Wodna pompa ciepła wykorzystuje energię cieplną zakumulowaną w wodach podziemnych lub zbiornikach powierzchniowych. Taki sposób ogrzewania charakteryzuje się stabilnością parametrów pracy przez cały rok. Temperatura wód gruntowych utrzymuje się zazwyczaj na poziomie 8-10°C niezależnie od pory roku, dzięki czemu instalacja pracuje w korzystnych warunkach termicznych. System ten najczęściej występuje w konfiguracji woda-woda, zapewniając wysoką efektywność energetyczną. Współczynnik COP (Coefficient of Performance) dla wodnych pomp ciepła może osiągać wartość 5-6 przy parametrach W10/W35, podczas gdy pompy powietrzne osiągają COP na poziomie 3-4. Oznacza to, że z 1 kWh energii elektrycznej otrzymujemy nawet 6 kWh energii cieplnej. Pompy typu woda-woda oraz gruntowe charakteryzują się wyższymi współczynnikami wydajności niż pompy powietrzne ze względu na stabilną temperaturę dolnego źródła. Wysoka wartość COP przekłada się bezpośrednio na niskie koszty eksploatacyjne i szybki zwrot z inwestycji. Funkcjonowanie urządzenia opiera się na poborze energii z wody za pomocą parownika – wymiennika ciepła. Woda dostarcza ciepło do czynnika roboczego, który zmienia stan skupienia i paruje. Następnie sprężarka podnosi temperaturę i ciśnienie czynnika. Energia przekazywana jest do skraplacza, skąd trafia do instalacji grzewczej oraz zasobnika ciepłej wody użytkowej. Schłodzona woda po odebraniu energii wraca do środowiska poprzez studnię zrzutową lub odprowadzana jest do zbiornika wodnego. Szczegółowe informacje o różnych systemach znajdziesz w sekcji rodzaje pomp ciepła.
Warunki techniczne instalacji wodnej pompy ciepła
Zastosowanie wodnej pompy ciepła wymaga dostępu do odpowiedniego źródła wody o właściwych parametrach. Do prawidłowego funkcjonowania wodnej pompy ciepła o mocy 10 kW potrzebne jest około 2000 litrów wody gruntowej na godzinę. Najczęściej realizuje się to poprzez wykonanie dwóch studni głębinowych o głębokości od 20 do 50 metrów. Studnia czerpalna pobiera wodę ze zbiornika wód gruntowych. Woda za pomocą pompy głębinowej trafia do wymiennika ciepła urządzenia. Studnia zrzutowa odprowadza schłodzoną wodę z powrotem do gruntu. Alternatywą może być zbiornik wodny (staw, jezioro, rzeka) znajdujący się w pobliżu budynku. Minimalna odległość między studniami powinna wynosić 10-15 metrów. Zapobiega to przedostawaniu się schłodzonej wody z powrotem do studni czerpalnej. Temperatura wody powinna zawierać się w przedziale 7-12°C dla osiągnięcia optymalnej wydajności. Jakość wody ma bezpośredni wpływ na trwałość i bezpieczeństwo instalacji. Zbyt duża ilość żelaza lub manganu może prowadzić do zużycia pompy lub zatkania studni, skutkując wyższymi kosztami konserwacji. Woda powinna zawierać niewielkie ilości tlenu i charakteryzować się niską przewodnością. W przeciwnym razie może wystąpić problem z korozją oraz osadami w studni. Przed podjęciem decyzji konieczne jest wykonanie hydrogeologicznej oceny terenu wraz z analizą składu chemicznego wody. Ocena ta pozwala określić wydajność warstw wodonośnych oraz potencjalne zagrożenia dla instalacji. W przypadku niekorzystnego składu wody stosuje się pośrednie wymienniki ciepła (obieg pośredni), zwiększa to jednak koszty inwestycyjne. Profesjonalny montaż pompy ciepła wymaga przeprowadzenia szczegółowych badań geologicznych i hydrogeologicznych.
Wymagania prawne dotyczące studni głębinowych
Realizacja instalacji z wodną pompą ciepła wiąże się z koniecznością spełnienia wymogów prawnych określonych w ustawie Prawo wodne. Nie jest wymagane pozwolenie wodnoprawne na wykonanie urządzeń wodnych do poboru wód podziemnych na potrzeby zwykłego korzystania z wód z ujęć o głębokości do 30 m oraz pobór wód w ilości nieprzekraczającej 5 m³ na dobę. Zwykłe korzystanie z wód oznacza wykorzystanie na potrzeby własnego gospodarstwa domowego. Dotyczy to przede wszystkim ogrzewania budynku i przygotowania ciepłej wody użytkowej. Studnie o głębokości przekraczającej 30 metrów wymagają uzyskania pozwolenia wodnoprawnego wydawanego przez starostę. Do wniosku należy dołączyć operat wodnoprawny zawierający dokumentację techniczną urządzenia. Wymagany jest również projekt prac geologicznych oraz analiza hydrogeologiczna terenu. Zamiar wykonania studni o głębokości do 30 metrów należy zgłosić w starostwie powiatowym na 30 dni przed rozpoczęciem wiercenia. Jeśli w tym czasie organ nie wniesie sprzeciwu, można rozpocząć prace. Pozwolenie wodnoprawne określa maksymalną ilość pobieranej wody na godzinę i średnią na dobę, uwzględniając możliwości eksploatacyjne studni. Po zakończeniu prac geologicznych należy w ciągu 6 miesięcy dostarczyć dokumentację do organu administracji geologicznej. Ograniczenia prawne obejmują także strefy ochronne ujęć wody oraz obszary Natura 2000. Na takich terenach wykonanie studni może być niemożliwe lub wymagać dodatkowej oceny oddziaływania na środowisko. Same pompy ciepła o mocy elektrycznej do 50 kW nie wymagają pozwolenia na budowę ani zgłoszenia zgodnie z art. 29 ust. 4 pkt 3c ustawy Prawo budowlane. Wyjątek stanowią obiekty wpisane do rejestru zabytków, gdzie konieczne jest uzyskanie pozwolenia konserwatorskiego.
