystrybucyjne itp.) zatem mój koszt całkowity za cały 2016 r. c.o. plus c.wu. wyniósł łącznie 4 442 zł. (a nie jak napisał autor 6 440 zł). Gdybym przeszedł na pompę ciepła musiałbym wymienić wszystkie grzejniki na tzw. klimakonwektory aby pracowały przy temperaturze zasilania 35 stopni C (tylko wtedy możemy mówić o współczynniku COP na poziomie 4). Jeżeli nie zrobiłbym tego, to temperatura zasilania obecnych grzejników musiałaby oscylować w granicach 45 – 50 stopni C, a wtedy COP spadnie do ok. 3,5 . Przy COP 3,5 tzw. „stopa zwrotu” inwestycji wyniesie prawie 20 lat. Czyli typowa „skórka za wyprawkę”. Proszę nie odbierać mojego wpisu jako krytycznego. To jedynie głos w dyskusji, który wskazuje na to, że analiza musi być maksymalnie pełna i uwzględniać wszystkie niuanse, ponieważ brak ich uwzględnienia skutkować może bardzo dużym rozczarowaniem inwestora. Niestety będzie już wtedy „pozamiatane” .

  15. Witam
    Robert ta rozbieznosc prawdopodobnie wynika z roznicy cen gazu w innym rejonie polski.Czytalem Damiana artykuły zachecam stosowac sie do jego wskazowek .Ja tez budowałem dom z pompa sprawdz moj wpis (ogrzewanie domu)
    Dobrze ze odpusciłes pompa to tylko z podłoguwka.A w nawiasie kto twojemu domowi wyzodzil taka krzywde ze pozera tyle gazu.
    Pozdrawiam

  16. Witam
    Damian(pisze do autora)przepraszam ze wszedłem z butami na twoja dzialke.
    Robisz dobra robote dla rodakow.Trudno jest przekonac budujacych do nowoczsnych rozwjazan ze wzglendu na rozne opinie a skad one sie biora nie bede pisał bo to temat rzeka.
    Budowałem w 2014r
    Wykonawca instalacji proponowal mi gruntowa pompe 9 bo mniejsza nie da rady,decyzje o zainstalowaniu 6 podjołem sam i to był strzał w 10.
    Pracuje w 2 taryfie 0,09 zł za 1kw ciepła.
    Jeszcze do Roberta,Damian daje tylko wskazowki,a analize budujacy robi sam,kazdy budynek wymaga indywidualnego podejscia.
    Na koniec przepraszam za błedy w pisowni,pisze z telefonu i jade na skruty.
    Pozdrawiam

    1. Witam,
      a ja właśnie zdecydowałem się na rekuperator i glikolowy wymiennik ciepła.Zadzwoniłem do starostwa i poinformowali mnie ,ze glikolowy wymiennik ciepła(poziomy) oni traktują jak pompę ciepła i nalezy projekt instalacji zgłosić …I co w takim razie zrobić?

      Pozdrawiam,
      Marcin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *