Pompa ciepła powietrze-woda vs. ziemia-woda

Produkty dopiero przygotowujemy.

Natomiast możesz oglądać inne kategorie.

Pompa ciepła powietrze-woda i pompa ciepła grunt-woda rozwiązują dokładnie tę samą pracę – pobierają ciepło z otoczenia i przekazują je do systemu grzewczego domu – ale robią to tak różnymi sposobami, że porównywanie ich tylko pod względem ceny jest krótkowzroczne. Jedna pobiera ciepło z powietrza, które w zimie schładza się do temperatur ujemnych, druga z ziemi, gdzie temperatura kilka metrów pod powierzchnią praktycznie cały rok jest taka sama. Ten jeden różnic w źródle ciepła wpływa następnie na sprawność, cenę, wymagania przestrzenne, hałas i trwałość. W tym artykule omówimy oba systemy praktycznie, na rzeczywistych liczbach i typowych sytuacjach z codziennych domów jednorodzinnych na Słowacji – nie na marketingowych hasłach producentów.

Z góry jedna ważna uwaga: w tej kategorii obecnie nie mamy konkretnych modeli pomp ciepła, więc w artykule nie znajdziecie rekomendacji konkretnego produktu ani cennika. Celem jest, abyście po przeczytaniu byli w stanie samodzielnie ocenić, który typ nadaje się do waszego domu i działki, i abyście byli w stanie zadać odpowiednie pytania firmie montażowej, gdy zleczycie przygotowanie oferty.

Jak działają oba systemy – zasada w skrócie

Obie technologie to pompy ciepła w prawdziwym sensie tego słowa – działają na zasadzie kompresorowego obiegu chłodniczego, tylko odwrotnie: zamiast chłodzić wnętrze (jak lodówka) pobierają ciepło z otoczenia zewnętrznego i przekazują je do wody grzewczej. Różnica jest wyłącznie w tym, skąd ciepło jest pobierane.

Pompa ciepła powietrze-woda ssie zewnętrzne powietrze przez duży wentylator w jednostce zewnętrznej, czynnik chłodniczy w parowniku pobiera energię cieplną powietrza (nawet jeśli powietrze ma tylko -10 °C, nadal zawiera wykorzystywalne ciepło), kompresor sprasuje czynnik chłodniczy i tym samym podnosi jego temperaturę, a w skraplaczu ta temperatura jest przekazywana wodzie grzewczej. Chłodzone powietrze jest wypuszczane z powrotem na zewnątrz, ochłodzone o kilka stopni.

Pompa ciepła grunt-woda działa z tym samym obiegiem chłodniczym, tylko źródłem ciepła nie jest powietrze, ale niezamarzająca się mieszanina (glikol) krążąca w wiertach gruntowych lub w płaskim kolektorze umieszczonym pod powierzchnią działki. Ta mieszanina pobiera ciepło bezpośrednio z skały lub ziemi, która w naszych szerokościach geograficznych w głębokości około 1,5 – 2 m nad zamarznięciem praktycznie cały rok ma stałą temperaturę około 8 – 12 °C, w większych głębokościach wiert (60 – 150 m) temperatura jest jeszcze bardziej stabilna, zwykle 10 – 14 °C.

Niżej znajduje się uproszczony schemat obu obiegów – zwróćcie uwagę, że różni się tylko pierwszy krok (źródło ciepła), reszta technologii (kompresor, skraplacz, pompa obiegowa, system grzewczy domu) jest identyczna.

Kluczowa właściwość: sprawność przy różnych temperaturach zewnętrznych

Sprawność pompy ciepła podaje się w postaci współczynnika COP (Coefficient of Performance) dla konkretnej temperatury pracy i SCOP (Sezonalny COP) jako średnia za całą sezon grzewczy. Liczba COP 3,5 oznacza, że z 1 kWh energii elektrycznej wprowadzonej do kompresora powstaje 3,5 kWh ciepła – reszta (2,5 kWh) jest „za darmo" pobrana z otoczenia.

Tutaj pojawia się największy realny różnic między oboma systemami. Pompa ciepła powietrze-woda ma sprawność silnie zależną od temperatury zewnętrznej – im zimniej na zewnątrz, tym mniejszy jest różnica temperatur, którą trzeba pokonać kompresorem, i tym niższy jest COP. Pompa ciepła grunt-woda pracuje praktycznie zawsze z tym samym źródłowym ciepłem (ta stabilna temperatura ziemi), więc jej COP zmienia się tylko minimalnie, niezależnie od tego, czy na zewnątrz mróz -15 °C czy jest +5 °C.

