Dlaczego warto stosować powietrzne pompy ciepła

Zestawienia kosztów, porównania z innymi nośnikami

Rozpoczynając rozważania od zastosowań pomp ciepła do przygotowania ciepłej wody użytkowej należy wyraźnie przedstawić kilka aspektów praktycznych. Przede wszystkim w polskim klimacie zazwyczaj są to urządzenia pracujące w okresie wiosna-jesień, bo w tych warunkach osiągają najwyższe współczynniki efektywności przekraczające COP > 4. Zdecydowanie rzadziej korzystają z powietrza wyrzucanego z budynku, co stwarzałoby warunki do pracy całorocznej. Poza tym zaletą jest łatwy montaż i mała ingerencja w dotychczasowy układ kotłowni, ponieważ zazwyczaj podłącza się urządzenie do istniejącego zbiornika lub stosuje pompę ciepła zabudowaną na podgrzewaczu.

Pompa ciepła na cele c.w.u. – analiza kosztów na przykładzie domu jednorodzinnego

Do analizy opłacalności załóżmy, że dogodne warunki do pracy pompy ciepła powietrznej panują poza sezonem grzewczym lub zawsze, gdy temperatura będzie powyżej ustawionej w sterowniku wartości.

Przykładowo z danych klimatycznych dla Katowic wynika, że sezon grzewczy trwa 193 dni roku (172 dni poza sezonem grzewczym), temperatura powyżej 10°C utrzymuje się przez 161 dni, a 5°C przez 218 dni. Dlatego do dalszych obliczeń posłużymy się okresem pracy pompy ciepła trwającym 182 dni w roku.

Kolejne założenia to 4 użytkowników, zużywających 50 litrów wody na osobę, na dzień o temp. 45°C, ogrzewanej od temp. wody studziennej 10°C. Dla tych założeń otrzymamy zapotrzebowanie na ciepło do ogrzania wody w wysokości 1482 kWh. Obliczenie to pomija straty ciepła przez zbiornik, orurowanie lub cyrkulację wody.

Obliczoną wielkość można w prosty sposób zamienić na ilość paliwa konwencjonalnego zużytego do otrzymania tej samej ilości energii.

Wyniki opracowano dla cen paliw z 02.2015.

pompa_ciepła_cwu

 

 

 

W wielu instalacjach powietrzna pompa ciepła bezpośrednio zastępuje gazowy lub elektryczny ogrzewacz wody. Co więcej, najbardziej atrakcyjne okresy zwrotu inwestycji można uzyskać względem kotła olejowego czy LPG. Porównując koszt eksploatacji z kotłem na paliwo stałe, przy stosunkowo małej ilości energii potrzebnej do przygotowania ciepłej wody poza sezonem grzewczym, praktycznie niemożliwe jest ekonomiczne uzasadnienie inwestycji w pompę ciepła. W takich sytuacjach zazwyczaj zwraca się uwagę na komfort i automatykę, dzięki której nie trzeba rozpalać w piecu oraz ograniczenie emisji spalin.

Pompa ciepła dla basenu

Bardzo niedocenianym zastosowaniem powietrznej pompy ciepła jest ogrzewanie basenu sezonowego, nazywanego zamiennie rozporowym lub ogrodowym. Warunki współpracy z basenem są najbardziej optymalne dla specyfiki pracy urządzenia. Oznacza to, że im mniejsza różnica pomiędzy temperaturą powietrza zasilającego a ogrzewaną wodą, tym wyższe COP. W praktyce odpowiada to warunkom letnim, gdy temperatura powietrza wynosi powyżej 15°C i ogrzewanie wody basenowej odbywa się do temperatury 26-29°C. Doświadczenia zawodowe i wywiady z użytkownikami potwierdzają, że w zależności od czasu eksploatacji możliwe są do osiągnięcia niskie koszty utrzymania. Szczególnie niskie są w lipcu czy sierpniu, gdy nasłonecznienie i temperatury powietrza są najwyższe.

Z wyższymi kosztami trzeba się liczyć w kwietniu albo październiku. Dodatkowe zalety ogrzewania przez pompę ciepła to niski koszt inwestycji i eksploatacji zapewniony przez bezpośrednie ogrzewanie za pomocą skraplacza wykonanego z materiałów odpornych na wodę basenową. Łatwy jest również montaż, ponieważ urządzenie lokalizuje się w okolicach basenu, przez co nie ma potrzeby doprowadzania rur z kotłowni oraz stosowania dodatkowych wymienników.

Pompa ciepła pracująca na cele ogrzewania

  • Graniczna temperatura pracy

Najszerszym zagadnieniem dla powietrznej pompy ciepła jest ogrzewanie pomieszczeń. Na rzecz poniższych opisów pomijamy tematykę doboru, zakładając, że inwestor zdecydowany jest na pompę ciepła. Dlatego dalsza treść dotyczyć będzie argumentów przemawiających za zastosowaniem powietrznej pompy ciepła. Niezmiennie, główną barierą do przełamania jest temperatura stosowania. Zazwyczaj wiąże się ona z brakiem wyobrażenia nt. zjawiska fizycznego mającego miejsce w wymienniku odbierającym ciepło od powietrza, czyli parownika. Najczęściej stosowany czynnik roboczy, czyli R410a, przy ciśnieniu 1 bar wrze przy temperaturze około -51°C. Oznacza to, że potrafi zawsze odebrać ciepło od powietrza, które ma wyższą temperaturę. Dlatego nie powinno dziwić, że aktualnie proponowane powietrzne pompy ciepła mają granicę zastosowania do -25°C.

