Gruntowe pompy ciepła to zaawansowane urządzenia grzewcze i chłodzące, które wykorzystują stabilną temperaturę ziemi do efektywnego ogrzewania domów i budynków. Choć ich zasada działania opiera się na znanych zjawiskach fizycznych, wymagają precyzyjnego projektu i instalacji. W poniższym artykule opisujemy krok po kroku, jak działa gruntowa pompa ciepła, z czego się składa, jakie korzyści i ograniczenia ze sobą niesie oraz kiedy inwestycja staje się opłacalna.
1. Źródło energii – temperatura gruntu
Zasada działania gruntowej pompy ciepła bazuje na stałej temperaturze gruntu na głębokości od 1,5 do 2 metrów, utrzymującej się między 6°C a 12°C przez cały rok. Latem ziemia magazynuje nadmiar ciepła, a zimą je oddaje. Dzięki temu pompa ciepła może pobierać ciepło z gruntu nawet przy niskich temperaturach powietrza, osiągając wysoki współczynnik wydajności.
Fakty: Badania Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej potwierdzają, że temperatura gruntu na głębokości 2 m w Polsce waha się średnio między 7°C zimą a 11°C latem (IMGW, 2023).
2. Obieg termodynamiczny – kluczowe etapy
Gruntowa pompa ciepła nie generuje ciepła, lecz przenosi je z dolnego źródła (gruntu) do górnego (instalacji grzewczej). Proces odbywa się w pięciu głównych etapach:
- Pobór ciepła – niezamarzająca solanka (woda z glikolem) krąży w rurach zatopionych w gruncie, odbierając temperaturę ziemi.
- Parowanie – w parowniku solanka przekazuje energię czynnikowi roboczemu (np. R290), który paruje w niskiej temperaturze.
- Sprężanie – sprężarka podnosi ciśnienie i temperaturę pary czynnika roboczego.
- Skraplanie – w skraplaczu gorąca para oddaje ciepło do obiegu CO, kondensując się z powrotem w ciecz.
- Rozprężanie – zawór rozprężny obniża ciśnienie czynnika, schładzając go i przygotowując na kolejny cykl.
Dzięki temu, że sprężarka zużywa około 1 kWh energii elektrycznej, a dostarcza 3,5–5 kWh ciepła, współczynnik COP wynosi od 3,5 do 5.
3. Dolne źródło – kolektory gruntowe
3.1 Kolektor poziomy
Rury PE (polietylenowe) ułożone na głębokości 1,2–2 m. Wymaga powierzchni działki około 1,5–2 razy większej niż ogrzewana powierzchnia budynku. Koszt montażu to zwykle 30–50 zł/m².
3.2 Sondy pionowe
Rury wbijane pionowo na głębokość 50–150 m. Zajmują minimalną powierzchnię, lecz wiercenie kosztuje od 80 do 150 zł/m (w zależności od warunków geologicznych). Jedna sonda o głębokości 100 m dostarcza około 2,5 kW mocy grzewczej.
Fakty: W praktyce dla domu jednorodzinnego o zapotrzebowaniu 10 kW montuje się 3–5 sond pionowych.
4. Jednostka wewnętrzna – pompa ciepła
Jednostka pompy ciepła (inwerterowa lub on-off) zawiera:
- Parownik (dolny wymiennik)
- Sprężarkę (najczęściej śrubową lub spiralną)
- Skraplacz (górny wymiennik)
- Zawór rozprężny
Nowoczesne pompy inwerterowe regulują moc sprężarki, dostosowując się do bieżącego zapotrzebowania, co pozwala na oszczędność energii i stabilne temperatury w domu.
5. Górne źródło – instalacja grzewcza
Pompy ciepła najlepiej współpracują z instalacjami niskotemperaturowymi:
- Ogrzewanie podłogowe – temperatura wody 30–45°C.
- Ogrzewanie ścienne/ sufitowe – 30–40°C.