Typowe orientacyjne wartości, z którymi spotykamy się często w praktyce przy nowoczesnych jednostkach wysokiej jakości pracujących z podłogowym ogrzewaniem (temperatura wody około 35 °C):

Temperatura zewnętrzna	COP powietrze-woda	COP grunt-woda
+7 °C	4,0 – 4,5	4,8 – 5,2
0 °C	3,2 – 3,6	4,6 – 5,0
-7 °C	2,4 – 2,8	4,3 – 4,7
-15 °C	1,8 – 2,2	4,0 – 4,4

Na całą sezon grzewczy (SCOP) w naszych warunkach klimatycznych średnio wychodzi to na około 3,3 – 3,7 przy powietrze-woda i 4,3 – 4,8 przy grunt-woda. Różnica między 3,5 a 4,5 wygląda na papierze mała, ale w przeliczeniu na roczną zużycie energii elektrycznej domu z potrzebą ciepła 15 000 kWh/rok oznacza to około 4 285 kWh zużytej energii elektrycznej przy powietrze-woda w porównaniu do 3 333 kWh przy grunt-woda – czyli około 950 kWh mniej rocznie przy systemie gruntowym, co przy standardowych cenach energii elektrycznej jest dostrzegalną, ale nie dramatyczną oszczędnością (na ten temat mamy osobny szczegółowy artykuł z obliczeniami, link znajdziecie niżej).

Praktyczne znaczenie: im bardziej surowa zimowa klimata (górska strefa, północne Słowacja, otwarte tereny z mroźnymi wiatrami), tym większa rzeczywista różnica na korzyść ziemia-woda. Natomiast w łagodniejszych nizinnych strefach z krótkimi okresami mrozu różnica jest mniejsza, a powietrze-woda może być operacyjnie zaskakująco zbliżona.

Koszty zakupu – gdzie pojawia się największy rozdźwięk

To właśnie jest obszar, gdzie oba systemy najbardziej się różnią, a gdzie ziemia-woda najwięcej osób rysuje linię przez budżet. Samo pompa ciepła (jednostka wewnętrzna lub zewnętrzna z kompresorem) nie różni się aż tak bardzo cenowo – różnica w samej jednostce wynosi typowo kilkaset euro. Różnica pojawia się przy źródle ciepła.

W przypadku powietrze-woda wystarczy zamontować jednostkę zewnętrzną na wyprofilowanym podstawieniu lub konsole przy ścianie domu, połączyć ją rurami z jednostką wewnętrzną i podłączyć elektryczność. Cała instalacja w typowym domu jednorodzinnym da się zrealizować w ciągu 1–3 dni.

W przypadku ziemia-woda trzeba dodatkowo zbudować ziemny wymiennik ciepła – albo wiercenie pionowe, albo płyta (poziomy) kolektor:

Wiercenia pionowe – są wykonywane na głębokości 80–150 m, koszt prac wiertniczych oscyluje orientacyjnie w granicach 40–60 €/metr bieżący wraz z materiałem i ułożeniem. Dla typowego domu jednorodzinnego z stratą ciepła 8–10 kW zazwyczaj realizuje się 2 wiercenia po 100–120 m, czyli 200–240 metrów wiertniczych. To samo w sobie stanowi dodatkowy koszt rzędu 9 000–14 000 € tylko za prace wiertnicze, do tego trzeba doliczyć potrzebę dostępu wiertnicy do działki (nie zawsze możliwe przy wąskich lub już zabudowanych działkach).
Kolektor poziomy – umieszczany jest powierzchniowo na głębokości 1,2–1,5 m, jest tańszy w realizacji (prace wykopowe), ale wymaga powierzchni działki około 1,5–2-krotnie większej niż ogrzewana powierzchnia podłogi domu, która potem nie może być zabudowana, asfaltowana ani zasiana drzewami z głębokimi korzeniami.

W wyniku tego kompletna realizacja pompy ciepła ziemia-woda dla typowego domu jednorodzinnego (do 150 m² powierzchni podłogi) kosztuje orientacyjnie 18 000–26 000 € wraz z pracami ziemnymi, podczas gdy porównywalna pompa ciepła powietrze-woda wraz z montażem oscyluje w granicach 9 000–15 000 €. Różnica wynosi więc typowo 8 000–12 000 € na niekorzyść systemu ziemnego – właśnie to jest głównym powodem, dla którego powietrze-woda dziś na Słowacji jest wyraźnie częstszy wyborem dla nowych budynków jak i remontów.

