Budowa domu często niesie za sobą wybór źródła ciepła jakim będziemy ogrzewać budynek. Przy wyborze często pada określenie „pompa ciepła” jako jedna z opcji. Niewątpliwie jest to ekonomiczne źródło wody użytkowej i ogrzewania domu. W połączeniu z odzyskiem ciepła poprzez rekuperację oraz fotowoltaikę, możemy zminimalizować koszty ogrzewania do minimum. Rosnące ceny paliw jak gaz, olej opałowy czy węgiel, sprawiają, że pompy ciepła zyskują coraz większą popularność, mimo przejściowych wahań na rynku obserwowanych w 2024 roku. Tym bardziej, że istnieje możliwość dofinansowania w programie Czyste Powietrze, choć warto być na bieżąco ze zmianami w jego zasadach, które mają na celu uszczelnienie systemu i promowanie urządzeń o potwierdzonej jakości.

 

Trochę o historii

Zasada działania pomp ciepła jest znana od ponad 200 lat. Pierwsze urządzenie tego typu zostało zademonstrowane i udokumentowane w 1748 roku przez szkockiego naukowca Williama Cullena. Praca naukowca ukierunkowana była na uzyskaniu obniżenia temperatury, nie mniej jednak zasada działania obu urządzeń jest taka sama, więc historia chłodnictwa i pomp ciepła jest nierozłączna. Następnym znaczącym krokiem było stworzenie pierwszego agregatu chłodniczego (absorpcyjny) przez szkockiego naukowca J. Leslie w 1810 roku. W 1834 roku, Amerykanin Jacob Perkins jako pierwszy zbudował chłodziarkę sprężarkową której zasada działania jest wykorzystywana do dziś. W swoim urządzeniu jako czynnik roboczy wykorzystał eter etylowy.​ Za prekursora pompy ciepła uznaje się Williama Thomsona (lord Kelvin), który w 1852 roku zauważył, że urządzenie chłodnicze można wykorzystać jako źródło ciepła. Stworzył projekt otwartego obiegu ze sprężarką i dwoma zbiornikami wody, górnym i dolny (źródła ciepła). Dopiero trzy lata później skonstruował parownię soli w Austrii. W procesie sprężania powietrza urządzenie ogrzewało opary solanki, pozostałe ciepło trafiało ponownie obiegu. Jednak to Peter Von Rittinger uznany został za twórcę pierwszej pompy ciepła, kiedy to po przeprowadzonych eksperymentach z wykorzystaniem utajonego ciepła w postaci pary wodnej do odparowywania solanki poznał zasadę działania pompy ciepła. Pierwszy patent, w którym opisano gruntowe źródło ciepła, został złożony przez Heinricha Zoelly w 1912 roku. Patent został wydany w 1919 roku w Szwajcarii oraz opatrzono numerem 59350. W 1928 roku, T.G. Haldane w Anglii buduje instalację do ogrzewania domu oparte o urządzenie sprężarkowe w której czynnikiem roboczym był amoniak. W tym samym roku Aurel Stodola buduję jedna z pierwszych pomp ciepła, których dolne źródło ciepła stanowią wody jeziora Genewskiego. Do dziś jezioro stanowi źródło ciepła dla ratusza w Genewie.

Co to jest pompa ciepła ?

Pompa ciepła jest urządzeniem które pobiera energię cieplną z otoczenia budynku, a dokładnie powietrza wody lub gruntu. Następnie energia cieplna jest spożytkowana do ogrzewania domu, wody użytkowej. Cały proces przepływu ciepła przebiega wbrew naturalnemu kierunkowi, ponieważ energia cieplna jest pobierana z obszaru o niższej temperaturze i jest przekazywany do obszaru o temperaturze wyższej. Proces ten jest porównywany do „pompy hydraulicznej” pompującej najczęściej wodę z z niżej położonego zbiornika do położonego wyżej. Analogicznie przy „pompie ciepła” by zmienić naturalny przepływ ciepła z obszaru o niższej temperaturze do obszaru o wyższej temperaturze, wymagane jest dostarczanie energii z zewnątrz do napędu.

Jak działa pompa ciepła ?

Pompa ciepła wykorzystuje znane zjawisko termodynamiczne, które znajduje zastosowanie również w lodówkach czy klimatyzatorach. Proces ten zachodzi przy udziale czynnika chłodniczego, dzięki jego specyficznym właściwościom fizycznym.

Czynnik chłodniczy, przechodząc przez zawór rozprężny, zmienia swój stan z ciekłego na gazowy. Przy niskim ciśnieniu zaczyna wrzeć i parować, pobierając w tym procesie ciepło ze środowiska. Następnie czynnik w postaci pary zostaje przetransportowany do sprężarki, gdzie ulega sprężeniu, co powoduje dodatkowy wzrost temperatury i ciśnienia. Energia zawarta w czynniku w formie pary jest wystarczająca, aby ogrzać powietrze w pomieszczeniu lub wodę w układzie grzewczym.