Zalety i ograniczenia wodnych pomp ciepła
Zaletą wodnych pomp ciepła jest bardzo wysoka sprawność sezonowa wynikająca ze stałej temperatury dolnego źródła. SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) dla takich instalacji może osiągać wartość 4,5-5,5, przewyższając pompy powietrzne o około 30-50%. Stabilność temperatury wody gruntowej ogranicza wahania parametrów pracy i zmniejsza zużycie energii elektrycznej. Pompy wodne pracują efektywnie nawet podczas najzimniejszych zimowych nocy, osiągając wydajność od 300% do 600%. Wydajność pomp ciepła woda-woda wynosi czasami około 500%, co odpowiada rocznemu współczynnikowi wydajności APF na poziomie 5. System może funkcjonować jako jedyne źródło ciepła nawet przy skrajnie niskich temperaturach zewnętrznych. Dodatkowym atutem jest możliwość wykorzystania instalacji do chłodzenia w sezonie letnim poprzez pasywną wymianę ciepła. Instalacja charakteryzuje się cichą pracą i może być umieszczona wewnątrz budynku w dowolnym pomieszczeniu gospodarczym. Urządzenie nie emituje spalin ani innych szkodliwych substancji, przyczyniając się do redukcji emisji CO2. Połączenie z instalacją fotowoltaiczną dodatkowo obniża koszty operacyjne. Ograniczeniem pozostają wysokie koszty inwestycyjne na poziomie 60-80 tysięcy złotych, obejmujące zakup urządzenia, wykonanie studni oraz montaż instalacji. Cena samych studni głębinowych jest ustalana indywidualnie w zależności od warunków geologicznych i sposobu wiercenia. Formalności związane z uzyskaniem pozwoleń oraz analiza hydrogeologiczna wydłużają czas realizacji inwestycji. Warunki hydrogeologiczne terenu mogą uniemożliwić zastosowanie takiego rozwiązania w niektórych lokalizacjach. Nie każda działka dysponuje wystarczającymi zasobami wody gruntowej o odpowiedniej jakości i wydajności. W obszarach ochrony wód oraz strefach ochronnych ujęć nie można wykonywać studni głębinowych. Regularny serwis pompy ciepła jest niezbędny do utrzymania wysokiej efektywności instalacji przez wiele lat eksploatacji.
Zastosowanie wodnych pomp ciepła w praktyce
Wodne pompy ciepła najlepiej sprawdzają się w obiektach zaprojektowanych pod instalacje niskoemperaturowe. Optymalne warunki pracy uzyskuje się przy współpracy z ogrzewaniem podłogowym wymagającym temperatury zasilania 30-35°C. Im niższa temperatura zasilania instalacji grzewczej, tym wyższa wartość współczynnika COP. Również grzejniki konwekcyjne mogą współpracować z wodną pompą ciepła, lecz muszą posiadać większą powierzchnię niż przy klasycznych kotłach. Grzejniki powinny być około dwukrotnie większe, niż przy zasilaniu wodą o temperaturze 70-80°C z kotła gazowego lub olejowego. Współczesne pompy ciepła woda-woda mogą pracować z temperaturą zasilania do 55°C, umożliwiając ogrzewanie także starszych budynków z tradycyjnymi grzejnikami. Warunkiem efektywnej pracy pozostaje dobra izolacja termiczna budynku minimalizująca straty ciepła. Instalacja wymaga zasobnika buforowego na ciepło oraz zasobnika ciepłej wody użytkowej dla zapewnienia stabilności pracy systemu. Pompy wyposażone w sprężarki inwerterowe pozwalają na płynną regulację mocy grzewczej. Eliminują częste wyłączanie i uruchamianie sprężarki (taktowanie), przedłużając trwałość urządzenia. System może być rozbudowany o hybrydowe rozwiązanie z dodatkowym źródłem ciepła dla zwiększenia niezawodności. Oferujemy kompleksową ocenę możliwości zastosowania wodnej pompy ciepła obejmującą analizę hydrogeologiczną terenu, projekt instalacji oraz fachowy montaż. Nasze doświadczenie pozwala na precyzyjne dopasowanie parametrów instalacji do indywidualnych potrzeb budynku. W przypadku wątpliwości dotyczących wyboru odpowiedniego typu pompy ciepła chętnie przeprowadzimy szczegółową analizę opłacalności różnych rozwiązań technicznych.
