Jak wygląda gruntowa pompa ciepła od środka

Wygląd jednostki wewnętrznej pompy gruntowej

Jednostka wewnętrzna przypomina wysoki, wąski szafę wolnostojącą albo wiszący kocioł, zwykle od 180 do 210 cm wysokości, 60 cm szerokości i głębokości około 65 cm. Front to gładka, biała lub jasnoszara blacha stalowa z klapką u dołu, za którą kryją się przyłącza hydrauliczne i filtr siatkowy. Na środku lub u góry umieszczono panel sterowania z kolorowym ekranem dotykowym o przekątnej 4 do 7 cali, pokrętłem oraz kilkoma przyciskami fizycznymi do obsługi awaryjnej. Wewnątrz obudowy, którą łatwo zdjąć po odkręceniu czterech śrub, znajdują się trzy główne sekcje: sprężarka inwerterowa na dole, płytowy wymiennik ciepła pośrodku oraz pompy obiegowe i armatura u góry.

• Wygląd jednostki wewnętrznej pompy gruntowej
• Jak wygląda dolne źródło pompy ciepła gruntowej
• Jak wygląda podłączenie pompy gruntowej do instalacji w domu

Sprężarka to aluminiowa kostka z miedzianymi rurkami i tłumikiem drgań, ważąca od 25 do 45 kg, przykręcona do gumowych podkładek antywibracyjnych. Bezpośrednio nad nią wisi parownik płytowy, zbudowany z kilkudziesięciu cienkich, lutowanych próżniowo blach ze stali nierdzewnej, przez który przepływa czynnik roboczy. Wokół wymiennika poprowadzono rurki freonowe w izolacji Armaflex o grubości 19 mm. Górna część to strefa hydrauliki: pompa obiegowa Grundfos lub Wilo, naczynie wzbiorcze o pojemności od 8 do 35 litrów, zawór trójdrogowy do przełączania ogrzewanie/ciepła woda użytkowa oraz manometry.

Po bokach obudowy widać otwory wentylacyjne i przepusty na okablowanie elektryczne. Zasilanie podłączane jest trójfazowo dla mocy powyżej 9 kW lub jednofazowo dla instalacji do 7 kW, co od razu wpływa na grubość przewodu: 5 × 2,5 mm² lub 3 × 4 mm². Z tyłu urządzenia znajdują się króćce przyłączeniowe o średnicy DN 25 lub DN 32 z gwintem wewnętrznym 1 cal do podłączenia obiegu grzewczego i źródła dolnego. Całość stoi na plastikowych stopkach regulacyjnych, które pozwalają wypoziomować jednostkę bez podmurówki, co ma znaczenie przy montażu na wylewce betonowej o grubości minimum 10 cm.

W praktyce instalacyjnej najczęściej spotykany układ to pompa typu split, gdzie jednostka wewnętrzna ma wbudowaną sprężarkę i skraplacz, a jedynym elementem na zewnątrz jest skrzynka z wymiennikiem pośrednim przy studni lub przy wejściu sond do gruntu. Mniej typowe, ale coraz popularniejsze rozwiązanie monoblok wymaga zainstalowania sprężarki na zewnątrz budynku, co zwalnia miejsce w kotłowni, ale wymaga izolowanego modułu zewnętrznego odpornego na mróz do -20°C. Z mojego doświadczenia wynika, że w polskim klimacie split wygrywa, bo cała elektronika pozostaje w cieple i nie trzeba stosować grzałek tacy skroplin.

Masa całego urządzenia wynosi od 110 kg przy mocy 6 kW do 220 kg przy 17 kW, dlatego konieczne jest zachowanie co najmniej 60 cm wolnej przestrzeni z przodu i 30 cm po bokach dla serwisu. Temperatura pracy sprężarki dochodzi do 110°C, więc obudowa musi spełniać normę PN-EN 60335-2-40 dotyczącą bezpieczeństwa urządzeń chłodniczych. Podczas pierwszego uruchomienia panel zgłasza ciśnienie czynnika R290 lub R32 w barach oraz temperaturę zasilania i powrotu, co pozwala od razu zweryfikować poprawność montażu. Brak wycieków na manometrze i stabilna różnica temperatur 5-9°C na wymienniku to pierwszy sygnał, że jednostka działa tak, jak powinna.

Jak wygląda dolne źródło pompy ciepła gruntowej

Dolne źródło to najczęściej pionowy odwiert geotermalny o głębokości od 80 do 200 m, w którym umieszczono sondę z rur PE 100 RC o średnicy 32 lub 40 mm. Rura tworzy zamkniętą pętlę w kształcie litery U, wypełnioną glikolem propylenowym lub etylenowym w stężeniu 25-35%, zwaną solanką. Na powierzchni widoczny jest jedynie betonowy lub plastikowy korpus studni z dwoma wyprowadzonymi rurami oraz skrzynka rozdzielcza z zaworami odcinającymi i manometrem kontrolnym.

