Aby wykorzystać ciepło z otoczenia, pompy ciepła wymagają tylko niewielkiej mocy elektrycznej do napędu procesów i do działania pompy obiegowej. W zależności od tego, czy pozyskują energię z powietrza, gruntu, czy z wody, różnią się nieco pod względem technologii i cen. Inne mogą być również wymogi prawne związane z ich montażem.

Kiedy na dworze robi się naprawdę chłodno, jest to tylko kwestia czasu, zanim zrobi się też chłodno w budynku, ponieważ ciepło zawsze przemieszcza się zgodnie z kierunkiem zmian temperatury: od cieplejszego do chłodniejszego. To pozornie nieuniknione prawo naturalne pompa ciepła "obchodzi" realizując pewien trik. Dzięki niemu możliwe jest przenoszenie ciepła w odwrotnym kierunku, tj. od chłodnej przestrzeni do cieplejszej. Jak to możliwe? Działanie pompy ciepła jest zasadniczo identyczne z działaniem dobrze znanego urządzenia codziennego użytku: lodówki. Jednakże, gdy lodówka usuwa ciepło z wnętrza i przekazuje je na zewnątrz, pompa ciepła usuwa ciepło z przestrzeni zewnętrznej i przekazuje energię do domu w postaci ciepła. Pompa ciepła wykorzystuje zasadę fizyczną, tak zwany efekt Joule'a-Thomsona.

System ogrzewania pompy ciepła składa się z trzech części:

• systemu źródła ciepła, który pobiera energię potrzebną ze środowiska;
• samej pompy ciepła, która powoduje, że ​​odzyskane ciepło z otoczenia jest użyteczne;
• oraz systemu dystrybucji i przechowywania ciepła, który rozprowadza lub tymczasowo przechowuje ciepło w domu.

Krok 1: Pobór ciepła

W systemie źródła ciepła krąży ciecz, często roztwór glikolu (dawniej była to tzw. solanka), czyli woda zmieszana ze środkiem przeciwzamarzaniowym. Ciecz absorbuje ciepło z otoczenia, np. z gruntu lub wód gruntowych, i transportuje je do pompy ciepła.
Wyjątkiem są powietrzne pompy ciepła. Zasysają one powietrze zewnętrzne przez wentylator, który dostarcza ciepło z otoczenia bezpośrednio do pompy ciepła.

Krok 2: Wykorzystanie ciepła

Pompy ciepła mają również obieg, w którym krąży gazowy czynnik chłodniczy. W wymienniku ciepła, tzw. parowniku, następuje przekazanie energii środowiska z pierwszego obiegu do czynnika chłodniczego. Efektem jest odparowanie czynnika chłodniczego. W przypadku powietrznych pomp ciepła to powietrze zewnętrzne ogrzewa czynnik chłodniczy.

Para czynnika chłodniczego jest pobierana przez sprężarkę. Podnosi ona poziom temperatury czynnika chłodniczego, więc robi się on cieplejszy. W innym wymienniku ciepła, tzw. skraplaczu, gorący czynnik chłodniczy w postaci gazu pod wysokim ciśnieniem jest skraplany i oddaje ciepło. Następnie skroplony czynnik chłodniczy trafia do zaworu rozprężnego. Tam ponownie zmniejsza się jego ciśnienie, a czynnik zmienia stan skupienia na ciekły.

Krok 3: Ogrzewanie

W ogrzewanym budynku znajduje się instalacja grzewcza i zasobniki magazynujące ciepło. Zwykle krąży w niej woda jako czynnik grzewczy. Woda przejmuje ciepło, które czynnik chłodniczy oddał w skraplaczu w trakcie skraplania i kieruje go do systemu dystrybucji, takiego jak ogrzewanie płaszczyznowe lub grzejniki, do zbiornika wody grzewczej lub ciepłej wody użytkowej.

Źródło dolne pompy ciepła

W zależności od wybranego modelu pompa ciepła może bazować na:

• powietrzu

Nawet jeśli na dworze panują ujemne temperatury, powietrze zawiera w sobie ciepło, które można pozyskać z niego za pomocą systemu pompy ciepła i przekazać do wnętrza budynku, a nawet do podgrzania wody. Nawet jeśli temperatura sięga -25 stopni C, pompa może dalej aktywnie generować ciepło. Pompy czerpiące energię z powietrza często wykorzystywane są również jednocześnie jako klimatyzatory, szczególnie w porze letniej. Mogą ochładzać pomieszczenia i oddawać ciepło na zewnątrz budynku. Takie pompy nie wymagają również wstawiania sond pionowych ani kolektora gruntowego, dzięki czemu nadają się do montażu nawet na niedużej działce.