- Grzejniki niskotemperaturowe – większe grzejniki przy 45–55°C (mniej efektywne).
Optymalnie zaprojektowane instalacje zapewniają największy komfort i minimalne zużycie prądu.
6. Efektywność i współczynnik COP
- COP 3,5–5,0 (zimą nie spada poniżej 3,0).
- SCOP (sezonowy COP) w Polsce średnio 4,0.
Oznacza to, że przy rocznym zapotrzebowaniu na ciepło 15 MWh zużycie prądu wyniesie około 3,75 MWh, co przy cenie 0,80 zł/kWh daje roczne koszty energii elektrycznej 3 000 zł.
7. Chłodzenie latem
Gruntowa pompa ciepła może pracować w odwróconym obiegu, odprowadzając ciepło z budynku do gruntu (chłodzenie aktywne) lub pasywnie kierując je do kolektora (chłodzenie pasywne). W instalacji z wentylacją mechaniczną z rekuperacją można osiągnąć komfortową temperaturę we wnętrzu nawet przy upałach.
8. Zalety gruntowych pomp ciepła
- Wysoka efektywność – stabilny COP przez cały rok.
- Oszczędność energii – nawet 70–80% energii odnawialnej.
- Długowieczność – 20–30 lat życia urządzenia.
- Bezobsługowość – brak paliwa, automatyczne sterowanie.
- Dotacje – programy „Czyste Powietrze” i fundusze unijne pokrywające do 45% kosztów.
9. Wady i ograniczenia
- Wysoki koszt inwestycji – 60–120 tys. zł.
- Wymóg projektu geologicznego – analiza gruntów, mapy GIN.
- Zajęcie przestrzeni – kolektor poziomy.
- Optymalny montaż w nowych budynkach – adaptacja istniejących instalacji może być kosztowna.
10. Kalkulacja opłacalności
Przykładowo – dla domu o rocznym zapotrzebowaniu na ciepło wynoszącym 12 MWh inwestycja w gruntową pompę ciepła wraz z odwiertami sond może kosztować około 80 000 zł. Dzięki programowi dofinansowania „Czyste Powietrze” można uzyskać wsparcie sięgające 45% wartości inwestycji, co pozwala obniżyć kwotę własną do około 44 000 zł. Przy założeniu rocznego zużycia energii elektrycznej na poziomie 3 MWh (koszt około 2 400 zł przy cenie 0,80 zł/kWh) okres zwrotu tej inwestycji znajduje się w przedziale około 18–20 lat. W praktyce, przy oczekiwanym żywotnym systemu wynoszącym przynajmniej 25 lat, korzyści finansowe i ekologiczne rosną z każdym kolejnym rokiem eksploatacji.
11. Podsumowanie
Gruntowa pompa ciepła to efektywny, ekologiczny i przyszłościowy system grzewczy oraz chłodzący. Choć wymaga wyższych nakładów początkowych i precyzyjnego projektu geologicznego, korzyści w postaci stabilnego współczynnika wydajności COP, możliwości chłodzenia latem oraz dotacji sprawiają, że dla wielu inwestorów stanowi optymalny wybór. Zanim zdecydujesz się na montaż, warto przeprowadzić audyt energetyczny budynku i skonsultować się z certyfikowanym projektantem, aby zaplanować instalację najlepiej dopasowaną do konkretnych warunków. Podsumowanie
Gruntowa pompa ciepła to efektywny, ekologiczny i przyszłościowy system grzewczy oraz chłodzący. Choć wymaga większych nakładów początkowych i odpowiedniej powierzchni lub głębokości odwiertów, korzyści w postaci niskich rachunków, stabilności pracy i dotacji sprawiają, że dla wielu inwestorów jest to optymalny wybór. Przed instalacją warto jednak przeprowadzić rzetelną analizę energetyczną oraz konsultację z certyfikowanym projektantem.
Fot. AI