Odwiert wykonuje wiertnica obrotowa średnicą 110-150 mm, a jego ściany zabezpiecza rura osłonowa PVC do głębokości przemarzania, czyli od 80 do 140 cm zależnie od regionu Polski. Wewnątrz umieszcza się sondę z czterema rurami połączonymi w jedną pętlę, co zwiększa powierzchnię wymiany ciepła o 80% w porównaniu z klasyczną podwójną U-rurą. Koniec pętli obciąża się ciężarkiem o masie 8-12 kg, by swobodnie opadła na dno otworu, a całość zalewa się zaczynem bentonitowo-cementowym dla lepszego kontaktu termicznego z gruntem.

Parametry gruntu determinują wydajność całego systemu. Według normy PN-EN 15450 przewodność cieplna gruntu w Polsce waha się od 1,8 W/(m·K) dla suchych piasków do 3,4 W/(m·K) dla wilgotnych glin. W praktyce oznacza to, że na każdy 1 kW mocy grzewczej potrzebne jest od 12 do 20 metrów bieżących odwiertu, a dla domu 150 m² zużywającego rocznie 18 000 kWh ciepła przychodzi liczyć 3-4 odwierty po 100 m lub jeden głębszy do 180 m. Koszt jednego metra odwiertu z sondą wynosi obecnie 180-280 zł, co daje łączny wydatek na dolne źródło rzędu 54 000-90 000 zł.

Alternatywą dla głębokich odwiertów jest kolektor poziomy, czyli system rur PE 100 o średnicy 40 mm ułożonych na głębokości 1,2-1,8 m, poniżej poziomu przemarzania. Rury prowadzi się w wykopach lub pługiem, zachowując odstęp 0,7-1,0 m między nitkami, by nie wzajemnie się ochładzały. Potrzebna powierzchnia działki to 1,5-2,5 raza większa niż ogrzewana kubatura, więc dla domu 200 m² zazwyczaj wymaga 600-900 m² terenu, co dyskwalifikuje rozwiązanie na małych parcelach miejskich. Gdy działka ma poniżej 500 m², pionowa sonda geotermalna zostaje jedynym sensownym wyborem.

Specyficznym wariantem są sondy helikalne, czyli spiralnie zwinięte rury osadzane w wykopie fundamentowym lub pod płytą. Działają na zbliżonej zasadzie co kolektor poziomy, ale zajmują jedynie 15-20% jego powierzchni, co bywa ratunkiem przy ciasnej zabudowie. Bez względu na typ dolnego źródła, instalacja musi spełniać wymogi Rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. 2019 poz. 1065), w szczególności odległość minimum 3 m od granicy działki i 5 m od studni wody pitnej.

Jak wygląda podłączenie pompy gruntowej do instalacji w domu

Połączenie pompy gruntowej z domową instalacją grzewczą zaczyna się w kotłowni lub pomieszczeniu technicznym o powierzchni minimum 6 m², z wentylacją nawiewno-wywiewną zapewniającą co najmniej 0,5 wymiany powietrza na godzinę. Rury solanki wchodzą przez przepust ścienny, łączą się z rozdzielaczem modułu hydraulicznego, a dalej przechodzą do płytowego wymiennika ciepła wewnątrz jednostki. Ten sam moduł zasila obieg grzewczy przez trójdrogowy zawór mieszający, bufor ciepła o pojemności 50-200 litrów oraz pompę obiegową dostosowaną do charakterystyki instalacji.

Bufor ciepła pełni rolę akumulatora energii i hydraulicznego separatora obiegów. Jego zadanie to wyrównanie pracy sprężarki, która działa najefektywniej w trybie ciągłym, oraz zapewnienie minimalnego przepływu przez parownik, gdy zawory termostatyczne w pokojach się zamkną. Dobór objętości zależy od mocy pompy i bezwładności budynku, ale ogólna reguła mówi o 20-30 litrach na każdy 1 kW mocy grzewczej. Dla typowego domu 150 m² z pompą 9 kW oznacza to zasobnik 180-270 l, ważący napełniony wodą 230-340 kg, dlatego stawia się go na betonowym podeście lub bezpośrednio na stropie o nośności 150 kg/m².