• gruntach

W ziemi zawarte są ogromne zasoby ciepła. Pompy gruntowe pozwalają użyć ich do ogrzania domu, dzięki wymiennikowi gruntowemu. Wymagają też budowy kolektora lub wymiennika (w przypadku współpracy z pompą powietrzną). Rodzaj kolektora jest jednak zależny przede wszystkim od rodzaju gruntu, wielkości przestrzeni oraz tego, jakie są akceptowalne rozmiary prac ziemnych. Pompy tego typu często nazywane są również solankowymi, gdyż w ich wymiennikach krąży woda z roztworem glikolu nazywanym solanką.

• wodzie

System opiera się na wodzie rzecznej, pozyskiwanej ze strumienia lub ze studni (które znajdują się na terenie działki). Daje świetne efekty (szczególnie, gdy temperatura wykorzystywanej wody oscyluje w granicach 5-8 stopni) i przenosi ciepło szybciej niż inne systemy grzewcze. Pompy tego typu bazują na wodzie z warstw wodonośnych zbiornika wodnego. Te warstwy doskonale zachowują ciepło nawet w zimie (są swoistym rezerwuarem ciepła - absorbują je w lecie, dzięki czemu zawsze zachowują dodatnie temperatury zimą). Cały system pompy opiera się na pojedynczej pętli wodnej, który przenosi energię do konwektora.

Źródło górne pompy ciepła

Pompy ciepła nie produkują energii, a więc nie wymagają dostarczania paliw (wykorzystują tylko 25% prądu do transportowania energii, 75% to energia pobrana z gruntu, wody lub powietrza). Są więc oszczędniejsze niż zwykłe systemy grzewcze i bardziej ekologiczne. Pod względem efektywności porównuje się je z systemami fotowoltaicznymi.
Są to wprawdzie systemy dość kosztowne, jednak warto pamiętać, że są inwestycjami bazującymi na odnawialnych źródłach energii (OZE), a więc można ubiegać się o ich dofinansowanie.

Instalacja pompy jest różna w zależności od jej typu. Najszybsza i wymagająca najmniej prac budowlanych jest instalacja pompy powietrznej (jest jednak stosunkowo najdroższa). Najtrudniejsza i najbardziej skomplikowana instalacja pompy gruntowej.
Co więcej, część systemów pomp może służyć nie tylko jako ogrzewanie, ale także jako klimatyzacja w lecie. Dzięki temu można utrzymać optymalną temperaturę w pomieszczeniach bez konieczności montowania dodatkowych urządzeń.

Rodzaj źródła dolnego pompy ciepła, na jaki warto się zdecydować, zależy głównie od wielkości działki, a nie od wielkości domu. Najmniej miejsca wymagają pompy powietrzne, najwięcej gruntowe. Jeśli zaś chodzi o samą powierzchnię mieszkalną - do niej dostosowujemy moc pompy.

Jak obliczyć moc pompy? Można skorzystać z prostego wzoru:

moc pompy (W) = powierzchnia domu x zapotrzebowanie energetyczne

W przypadku, kiedy zapotrzebowanie energetycznie nie jest znane, pod uwagę należy wziąć ocieplenie budynku i izolację:

• budynek nieocieplony wykorzystuje aż 150 kWh/m3,

• słabo ocieplony - 100 kWh/m3,

• dobrze ocieplony - 60 kWh/m3,

• energooszczędny - 50 kWh/m3,

• niskoenergetyczny 40 kWh/m3.

Ile kosztuje pompa ciepła?

- To, ile kosztuje pompa ciepła, zależy od jej typu i mocy. Średnia cena pompy gruntowej w przeliczeniu na zapotrzebowanie (kW) wynosi ok. 5 000 zł. Dla dobrze ocieplonego domu o powierzchni 100 m2 średni koszt takiej instalacji będzie więc wynosił ok. 30 000 zł. Dla równie dobrze ocieplonego domu o powierzchni 130 m2 - ok. 39 000 zł, a dla dobrze ocieplonego domu o powierzchni 200 m2 - ok. 60 000 zł. Należy przyjąć, że przy gorszej izolacji i słabszym ociepleniu koszty te znacząco wzrosną. Średnia cena pompy wodnej w przeliczeniu na zapotrzebowanie (kW) waha się w granicach ok. 3400-10 400 zł. Przyjmując najniższe ceny rynkowe, instalację w dobrze ocieplonym domu 100 m2 można wykonać już za 20 400 zł. Dla metrażu (przy równie dobrym ociepleniu) 130 m2 minimalna cena będzie oscylować w granicach ok. 26 520 zł, a dla metrażu 200 m2 (również przy dobrym ociepleniu) wynosić ok. 51 000 zł. Przy słabszej izolacji i ociepleniu domu koszty te wzrosną. Średnia cena pompy powietrznej to od 30 000 do nawet 200 000 zł.