Ogrzewanie domu jednorodzinnego pompą ciepła jest rozwiązaniem bardzo popularnym w wielu krajach, szczególnie w Skandynawii. W Polsce ten typ ogrzewania postrzegany jest ciągle jako ciekawostka ekologiczna, choć jest to bezsprzecznie ogrzewanie najtańsze, jednak pod warunkiem kompleksowego rozwiązania całego systemu grzewczego zharmonizowanego z konstrukcją i technologią wykonania domu.
Systemy grzewcze z wykorzystaniem pomp ciepła bazują w rzeczywistości na energii słonecznej, zbieranej i magazynowanej w naturalnych kolektorach, którymi są grunt lub woda gruntowa. Idea ogrzewania pompą ciepła polega na pobieraniu ciepła z kolektora zwanego źródłem dolnym i przekazywania go do źródła górnego, czyli do poszczególnych pomieszczeń budynku. Dolnym źródłem ciepła może być również powietrze, lecz w naszych warunkach klimatycznych nie ma ono praktycznego zastosowania. Pobieranie ciepła ze źródła o niższej temperaturze do odbiornika energii o wyższej temperaturze wywołuje skojarzenie z pompowaniem ciepła, uzasadniającym nazwę urządzenia.
Jeśli dolnym źródłem ciepła jest woda gruntowa wówczas taki system nosi nazwę woda-woda, gdyż ciepło pobierane z wody gruntowej jest przekazywane w pompie ciepła innej wodzie, krążącej w układzie zamkniętym ogrzewania podłogowego.
WODA - WODA
W systemie woda-woda konstruuje się dwie studnie. Jedna z nich służy do poboru wody gruntowej, druga do odprowadzenia wody schłodzonej. W typowych warunkach geologicznych, gdy woda jest czerpana z warstwy wodonośnej występującej na głębokości 6-30 m. Odległość między studnią czerpalną i studnią odpływową powinna wynosić najmniej 15m, aby nie dopuścić do zmieszania się wody chłodnej z wodą czerpaną. Do ogrzewania domu jednorodzinnego spełniającego obecne normy w zakresie termoizolacji potrzebna jest moc grzewcza 50 W/m2. Wynika stąd zapotrzebowanie na moc cieplną w wysokości około 10kW dla ogrzania domu o powierzchni 200m2. Oznacza to, że źródło ciepła powinno dostarczyć w ciągu godziny 10kWh energii cieplnej, co implikuje odpowiednią wydajność studni czerpalnej, która powinna wynosić 1,5-3 m3/h. Wydajność taką zapewnia już niewielka pompka samozasysająca o mocy 100-200W. System woda-woda jest najtańszym rozwiązaniem, ale nie zawsze warunki gruntowo-wodne są korzystne dla wyboru tego systemu. Podstawowym przeciwwskazaniem może być głęboki poziom lustra wody gruntowej, co zmusza do stosowania pomp głębinowych i głębokich wierceń. Pewnym ograniczeniem systemu woda-woda jest także ograniczony czas eksploatacji studni zarówno czerpalnej jak i spustowej. W zależności od warunków lokalnych ewentualna degradacja studni może jednak nastąpić nie wcześniej niż po 15-20 latach. Po tym okresie można liczyć się z ewentualną koniecznością wiercenia nowych studni. Innym ograniczeniem tego systemu może być jakość wody. Duża zawartość żelaza, manganu i duża twardość wody może znacznie skrócić żywotność pompy.
Jeśli wymienione ograniczenia uniemożliwiają budowę systemu ogrzewania woda-woda, wówczas należy zastosować system grunt-woda z kolektorem poziomym, spiralnym lub pionowym.
GRUNT - WODA
System grunt-woda wymaga budowy specjalnego kolektora ziemnego. Kolektorem tym jest rura o długości do 300m, wypełniona solanką i ułożona płasko, spiralnie lub pionowo w gruncie. Kolektor płaski wykonuje się z rur PE o średnicy jednego cala, układanych w wykopie poniżej strefy przemarzania. Stosując odstęp pomiędzy rurami 0,5-0,8 m z jednego m2 gruntu otrzymuje się w zależności od rodzaju gleby moc 10-40W. Przy założeniu, że do ogrzewania domu potrzeba około 50W/m2, kolektor płaski powinien zajmować powierzchnię od 1,5 do 5 razy większą niż powierzchnia domu. Innym rozwiązaniem jest budowa kolektora spiralnego, który powstaje ze spiralnie ułożonych rur w wykopie o szerokości minimum 80cm. Wykopanie kilku rowów o długości do 20m jest łatwiejsze niż zdjęcie dwumetrowej warstwy gruntu z dużej powierzchni działki, jednak kolektor spiralny wymaga takiej samej powierzchni działki jak kolektor płaski, gdyż odległości między rowami nie powinny być mniejsze niż 3m. W przypadku niewielkiej powierzchni działki najskuteczniejszym rozwiązaniem jest kolektor pionowy. Kolektor taki składa się z rur zagiętych w kształcie litery U, wprowadzonych do odwiertów wykonanych w gruncie na głębokość od 30 do 150m. Z 1m odwiertu można uzyskiwać 30-100W energii cieplnej. Wynika stąd, że dla domu o powierzchni 200m2 potrzebną moc cieplną można otrzymać przy łącznej długości odwiertów wynoszącej około 200m.
Ogrzewanie domu pompą ciepła jest specyficznym rodzajem ogrzewania elektrycznego ze wzmocnieniem. Jego specyfika polega na tym, że uzyskiwana ilość energii cieplnej jest kilkakrotnie większa od ilości pobranej energii elektrycznej. Aby nastąpiło wzmocnienie energii niezbędne jest źródło, z którego można pobrać więcej energii niż ta, którą dostarcza się do wzmacniacza. W pompie ciepła dzięki dostarczonej energii prądu elektrycznego otrzymuje się kilka razy większą energię cieplną, pobraną z innego źródła, którym jest woda lub grunt.