Obieg grzewczy najczęściej pracuje w temperaturze 35-45°C, gdy dom ogrzewany jest podłogowo, lub 50-55°C przy grzejnikach niskotemperaturowych. Pompa ciepła osiąga wtedy współczynnik SCOP od 3,8 do 5,2 w skali rocznej, co oznacza, że z każdej 1 kWh prądu pobiera 3,8-5,2 kWh ciepła. Połączenie hydrauliczne wymaga rur stalowych lub miedzianych o średnicy 28 mm dla mocy do 12 kW oraz 35 mm powyżej, izolowanych termicznie otuliną o grubości minimum 13 mm zgodnie z normą PN-EN 15316. Każde 10°C różnicy temperatury otoczenia rury względem czynnika to 2-3% straty, których można uniknąć dzięki solidnej izolacji.

Integracja z instalacją ciepłej wody użytkowej odbywa się przez zasobnik c.w.u. o pojemności 200-300 litrów, wyposażony w dodatkową wężownicę. Pompa podgrzewa wodę do 45-55°C, a jeśli wymagana jest dezynfekcja termiczna powyżej 60°C (norma PN-EN 806-2 dotycząca ochrony przed Legionellą), konieczne jest włączenie grzałki elektrycznej lub współpraca z kolektorami słonecznymi. Schemat podłączenia obejmuje zawór przełączający, zawór zwrotny oraz pompę cyrkulacyjną, jeśli odległość od zasobnika do najdalszego punktu poboru przekracza 8 m.

Sterowanie całością opiera się na regulatorze pogodowym z czujnikiem temperatury zewnętrznej oraz czujnikiem wody w buforze. Algorytm modulatora dopasowuje moc sprężarki inwerterowej do aktualnego zapotrzebowania, zmieniając częstotliwość pracy od 30 Hz do 90 Hz i modulując przepływ solanki. Dzięki temu pompa nie pracuje cyklicznie jak przerywacz, lecz płynnie dostosowuje się do krzywej grzewczej, co wydłuża jej żywotność do 20-25 lat. Schemat elektryczny musi uwzględniać zabezpieczenie nadprądowe typu B 16 A lub C 20 A oraz wyłącznik różnicowoprądowy 30 mA, zgodnie z wymogami PN-HD 60364-5-53.

Szczególną uwagę przy podłączeniu trzeba zwrócić na układ bezpieczeństwa: zawór bezpieczeństwa na 3 bar w obiegu solanki, naczynie wzbiorcze 35 l oraz automatyczny odpowietrznik. Pompa gruntowa pracuje przy ciśnieniu roboczym 1,5-2,5 bar, a każdy spadek o 0,3 bar w ciągu tygodnia sygnalizuje nieszczelność, którą trzeba zlokalizować manometrem i pianką detekcyjną. Prawidłowo wykonane podłączenie pozwala utrzymać straty hydrauliczne poniżej 15% mocy pompy, co bezpośrednio przekłada się na wyższy współczynnik SPF i niższe rachunki za prąd.

Planując rozmieszczenie elementów, warto zostawić minimum 80 cm wolnej przestrzeni przed panelem sterowania i 30 cm po bokach jednostki wewnętrznej. Bez tego serwisant nie wymieni sprężarki bez demontażu obudowy, co podnosi koszt ewentualnej naprawy o 40-60%.

Nie wolno podłączać pompy gruntowej do starej instalacji stalowej bez płukania i wymiany zaworów. Rdza i osady zablokują wymiennik płytowy w ciągu 3-5 sezonów, a jego wymiana kosztuje 4 000-7 000 zł.

Dobór mocy pompy do budynku opiera się na obliczeniowym zapotrzebowaniu na ciepło, które dla nowego domu pasywnego wynosi 20-30 W/m², a dla standardowego energooszczędnego 50-70 W/m². Dom o powierzchni 150 m² potrzebuje więc pompy o mocy grzewczej 8-11 kW, przy czym w polskim klimacie zima projektowa osiąga -20°C, a wtedy współczynnik COP spada do 2,8-3,2. Margines 10-15% ponad zapotrzebowanie projektowe pozwala pokryć deficyt mocy bez angażowania grzałki elektrycznej, która podraża koszt eksploatacji trzykrotnie. Przepisy dotyczące doboru i projektowania zawiera norma PN-EN 12831, określająca metodologię obliczeń strat ciepła budynku.

Źródła danych i norm: PN-EN 15450 (instalacje grzewcze w budynkach), PN-EN 12831 (obciążenie cieplne), PN-EN 60335-2-40 (bezpieczeństwo urządzeń chłodniczych), PN-EN 806-2 (zabezpieczenie instalacji wody pitnej), Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. 2019 poz. 1065 z późn. zm.), PN-HD 60364-5-53 (instalacje elektryczne niskiego napięcia). Dane dotyczące kosztów odwiertów geotermalnych pochodzą z raportów Polskiego Zrzeszenia Geotermalnego oraz portalu ForumBranżowe.pl.