Za zaworem rozprężnym ciśnienie czynnika ponownie maleje powodują obniżenie jego temperatury, pobierając przy tym energię cieplną z otoczenia (źródło dolne). Czynnik krąży w układzie zamkniętym, energia cieplna jest pobierana z zewnątrz ( źródło dolne ) do wewnątrz budynku ( źródło górne ) Bilans energetyczny pokazuje, że energia potrzebna do wymuszenia przepływu ciepła (zasilenia sprężarki ) to jedynie 20-30 % energii. Co za tym idzie, nawet 70-80 % energii dostarczonej do wnętrza budynku pochodzi zewnątrz.

 

Jakie są rodzaje pomp ciepła?

Głównym elementem podziału pomp ciepła jest miejsce, skąd pozyskiwana jest energia cieplna tzw. źródło dolne oraz źródło górne czyli miejsce do którego jest dostarczana.

Rodzaje pomp ciepła ze względu na dolne źródło ciepła:

• Powietrzne – źródłem ciepła jest powietrze z zewnątrz budynku,
• Gruntowe – energia cieplna pobrana jest z gruntu, często zwane solankowymi czy glikolowymi w zależności od stosowanego czynnika roboczego,
• Wodne – energia cieplna pobierana jest z wód gruntowych lub zbiorników wodnych.

 

Rodzaje pomp ciepła z podziałem na dolne-górne źródło ciepła.

• Powietrze-powietrze – źródło ciepła stanowi powietrze z zewnątrz do wewnątrz budynku. Możliwe łączenie z system wentylacji (rekuperacja) w domach pasywnych,
• Powietrze-woda – ciepło pobierane jest z powietrza, transpiruje ciepło do obiegu grzewczego; obecnie najpopularniejsze ze względu na stosunek ceny do efektywności i łatwość montażu,
• Woda-woda – źródło ciepła stanowią wody gruntowe, cechuje niewielkie różnice temperatur sezonowych. Warunek konieczny możliwość (dozwolone) wykorzystanie wód gruntowych,
• Glikol-woda (solanka-woda) – źródłem ciepła stanowi energia geotermalna, temperatura gruntu na określonej głębokości pozostaje względnie stała przez cały rok. Wysoka wydajność, ale i wyższe koszty instalacji.

Nowe trendy i wyzwania na rynku pomp ciepła w Polsce (2024-2025)

Rynek pomp ciepła w Polsce, mimo dynamicznego wzrostu w poprzednich latach, w 2024 roku doświadczył pewnego spowolnienia i zmian. Warto zwrócić uwagę na kilka kluczowych aspektów:

• Zmiany w programach dofinansowań: Program „Czyste Powietrze” oraz inne inicjatywy wspierające wymianę źródeł ciepła przechodzą modyfikacje. Kładziony jest większy nacisk na jakość urządzeń (np. poprzez listę ZUM – Zielonych Urządzeń i Materiałów) oraz uszczelnienie systemu dotacji, aby uniknąć nieprawidłowości i promować sprawdzone technologie. Warto dokładnie śledzić aktualne warunki, aby skorzystać z dostępnego wsparcia.
• Nowe generacje urządzeń: Producenci wprowadzają na rynek coraz bardziej zaawansowane technologicznie pompy ciepła. Obserwuje się trend w kierunku stosowania naturalnych czynników chłodniczych (np. propan R290, CO₂ R744), które mają znacznie niższy potencjał tworzenia efektu cieplarnianego (GWP) w porównaniu do tradycyjnych czynników HFC. Pompy ciepła na CO₂ zyskują na popularności, oferując wysoką efektywność, zwłaszcza w przygotowaniu ciepłej wody użytkowej.
• Rozwój technologii hybrydowych: Coraz częściej spotyka się systemy hybrydowe, łączące pompy ciepła z innymi źródłami energii, np. kotłami gazowymi czy fotowoltaiką, co pozwala na optymalizację kosztów i efektywności w zależności od warunków.
• Wahania rynkowe: W 2024 roku odnotowano spadek sprzedaży pomp ciepła w Polsce. Przyczyn tego zjawiska upatruje się m.in. w zmianach zasad dofinansowań, ogólnej sytuacji gospodarczej oraz nasyceniu rynku po okresie intensywnego wzrostu. Niemniej jednak, długoterminowe perspektywy dla tej technologii pozostają obiecujące ze względu na cele klimatyczne i dążenie do dekarbonizacji ogrzewnictwa.
• Edukacja i jakość montażu: Duży nacisk kładzie się na podnoszenie świadomości inwestorów oraz jakości instalacji. Prawidłowy dobór urządzenia, profesjonalny montaż i regularny serwis są kluczowe dla efektywnej i długotrwałej pracy systemu.

Podsumowując, wybór pompy ciepła to wciąż bardzo atrakcyjna opcja dla osób budujących lub modernizujących domy, jednak wymaga świadomego podejścia, śledzenia zmian rynkowych i technologicznych oraz korzystania z usług sprawdzonych specjalistów.