Następnie należy skupić uwagę na danych statystycznych dotyczących opracowań wykresów temperatury zewnętrznej. Wynika z nich, że dla wspomnianych wcześniej Katowic, liczba godzin występowania temperatury poniżej -15°C wynosi 19, poniżej -10°C jest to 66 h i odpowiednio poniżej -5°C – 466 h. Dlatego w przypadku powietrznych pomp ciepła stosuje się wyznaczenie tzw. temperatury punktu biwalentnego, czyli temperatury zewnętrznej, do której urządzenie będzie w stanie samodzielnie ogrzać budynek. Poniżej tej temperatury alternatywnie lub równolegle włącza się dodatkowe źródło ciepła.

  • Praca w systemie monowalentnym – analiza przypadku i porównanie z gruntowa pompą ciepła

Obecnie wielu producentów powietrznych pomp ciepła zaleca przy projektowaniu instalacji w nowych budynkach monoenergetyczny sposób pracy pompy ciepła, aby uniknąć dodatkowych inwestycji związanych z drugim źródłem ciepła. Należy przy tym pamiętać, że moc grzewcza pompy ciepła typu powietrze/woda, w przeciwieństwie do pomp ciepła typu solanka/woda i woda/woda, bardzo silnie zależy od temperatury zewnętrznej. W zależności od dobranej mocy grzewczej urządzenia, liczba godzin pracy grzałki elektrycznej będzie większa lub mniejsza.

Na potrzeby analizy załóżmy, że projektowany dom znajduje się w III strefie klimatycznej i charakteryzuje się zapotrzebowaniem na energię do ogrzewania 8000 kWh/rok oraz zamieszkały będzie przez 4 osoby zużywające około 50 l wody na dobę.

System grzewczy będzie w 100% podłogowy i zasilany maksymalnym parametrem grzewczym 35°C, a ciepła woda ogrzewana do 50°C.

Wprowadzając tak przygotowane dane do programu obliczeniowego, można w prosty sposób symulować koszty eksploatacyjne instalacji. W drugim kroku należy porównać ofertę rynkową cen wykonania instalacji.

W drodze obliczeń dla wspomnianego domu przyjęto powietrzną pompę ciepła typu split inwerter o mocy 11 kW w punkcie pracy A2/W35 oraz gruntową pompę ciepła mocy 8 kW w punkcie pracy B0/W35. Dla wyznaczonych urządzeń wg cen rynkowych ustalono cenę brutto zakupu urządzenia wraz z 250 l zbiornikiem, podłączeniem i uruchomieniem.

Do obliczenia kosztu wymiennika poziomego przyjęto 25 zł/m.b. netto oraz 125 zł/m.b. netto odwiertu pionowego.

Otrzymane wyniki prezentuje tabela.

pompa_ciepła_cwu+co

  • Prosty czas zwrotu

Na przedstawionym przykładzie łatwo zauważyć, że za zastosowaniem powietrznej pompy ciepła stoją niskie koszty inwestycyjne, brak dodatkowych robót ziemnych. Jednocześnie system charakteryzuje się zdecydowanie niższym współczynnikiem efektywności, co z kolei przekłada się na wyższy koszt eksploatacyjny. Nie zmienia to jednak faktu, że proste porównanie różnicy nakładów inwestycyjnych do różnicy w rocznych kosztach eksploatacji przekłada się na prosty czas zwrotu inwestycji w wysokości 56 lat dla wymiennika pionowego i 44 lata dla wymiennika poziomego. To przeliczenie bezpośrednio pokazuje wyższość i popularność zastosowania pompy ciepła typu powietrze/woda w Europie.

  • Pompa ciepła kontra tradycyjne źródła ciepła

Pozostaje jeszcze porównać powietrzną pompę ciepła do tradycyjnego źródła ciepła. W tym celu przygotowano wykres na podstawie cen paliw i energii z 02.2015 r. i przyjętej, subiektywnej sprawności przetwarzania energii w ciepło, zapisanej w nawiasie.

pompa_ciepła_cwu+co_rocznie

Na tej podstawie można łatwo wyciągnąć wniosek, że powietrzna pompa ciepła jest szczególnie atrakcyjna względem kilku zdecydowanie najdroższych źródeł ciepła, jak ogrzewanie elektryczne, olejowe, czy LPG. Na wybór pomiędzy pompą ciepła, a kotłem gazowym najczęściej ma wpływ cena lub termin wykonania przyłącza. Dla porównania z pozostałymi źródłami ciepła nie bez znaczenia pozostają tematy związane z komfortem, „bezobsługowością”, ekologią, redukcją niskiej emisji, brakiem miejsca na składowanie opału i możliwością wykorzystania pompy ciepła również do chłodzenia pomieszczeń.

 

Źródło:
Autor – Robert Kałużny
InstalReporter – 08-2015

Nasza strona wykorzystuje pliki cookie w celu zbierania statystyk jak i zapewnieniu najwyższej jakości usługi. Możesz określić warunki dostępu i przechowywania plików cookies w swojej przeglądarce. Zapoznaj się z nasza polityka cookies.

Zamknij