Wymagania przestrzenne i odpowiedniość działki

Jednostka zewnętrzna powietrze-woda wymaga tylko wyprofilowanej powierzchni około 1 × 1 m przy ścianie domu lub na dachu/terasie, z odpowiednim odstępem od okien kuchni (ze względu na hałas i przepływ powietrza) oraz wolnymi przestrzeniami do ssania i wypuszczania powietrza. Jest więc stosowalna praktycznie na każdej działce, w tym zabudowy szeregowej i miejskich działkach.

Pompa ciepła ziemia-woda stawia znacznie wyższe wymagania do działki. Wiercenia pionowe wymagają dostępu dla wiertnicy (szerokość drogi dostępu przynajmniej 2,5–3 m, wystarczająca nośność terenu) oraz odstępów między wierceniami a od krawędzi działki (zazwyczaj przynajmniej 5–10 m między wierceniami, aby się wzajemnie nie wpływały cieplnie, oraz zgoda sąsiada lub zgodność z odstępem od granicy działki zgodnie z lokalnymi przepisami). Kolektor poziomy wymaga powierzchni 1,5–2-krotnie większej niż ogrzewana powierzchnia domu, która musi zostać trwale niezabudowana i bez drzew z głębokimi korzeniami.

Hałas

Jednostka zewnętrzna pompy ciepła powietrze-woda zawiera duży wentylator, który jest źródłem hałasu – typowe wartości oscylują w granicach 45–60 dB(A) w odległości 1 m od jednostki przy pełnym wydajności, przy lepszych modelach z nocnym trybem cichym można to obniżyć o kolejne 5–10 dB. W większej odległości (5–10 m, czyli w stronę działki sąsiada lub okna kuchni) hałas naturalnie maleje, ale przy zwartej zabudowie lub blisko granicy działki hałas może być przyczyną skargi sąsiada lub potrzeby analizy akustycznej przy pozwoleniu na budowę.

Pompa ciepła grunt-woda nie ma żadnej zewnętrznej jednostki z wentylatorem – całe urządzenie (kompresor, pompy obiegowe) znajduje się wewnątrz pomieszczenia technicznego. Poziom hałasu wewnętrznej jednostki wynosi około 35 – 45 dB(A), co odpowiada poziomowi hałasu lodówki lub cichiej pompy obiegowej, a ponadto dźwięk jest izolowany przez ściany domu. To jest jeden z jasnych argumentów na korzyść grunt-wody przy gęstej zabudowie, wąskich działkach lub wrażliwych relacjach sąsiedzkich.

Trwałość i konserwacja

Zewnętrzna jednostka pompy ciepła powietrze-woda jest narażona bezpośrednio na wpływy pogodowe (mróz, deszcz, śnieg, promieniowanie UV, a przy morzu także powietrze z solą – nie bierzemy tego tu pod uwagę), co skraca jej żywotność w porównaniu do technologii chronionej w pomieszczeniu. Zwykle podawana żywotność kompresora i zewnętrznej jednostki wynosi 15 – 20 lat, po których zazwyczaj konieczna jest wymiana jednostki (podobnie jak w przypadku klimatyzacji). Konserwacja obejmuje regularne czyszczenie wymiennika z brudu i liści, kontrolę odpływu kondenatu i czynnika chłodzącego.

Pompa ciepła grunt-woda ma wewnętrzną jednostkę chronioną przed wpływami pogodowymi, co wydłuża jej żywotność do typowo 20 – 25 lat. Sam wymiennik gruntowy (wiercenia, kolektor rur) ma żywotność znacznie dłuższą – dobrze wykonane wiercenia z certyfikowanymi rurami podają się na 50 i więcej lat, czyli praktycznie na całe życie budynku. Oznacza to, że przy wymianie pompy ciepła po 20–25 latach w przypadku systemu gruntowego zazwyczaj wymienia się tylko samą jednostkę, a wymiennik gruntowy nadal działa – co częściowo kompensuje wyższą początkową inwestycję w długim horyzoncie.

Szybkość i prostota montażu

Z punktu widzenia harmonogramu budowy różnica jest znaczna. Powietrze-woda można zainstalować praktycznie kiedykolwiek w ciągu roku, montaż zewnętrznej i wewnętrznej jednostki wraz z podłączeniem zajmuje zazwyczaj 2 – 4 dni robocze, co umożliwia elastyczne planowanie, również dodatkowej instalacji w już zbudowanym i zamieszkanym domu.

