W poniższym artykule postaram się przybliżyć wykorzystanie pomp ciepła do ogrzewania wody użytkowej w sezonie poza grzewczym (wyłączające z pracy podstawowe źródło grzewcze) oraz pompy ciepła do całorocznego ogrzewania budynków jednorodzinnych. Analiza będzie opierała się na porównaniu kosztów inwestycji i eksploatacji oraz wpływu urządzenia na środowisko i wygodę jego użytkowania. 

Jednym z najbardziej przekonywujących argumentów jest oszczędność finansowa. Praktycznie wszystkie, a zwłaszcza te najbardziej popularne rozwiązania wykorzystujące odnawialną energię pozwalają na duże oszczędności środków finansowych w trakcie długoletniej eksploatacji. W czasach drożejącej energii, w momencie, gdy ogrzewanie wody użytkowej i budynku to nawet 81% miesięcznego budżetu – warto zastanowić się nad zmniejszeniem kosztów, równocześnie pomniejszając zanieczyszczenie środowiska i zwiększając wartość swojej nieruchomości.

Koszty inwestycji w przypadku pomp ciepła należy rozpatrywać co najmniej na trzy sposoby:

• w przypadku domów nowobudowanych na etapie projektu budowy domu,
• w przypadku domu spełniającego rozwiązania polepszające pracę pompy ciepła – głównie możliwość pracy instalacji grzewczej na niskim parametrze zasilnia wody,
• instalacje modernizowane, już istniejące, oparte o system grzewczy na wyższym parametrze temperaturowym zasilania instalacji, gdzie często rozpatruje się wyłącznie współpracę odnawialnego źródła na cele wody użytkowej w sezonie poza grzewczym.

Efektywność pompy ciepła w znacznym stopniu zależy od temperatury przygotowanego medium grzewczego. Inaczej niż w przypadku typowych urządzeń grzewczych, gdzie temperatura może tylko niewiele wpływać na efektowność, np. praca grzałki elektrycznej – niezależnie czy ogrzewamy wodę o temperaturze 20°C czy wodę o temperaturze 80°C z 1 kWh energii elektrycznej włożonej do grzałki uzyskujemy prawie 1 kWh energii cieplnej, pomniejszoną tylko nieznacznie o sprawność grzałki. W przypadku pomp ciepła ogrzewanie wody o temperaturze 20÷25°C może przynieść nam z 1 kWh energii elektrycznej nawet 5 kWh energii cieplnej (dla wysokiej temperatury czerpania ciepła), natomiast już dla temperatury wody w przedziale 50÷60°C tylko 2÷2,5 kWh ciepła. Ta proporcja uzyskanej energii cieplnej do energii elektrycznej nazywana jest współczynnikiem efektywności energetycznej.

Ogrzewanie budynku pompą ciepła

Do całorocznej pracy pompy ciepła można wykorzystać dwie możliwości – pompy ciepła typu powietrznego i gruntowego. Jednak ciepło do swojej pracy będzie czerpała z powietrza zewnętrznego (najczęściej do -25°C, poniżej tej temperatury ogrzewanie będzie wykonywane poprzez zabudowaną w urządzeniu grzałkę elektryczną). Drugi, najczęściej stosowany typ pomp ciepła, to urządzenia czerpiące energię odnawialną z gruntu, którego temperatura nie spada poniżej 0°C (a najczęściej utrzymuje się na trochę wyższym poziomie – około 8°C w przypadku wymienników gruntowych typu pionowego).

Koszty eksploatacyjne pokazane na wykresie (rys. 1.) mają charakter orientacyjny. Oczywiście każdy budynek jest inny i każda zima jest też różna (w ostatnich latach raczej z przewagą zim ciepłych).

Rys. 1. Znaczenie potrzeb cieplnych w bilansie energetycznym budynku [1] [2]

Czy montaż pompy ciepła jest uzasadniony ekonomicznie, nawet pomimo późniejszych niższych kosztów ogrzewania? Wniosek jest zależny od wielu czynników. Najważniejsze pytanie – czy oczekujemy ogrzewania automatycznego, czy też bierzemy pod uwagę również rozwiązania oparte na podstawie kotła stałopalnego?

Kocioł stałopalny – na węgiel lub drzewo – to jedne z tańszych rozwiązań jako samo urządzenie grzewcze. Dodatkowo musimy jednak zapłacić za komin spalinowy i za samo pomieszczenie do składowania paliwa (zakładając koszt komina 5000 zł oraz koszt wybudowania większego domu (cena średnia pomieszczenia w stanie deweloperskim na potrzeby kotłowni to 2 500÷3 000zł – uśredniając zwykle potrzebujemy 10-12 m² więcej powierzchni w przypadku kotła stałopalnego niż kotłowni gazowej czy pompy ciepła). Tak więc koszty inwestycyjne kotłowni z dostosowaniem jej (komin spalinowy) to mniej więcej 45÷50 tys. zł. Minusem jest również konieczność fizycznej pracy (wynoszenie popiołu, załadowanie paliwa) przy ogrzewaniu kotłem stałopalnym.

Kocioł gazowy lub olejowy – jeśli mamy dostęp do sieci gazowej w działce, dla części inwestorów będzie to opcja pierwszego wyboru. Minusem montażu takiego rozwiązania jest niestabilność w długotrwałej perspektywie dostępności paliwa w atrakcyjnych cenach (najczęściej import z krajów Bliskiego Wschodu lub Rosji). Dodatkowo wielu inwestorów zwraca uwagę na zagrożenia związane z gazem ziemnym w budynku i konieczność wykonywania kolejnej instalacji tylko na potrzeby grzewcze (w przypadku używania kuchenki indukcyjnej). Koszty montażu razem z przyłączami i instalacją zwykle nie przekraczają 20÷25 tys. zł (o ile rurociąg gazowy jest poprowadzony w pobliżu działki). Wiąże się to z ponoszeniem stałych opłat oraz kosztem przyłącza gazu do budynku. W przypadku gazu płynnego lub oleju opałowego koszty inwestycyjne są stosunkowo duże, a do tego koszty eksploatacyjne są dużo większe niż w przypadku pomp ciepła.

