Eksperci w dziedzinie systemów ogrzewania wyliczyli, że roczne wydatki na ogrzewanie budynku i przygotowanie ciepłej wody użytkowej za pomocą pompy ciepła dla budynku o powierzchni 200 m2 wynoszą średnio 1500-2000 zł. W porównaniu, koszt ten dla instalacji gazowej wynosi około 3000 zł, a dla instalacji elektrycznej – 6000 zł.
Z czego wynika wysoka sprawność pomp ciepła?
Efektywność systemów pomp ciepła rośnie wraz ze zmniejszaniem różnicy temperatury między dostawcą ciepła a jego odbiorcą w układzie grzewczym. Kluczowym elementem działania tych urządzeń jest osiąganie jak największej efektywności cieplnej, która jest mierzone współczynnikiem wydajności COP = Q/Qe. Tutaj, Q to ilość energii dodanej do budynku jako ciepło, podczas gdy Qe to energia elektryczna zużyta przez pompę ciepła. W przypadku domowych instalacji, współczynnik COP zazwyczaj mieści się w zakresie od 3 do 4, co oznacza, że urządzenie dostarcza 3-4 kWh energii cieplnej na każde 1 kWh zużytej energii elektrycznej.
Modele z mocą od 7 do 10 kW są szczególnie odpowiednie dla nowych, dobrze izolowanych termicznie domów o powierzchni od 150 do 200 m2, gdzie zapotrzebowanie na ciepło zazwyczaj wynosi około 50 W/m2. Obliczanie wymaganej mocy pomp ciepła można przeprowadzić w następujący sposób: na przykład, 180 m2 x 50 W/m2 = 9 kW. Nie istnieje konieczność zwiększania mocy pompy ciepła do podgrzewania wody użytkowej, gdyż nawet krótkotrwałe podgrzewanie wody praktycznie nie jest zauważalne.
Klucz do sukcesu – prawidłowy dobór źródła dolnego i systemu
Na tym punkcie zachowanie ostrożności jest kluczowe, ponieważ selekcja tych dwóch kluczowych składników ma bezpośredni wpływ na sumę inwestycji oraz długofalowe koszty utrzymania. Każde z możliwych źródeł ciepła posiada swoje plusy i minusy.
Źródło dolne pompy ciepła – grunt
Prawidłowo skonstruowane podziemne źródło ciepła dla pompy ciepła może zwiększyć inwestycję początkową, ale gwarantuje stałą dostawę ciepła i relatywnie jednolity koszt produkcji 1 kWh. W kontekście klimatu Polski, jest to nieocenione.
Podczas pobierania ciepła z ziemi, można zdecydować się na jeden z poniższych systemów:
- woda/woda – korzystanie z ciepła wód gruntowych; wymagane są studnia pobierająca i studnia odprowadzająca (do przepompowywania wody z powrotem do gleby);
- solanka/woda – roztwór glikolu krąży w kolektorze gruntowym pionowym lub poziomym.
System dwóch studni wymaga wydrążenia dwóch otworów o głębokości od 6 do 15 m (otwory muszą dotrzeć do warstwy wodonośnej). Jedna studnia dostarcza wodę do systemu grzewczego, druga odprowadza ją z powrotem do gruntu po schłodzeniu przez pompę ciepła. Koszt wykonania studni wynosi średnio ok. 3000 zł. Jeśli konieczne są głębsze odwierty i droższe pompy głębinowe, a także oczyszczanie wody – koszt systemu wzrasta.
Kolektor pionowy jest używany na małych działkach. W otworach o głębokości 30-50 m umieszcza się rury w kształcie litery U i system jest wypełniany solanką. Ze względu na stabilną temperaturę gruntu na dużej głębokości, pompa ciepła działa efektywnie i koszt produkcji 1 kWh ciepła jest stały i niski. Wadą tego rozwiązania jest wysoki koszt drążenia sond pionowych (zazwyczaj ok. 20 000 zł).
Kolektor poziomy (płaski lub spiralny) kosztuje kilka tysięcy złotych i jest to doskonały wybór dla dużych posiadłości z gliniastym i nawodnionym terenem (z 1 m2 takiego gruntu można uzyskać 30-40 W energii cieplnej, w porównaniu z 10-15 W z gruntu suchego i piaszczystego). Kolektor płaski tworzy się z rur PE, które są umieszczane poniżej linii przemarzania gruntu i w odpowiednich odległościach (czyli na głębokości 1,5-2,0 m i w odstępach 1-1,5 m). Możesz kupić go na stronie https://euroterm 24.pl.
Gdy grunt jest gliniasty i mokry, powierzchnia kolektora powinna być 1,5 razy większa od powierzchni budynku (czyli 300 m2 dla domu o powierzchni 200 m2). Gdy grunt jest piaszczysty i suchy, powierzchnię kolektora należy zwiększyć nawet 5 razy, w porównaniu z powierzchnią budynku (do 800 m2 dla domu o powierzchni 200 m2). Kolektor spiralny wymaga umieszczenia rur w rowach co najmniej co 3 m, co pozwala na oszczędność podczas usuwania gruntu w obszarze źródła dolnego.
Gruntowe pompy ciepła są skuteczne nawet podczas silnych mrozów, stąd – w przeciwieństwie do wielu pomp powietrznych – mogą stanowić jedyny źródło ciepła w budynku.