Grunt-woda wymaga oddzielnej fazy wiercenia lub prac ziemnych, najlepiej zaplanowanej przed ukończeniem prac terenowych wokół domu (kiedy jeszcze nie założono trawy, chodników, wyłożonych powierzchni), ponieważ wiertnica i technika robocza wymagają dostępu ciężarów. Wiercenie 2 otworów trwa zazwyczaj 2 – 4 dni w zależności od warunków geologicznych (skala wierci się wolniej niż ziemia luźna), plus sam montaż pompy ciepła kolejne 2 – 3 dni. W przypadku renowacji już gotowego domu z rozwiniętą ogródką realizacja systemu gruntowego jest logistycznie i finansowo bardziej wymagająca (ryzyko uszkodzenia istniejącej ogródki, płotów, wyłożonych powierzchni).

Schemat decyzyjny – co wziąć pod uwagę

Poniżej znajduje się uproszczony schemat, który polecamy przeanalizować podczas podejmowania decyzji. Nie jest to ścisłe zasady, ale kolejność pytań, które powinieneś zadać sobie wcześniej, zanim skontaktujesz się z firmą montażową w sprawie konkretnej oferty.

Na co dzień najczęściej spotykamy się z dwoma typowymi profilami Klientów. Pierwszy typ ma ograniczony budżet, typową miejską lub podmiejską działkę i chce rozwiązanie realizowalne szybko – tam praktycznie zawsze rekomendujemy powietrze-woda. Drugi typ ma większy ogródek na wsi, planuje dom na całe życie (często nową budowę z pasywnym lub niskoenergetycznym standardem), nie przeszkadza mu wyższa początkowa inwestycja w zamian za niższe koszty eksploatacji i minimalny hałas – tam ma sens rozważyć grunt-woda, najlepiej już w fazie projektowania domu, kiedy można zsynchronizować fazę wiertniczą z harmonogramem budowy i pracami ziemnymi.

Czym oba systemy się różnią

Nieważne, czy źródłem ciepła jest grunt, czy powietrze, dla obu typów obowiązują te same ogólne rekomendacje. Obie technologie działają najlepiej i najefektywniej z niskotemperaturowym systemem ogrzewania (ogrzewanie podłogowe, ewentualnie nadmiarowo wymiarowane grzejniki lub konwektory z niską temperaturą wody 35 – 45 °C) – im niższa jest wymagana temperatura wody, tym wyższy COP obu systemów. Obie technologie wymagają również poprawnego wymiarowania według strat ciepła budynku (nie „na oko" ani według powierzchni domu), co powinien przygotować projektant na podstawie obliczeń cieplno-technicznych, a nie firma montażowa szacunkowo. Podwymiarowana i nadwymiarowana pompa ciepła – w obu przypadkach – prowadzi do niepotrzecznie wysokiego zużycia energii, częstszego uruchamiania kompresora i skracania jego żywotności.

Oba systemy wymagają również dobrej konstrukcji bivalentnej lub monowalentnej (szczególnie przy powietrze-woda w ekstremalnych mrozach poniżej -15 do -20 °C, kiedy niektóre starsze lub tańsze modele wymagają dodatkowego elektrycznego grzałki), a oba korzystają z dobrze skonfigurowanego sterowania ekwitermicznego, które dostosowuje temperaturę wody grzewczej do aktualnej temperatury zewnętrznej zamiast ustalonej wartości.

Podsumowanie – jak podejmować decyzję

Jeśli zsumujemy cały artykuł w kilku zdaniach: pompa ciepła powietrze-woda jest obecnie w Polsce dominującym wyborem ze względu na niższą początkową inwestycję (szacunkowo 9 000 – 15 000 € kompletnie), szybszy i prostszy montaż bez potrzeby dużego działki, ale z niższą sprawnością przy silnych mrozach (COP spada do 1,8 – 2,2 przy -15 °C) i z wyższym hałasem zewnętrznej jednostki (45 – 60 dB). Pompa ciepła grunt-woda z kolei oferuje stabilnie wysoką sprawność niezależnie od pogody (COP 4,0 – 5,0 przez cały rok), praktycznie zerowy zewnętrzny hałas i dłuższą żywotność wymiennika gruntowego (50+ lat), ale za cenę znacznie wyższej początkowej inwestycji (18 000 – 26 000 €) i konieczności posiadania odpowiedniej działki z dostępem dla ciężarówki.

Nie istnieje uniwersalne „lepsze" rozwiązanie – poprawny wybór zawsze zależy od kombinacji budżetu, wielkości i kształtu działki, planowanej długości pobytu w domu oraz wrażliwości na hałas. Zalecamy, aby przed ostateczną decyzją zlecić obliczenia cieplno-techniczne domu i niezobowiązkową wizytę na działce od doświadczonej firmy montażowej – szczególnie w przypadku grunt-wody, rzeczywista realizowalność wiercenia na konkretnej działce to kwestia, którą należy sprawdzić wcześniej, a nie dopiero po podpisaniu umowy.