Pompa ciepła powietrzna lub gruntowa – jeśli decyzja zakupu jest podjęta na etapie wykonywania projektu, zwłaszcza powietrzna pompa ciepła wcale nie musi być droższa niż kocioł gazowy. Koszty montażu urządzenia dla typowych budynków zwykle zawierają się w 25÷30 tys. zł. Od marki urządzenia oraz od skomplikowania instalacji kwota ta może oczywiście być wyższa lub niższa (zresztą podobnie jak w przypadku np. kotłów gazowych). Najczęściej jednak w podanej cenie pompy ciepła zawierają się elementy, za które w innych urządzeniach dodatkowo trzeba płacić lub nie ma możliwości ich wykorzystania, tj. zdalna obsługa przez Internet (aplikacja w smartfonie lub za pomocą przeglądarki internetowej) lub chociażby praktycznie już zawsze standardem jest opcja chłodzenia pomieszczeń latem.

Koszt wykonania pompy gruntowej dla domu o średnim zapotrzebowaniu energetycznym jest prawie dwukrotnie większy, ze względu na wysoki koszt budowy wymiennika gruntowego. Jest to układ jednak tańszy w eksploatacji i bardziej stabilny w pracy.

W niniejszym porównaniu wszystkie koszty eksploatacji i inwestycji są dostosowane do średnich warunków domu niskoenergetycznego (założone ocieplenie styropianem 15 cm z deklarowanym współczynnikiem przewodzenia ciepła lambda = 0,040, wentylacją z odzyskiem ciepła, 3 strefa klimatyczna w Polsce, ocieplenie dachu wełną 30 cm, reszta izolacji w analogicznym standardzie).

Rys. 2. Porównanie kosztów ogrzewania c.o. i podgrzewania c.w.u. [1]

Pompy ciepła do ogrzewania wyłącznie wody użytkowej w sezonie poza grzewczym

Cały czas w Polsce większość domów ogrzewana jest jednak kotłami stałopalnymi. Są to najczęściej budynki starszego typu, ze stosunkowo słabą termoizolacją. Modernizacja budynku do warunków niskotemperaturowego zasilania w tym przypadku musi wiązać się z bardzo dużymi kosztami, dlatego żeby przynajmniej w sezonie poza grzewczym ograniczyć dyskomfort ogrzewania wody kotłem stałopalnym, duża część inwestorów decyduje się na ograniczenie kosztów i swojego czasu instalując w swoim budynku źródło grzewcze przystosowane do ogrzewania wody użytkowej. Na rysunku 4. przedstawiony został koszt wytworzenia c.w.u. przy wykorzystaniu różnych źródeł ciepła.

Rys. 4. Korzystny zakres pracy pompy ciepła (koszty 100 litrów wody 10/45°C. PCWU – pompa ciepła wody użytkowej (zielona linia) [1]

Kiedy zatem stosować pracę kotła, a kiedy pompę ciepła PCWU? Odpowiedzią na to pytanie są wnioski płynące z analizy pokazanej na rys. 4. – a więc możliwość współpracy pompy ciepła (PCWU) z tradycyjnym źródłem ciepła w tzw. układzie hybrydowym. Rysunek 5. przedstawia sugestie wykorzystania PCWU na przestrzeni roku w systemie hybrydowym w zależności od kosztu ogrzewania c.w.u.

Rys. 5. Współpraca pompy ciepła PCWU w układzie hybrydowym [1]

Rys. 6. Porównanie zalet pomp ciepła i kolektorów słonecznych do wytwarzania c.w.u. [1]

Podsumowanie

Szacuje się, że w co dziesiątym obecnie nowobudowanym domu w Polsce montuje się pompy ciepła do ogrzewania i przygotowania wody użytkowej. Dla porównania w Niemczech lub Austrii wybór inwestorów na pompę ciepła pada prawie w 50% przypadków. Jeśli rozpatrujemy budynki użytkowane od kilkunastu lub kilkudziesięciu lat, pompa ciepła najczęściej jest drugim źródłem grzewczym w budynku, w najzimniejszych okresach dołączany jest dodatkowy kocioł lub pompa ciepła ogrzewa tylko wodę użytkową w okresie letnim.

Czy ilość sprzedawanych urządzeń będzie rosła? Szacunki organizacji zrzeszających producentów, instytutów badawczych i założenia ministerstw zajmujących się gospodarką wskazują, że tak. Z jednej strony będzie spowodowane to koniecznością ograniczenia niskiej emisji (pompa ciepła całorocznie, jako jedna z nielicznych technologii, wykorzystuje energię odnawialną, a w skali całego kraju jest w stanie ogrzewać budynek również zimą w sposób ciągły oraz jedynym z tych źródeł, który ma lokalnie niską emisję równą 0 – energia elektryczna do pracy przygotowywana jest w profesjonalnych zakładach z filtrami wyłapującymi zdecydowaną większość zanieczyszczeń pyłowych), z drugiej strony użytkownik ma świadomość komfortu i dodatkowych zalet urządzenia (zmiana nastaw przez Internet czy możliwość chłodzenia).

Szymon PIWOWARCZYK
– Manager ds. pomp ciepła Hewalex,
Członek zwyczajny PORT PC

LITEARTURA:

[1] Materiały szkoleniowe HEWALEX.
[2] Dane GUS