Pompa ciepła nie jest kotłem w tradycyjnym rozumieniu — zamiast spalać paliwo, wykorzystuje obieg czynnika chłodniczego, aby „przepompować” zakumulowaną w otoczeniu energię do instalacji grzewczej. Dzięki temu, że 75–80 % wytwarzanego w budynku ciepła pochodzi bezpośrednio z natury, technologia uchodzi dziś za jedną z najbardziej niskoemisyjnych metod ogrzewania. W praktyce o sukcesie inwestycji przesądza jednak kilka parametrów, z których najważniejszy to różnica temperatur między źródłem dolnym a systemem dystrybucji ciepła w domu. Im głębszy „skok” temperaturowy, tym więcej pracy musi wykonać sprężarka, co bezpośrednio przekłada się na zużycie energii elektrycznej i osiągany współczynnik sprawności.

Zrozumieć zasadę działania pompy ciepła

Choć na pierwszy rzut oka pompa ciepła przypomina zwyczajny kocioł podłączony do instalacji CO, jej sercem jest układ chłodniczy bliższy temu, który znamy z lodówek czy klimatyzatorów. Proces przebiega w czterech etapach: parownik pobiera ciepło z otoczenia, sprężarka podnosi temperaturę i ciśnienie czynnika, skraplacz oddaje energię do instalacji grzewczej, a zawór rozprężny przywraca parametry czynnika do punktu wyjścia. Cały cykl wymaga tylko dostarczenia energii elektrycznej do napędu sprężarki i elementów sterujących. Dzięki temu, że praca sprężarki jest „wzmocnieniem” energii pobranej z natury, uzyskujemy wielokrotność ciepła względem zużytej energii z sieci.

Różne drogi do tego samego celu: powietrze, grunt, woda

Powietrzne pompy ciepła (powietrze–woda oraz powietrze–powietrze) kuszą atrakcyjną ceną i nieskomplikowanym montażem, lecz ich sprawność wprost zależy od temperatury zewnętrznej. W klimacie umiarkowanym, gdzie średnia zimowa oscyluje wokół 0 °C, współczynnik COP sięga 3,5–4,0. Gdy słupek rtęci opadnie do –10 °C, COP może spaść poniżej 2, a układ często potrzebuje wsparcia grzałki elektrycznej lub pieca szczytowego.

Gruntowe pompy ciepła wykorzystują fakt, że poniżej strefy przemarzania (zwykle 1,2–1,8 m) temperatura ziemi pozostaje całorocznie stabilna w granicach 4–10 °C. To sprawia, że nawet przy –20 °C na zewnątrz, COP często mieści się w zakresie 4–5. Wersje z sondą pionową (odwierty 70–150 m) cechuje najwyższa przewidywalność, ale i największy koszt inwestycyjny. Kolektory poziome ułożone 1–1,5 m pod ziemią są tańsze, choć bardziej wrażliwe na sezonowe wahania temperatury gruntu.

Wodne pompy ciepła opierają się na stałej, kilkustopniowej temperaturze wody gruntowej lub dna zbiornika. Wymagają podwójnej studni (czerpnej i zrzutowej) bądź dostępu do jeziora; w zamian oferują COP porównywalny z gruntowymi, a przy dużej pojemności cieplnej wody zapewniają wyjątkowo stabilne parametry pracy.

Kiedy temperatura spada: jak odczytywać COP i SCOP

Współczynnik COP (Coefficient of Performance) mówi, ile kilowatogodzin ciepła urządzenie dostarcza, zużywając 1 kWh energii elektrycznej w konkretnych, laboratoryjnych warunkach. Dla zestawu powietrze–woda test przeprowadza się najczęściej przy +7 °C na zewnątrz i 35 °C w obiegu grzewczym. W rzeczywistym użytkowaniu warunki te zmieniają się z każdą pogodową anomalią, dlatego znacznie cenniejszym parametrem jest SCOP (Seasonal COP) obliczany dla pełnego sezonu grzewczego zgodnie z normą EN 14825. Sezonowa wartość 4 oznacza, że 75 % dostarczonego ciepła uzyskaliśmy bezpośrednio z otoczenia, natomiast tylko 25 % pochodziło z sieci elektrycznej.

W mroźne dni największy „wróg” pompy to rosnąca różnica temperatur między źródłem dolnym a górnym. Aby utrzymać komfort w budynku, sprężarka musi podnieść parametry czynnika do 45–50 °C, podczas gdy powietrze na zewnątrz bywa kilkadziesiąt stopni chłodniejsze. Wzrost pracy sprężarki nie tylko obniża COP, lecz także przyspiesza zużycie mechaniczne podzespołów. Bezpośrednią konsekwencją jest wyższy pobór prądu i często gorsza ekonomika całego układu.

Strategie na siarczysty mróz: który układ wybrać do chłodnego klimatu

W strefach, gdzie termometr regularnie pokazuje poniżej –10 °C, konstruktorzy zalecają przede wszystkim gruntowe i wodne pompy ciepła. Stabilna temperatura źródła dolnego (6–10 °C) sprawia, że urządzenie rzadko potrzebuje wsparcia grzałki, a energia na odszranianie parownika jest praktycznie pomijalna. Jeżeli inwestor mimo wszystko chce pozostać przy układzie powietrznym, warto rozważyć urządzenia z technologią EVI (Enhanced Vapor Injection) lub parownikiem o powiększonej powierzchni. Takie rozwiązania umożliwiają utrzymanie pełnej mocy przy –20 °C, choć kosztem nieco wyższej ceny zakupu.

Kluczowym parametrem projektowym w chłodnym klimacie jest tzw. punkt biwalentny, czyli temperatura, przy której pompa samodzielnie nie pokrywa już całego zapotrzebowania energetycznego budynku. Dla nowoczesnych domów jednorodzinnych z ogrzewaniem podłogowym granicę tę wyznacza się zwykle na –7 °C do –10 °C. Poniżej tej wartości system hybrydowy włącza dodatkowe źródło ciepła (kocioł gazowy, pelletowy lub grzałkę), aby uniknąć gwałtownego spadku efektywności.

Krok naprzód: rozwiązania zwiększające sprawność przy ekstremach

Producenci nieustannie udoskonalają konstrukcje, by ograniczyć wrażliwość na mróz. Popularność zyskują sprężarki inwerterowe o szerokim zakresie modulacji, które płynnie dostosowują moc do chwilowego zapotrzebowania, eliminując cykle start–stop podnoszące zużycie energii. Coraz częściej stosuje się też czynniki o niskim współczynniku GWP, takie jak R290 (propan), zapewniające wyższą temperaturę zasilania bez utraty sprawności. W pompach powietrznych dużą rolę odgrywa inteligentne sterowanie rozmrażaniem parownika: algorytmy przewidują moment narastania szronu i włączają cykl defrost jedynie, gdy jest to absolutnie konieczne.

Warto wspomnieć o możliwościach integracji z fotowoltaiką i magazynami energii. Samowystarczalny energetycznie budynek, w którym pompa ciepła współpracuje z instalacją PV i baterią, potrafi zbilansować pobór mocy nawet przy najniższych temperaturach. Oznacza to mniejsze obciążenie sieci i większą stabilność kosztów eksploatacji w długiej perspektywie.