Częste pytania

Czy pompa ciepła grunt-woda może być dodatkowo zainstalowana w już istniejącym domu z rozwiniętym ogródkiem?

Tak, ale jest to logistycznie trudniejsze i droższe niż w przypadku nowej budowy. Wiercenia pionowe wymagają dostępu do miejsca wiercenia przez maszynę wiertarską, co może oznaczać tymczasowe uszkodzenie części trawnika, chodników lub ogrodzenia, które trzeba po wykonaniu prac odnowić. Kolektor poziomy w przypadku rozwiniętego ogródka praktycznie jest niewykonalny bez znacznego wpływu na istniejącą roślinność. W praktyce więc grunt-woda jest łatwiejszy do realizacji przy nowej budowie lub przed zakończeniem prac terenowych wokół domu.

Czy pompa ciepła powietrze-woda działa wiarygodnie nawet w silnych mrozach poniżej -15 °C?

Tak, nowoczesne jednostki są zaprojektowane do pracy nawet w temperaturze -20 do -25 °C, ich sprawność przy tych temperaturach jednak znacząco spada (COP około 1,8 – 2,2) i niektóre modele wymagają w ekstremalnych mrozach wspomagania grzałką elektryczną. Projektując system należy zawsze uwzględniać najniższe typowe temperatury w swoim regionie i polecić wymiarowanie systemu specjalistowi na podstawie rzeczywistej straty ciepła domu.

Czy prawdą jest, że pompa ciepła grunt-woda zawsze jest korzystniejsza z długoterminowego punktu widzenia?

Nie automatycznie. Większa sprawność grunt-wody oznacza niższe roczne zużycie energii elektrycznej, ale różnica w nakładzie inwestycyjnym (zazwyczaj 8 000 – 12 000 € na niekorzyść grunt-wody) przy standardowym zużyciu energii w domu rodowym zwraca się stopniowo przez wiele lat. Dokładne obliczenie zwrotu inwestycji zależy od konkretnej straty ciepła domu, cen energii elektrycznej oraz od tego, czy dom korzysta również z fotowoltaiki. Szczegółowy obliczenia znajdziesz w osobnym artykule o oszczędnościach pomp ciepła (link poniżej).

Ile miejsca na działce rzeczywiście potrzebuję na kolektor gruntowy lub wiercenia?

Przy kolektorze poziomym licz na powierzchnię około 1,5 do 2-krotności ogrzewanej powierzchni podłogi domu, która musi zostać trwale wolna (bez wyłożonych powierzchni, basenu czy drzew z głębszym korzeniem). Przy wierceniach pionowych chodzi bardziej o dostępność – potrzebna jest droga dla maszyny wiertarskiej (trwale wyłożona droga min. 2,5 – 3 m) oraz przestrzeganie odstępów między wierceniami (5 – 10 m) oraz od granic sąsiednich działek zgodnie z lokalnymi przepisami.

Czy pompa ciepła grunt-woda rzeczywiście jest znacznie cichsza?

Tak, znacznie. Zewnętrzna jednostka powietrze-woda z wentylatorem osiąga 45 – 60 dB(A) przy jednostce, podczas gdy wewnętrzna jednostka grunt-wody umieszczona w pomieszczeniu technicznym oscyluje w granicach 35 – 45 dB(A), ponadto odizolowana ścianami domu. Jeśli rozważasz gęstą zabudowę, bliskiego sąsiada lub sypialnię blisko miejsca planowanej zewnętrznej jednostki, to jest to jeden z najważniejszych argumentów na korzyść systemu gruntowego.

Czy opłaca się połączyć pompę ciepła z istniejącym kotłem gazowym zamiast całkowitego wymiany?

Takie rozwiązanie bivalentne jest możliwe i w niektórych renowacjach ma sens – pompa ciepła pokrywa większość sezonu, a starszy kotłek włącza się tylko w czasie najmocniejszych mroźnych dni lub jako rezerwa. To rozwiązanie jest typowe raczej dla powietrze-woda (ze względu na prostsze montaż obok istniejącego kotła) niż dla grunt-wody, gdzie wysoki nakład inwestycyjny na wiercenia zazwyczaj motywuje do pełnego rozwiązania monowalentnego bez pozostawienia starego źródła.

Powiązane tematy

Masz pytanie na ten temat?

Nie możesz się zdecydować lub rozważasz konkretną sytuację w swoim domu? Napisz do nas – chętnie doradzimy.