Źródło dolne pompy ciepła – powietrze
Alternatywą dla źródła ciepła może być powietrze, zarówno zewnętrzne jak i wewnętrzne. Urządzenia powietrzne są mniej kosztowne i prostsze w instalacji niż pompy gruntowe, ponieważ nie wymagają skomplikowanej i drogiej infrastruktury źródła dolnego – w ich przypadku wystarczy otaczające powietrze. Trzeba jednak pamiętać, że charakteryzują się one niższym współczynnikiem COP w porównaniu z innymi pompami, gdyż ich efektywność jest uzależniona od temperatury powietrza zewnętrznego, które nie jest dobrym akumulatorem ciepła. Tego typu urządzenia są w stanie wytworzyć tylko około 1 kJ ciepła przez schłodzenie 1 kg powietrza o 1 K, co przy wadze 1 m3 powietrza wynoszącej zaledwie 1,2 kg, oznacza konieczność przetworzenia dużej ilości powietrza. Gdy temperatura powietrza na zewnątrz spada, moc grzewcza i współczynnik COP urządzenia również maleją.
Decyzja o wyborze między efektywniejszą, ale droższą pompą, która w okresie silnych mrozów zapewniłaby domowi odpowiednią temperaturę, generując jednocześnie wyższe koszty, czy systemem grzewczym z pompą powietrzną i kotłem, na przykład na gaz, gdzie pompa działałaby przez większość czasu, a kocioł byłby uruchamiany tylko gdy temperatura spadnie poniżej efektywnej dla pompy, należy do przyszłych użytkowników.
Źródło dolne pompy ciepła – woda
Ciepło jest doskonale gromadzone, co sprawia, że zasłużenie uważamy je za najwyższej jakości źródło dolne – podczas schładzania jednego kilograma wody (1 l) o 1°C (1 K), jest w stanie oddać 4,2 kJ ciepła. Ta technologia pozwala na czerpanie ciepła z wody ze studni, rzeki, stawu, jeziora, a nawet z odpadów.
Jednakże, to źródło ciepła ma swoje wady, jeśli zawiera nadmiar związków mineralnych, takich jak żelazo i mangan, przed wymiennikiem pompy ciepła powinien być zamontowany tzw. wymiennik pośredni, który niestety powoduje mniejszą efektywność wykorzystania ciepła. Czasami zdarza się też, że wydajność wód gruntowych lub studni zrzutowych nagle spada. To oznacza problemy z instalacją grzewczą, które wynikają po prostu z trudnych do przewidzenia zmian w środowisku naturalnym.
Odbiornik ciepła, czyli źródło górne w pompie ciepła
Pompa ciepła osiąga najwyższą efektywność, gdy jest skoordynowana z dużym odbiornikiem ciepła o niskiej temperaturze. Dlatego najczęściej projektuje się do niej system ogrzewania podłogowego o niskiej temperaturze, z temperaturą wody między 28 a 35°C, który jest rozmieszczony na całej powierzchni podłogi (lub ewentualnie w ścianach). Taka konfiguracja pozwala na powierzchniowe chłodzenie pomieszczeń w cieplejszych miesiącach roku.
Jeżeli korzystamy z grzejników, muszą być one odpowiednio duże i przygotowane do pracy z wodą o temperaturze 50-55°C (maksymalnie do 65°C).
W wielu domach źródło ciepła jest mieszane, łącząc ogrzewanie podłogowe i grzejniki.
Ile naprawdę kosztuje ogrzewanie i chłodzenie pompą ciepła?
Jak wykazały analizy ekspertów ds. systemów grzewczych, roczne wydatki związane z ogrzewaniem budynku o powierzchni 200 m2 oraz produkcją ciepłej wody użytkowej za pomocą pompy ciepła wynoszą średnio 1500-2000 zł. W porównaniu, instalacja oparta na gazie generuje koszty rzędu 3000 zł, a elektryczna – 6000 zł. W przypadku pompy ciepła, do kosztów działania należy dodać także wydatki na energię elektryczną, zużywaną przez pompy dla górnego i dolnego źródła, jak i grzałki.
Upowszechnione jest zastosowanie systemu rozliczania energii elektrycznej w formie dwóch taryf, co pozwala na minimalizację kosztów. Warto wspomnieć, że pompa ciepła, oprócz podstawowej funkcji ogrzewania, może także chłodzić wnętrze, a koszt tego rozwiązania jest niższy niż w przypadku standardowej instalacji klimatyzacyjnej.
Coraz niższy koszt inwestycyjny
Kilka lat temu, koszt montażu pomp ciepła sięgał 70 000-80 000 zł. Obecnie spadł do 30 000-40 000 zł. W tym, pompa o mocy 7-10 kW kosztuje około 20 000 zł, zasobnik c.w.u. oscyluje w granicach 2000-6000 zł, a dolne źródło wynosi około 15 000 zł. Korzystając z takiego systemu grzewczego, nie ma konieczności budowania komina spalinowego (ponieważ nie generuje spalin), ani kotłowni.
Zastosowanie technologii pomp ciepła jest opłacalne na obszarach bez dostępu do sieci gazowej, lub tam, gdzie przyłącze gazowe miałoby kilkaset metrów. W takim przypadku, koszty instalacji systemu grzewczego z pompą ciepła nie są zbyt wysokie w porównaniu z systemem z kotłem gazowym, biorąc pod uwagę, że wykonanie przyłącza gazowego kosztuje 5000-12 000 zł, a komin spalinowy 3000-4000 zł.
Wymagany jest także kocioł grzewczy i ewentualnie zasobnik c.w.u. (w zależności od rozwiązania) za 5000-12 000 zł. W budynkach o powierzchni 200 m2, zarówno w systemie z pompą ciepła, jak i z kotłem gazowym, koszt niezbędnej armatury, instalacji podłogowej oraz robocizny będzie podobny. Różnica w kosztach szybko zwraca się w trakcie późniejszego użytkowania.
