ABC c.w.u. z OZE. Ekologiczny podgrzew

zobacz artykuł w formie pdf zobacz pdfa zobacz pdfa     

Średnia suma globalnego rocznego promieniowania w Polsce wynosi ok. 1000 kWh/m2 powierzchni Ziemi, a średnioroczna liczba godzin słonecznych wynosi około 1600 h. Natężenie nie jest jednakowe dla całego obszaru kraju, lecz różnice pomiędzy poszczególnymi rejonami kraju nie są zbyt duże. Należy jednak pamiętać o sprawności przetwarzania energii promieniowania słonecznego na energię cieplną lub elektryczną w kolektorach słonecznych lub panelach fotowoltaicznych. W przypadku kolektorów słonecznych płaskich sprawność w idealnych warunkach może dochodzić nawet do 80% (chociaż w rzeczywistości, uwzględniając warunki montażu oraz zmieniający się w czasie kąt padania promieni słonecznych, sprawność nie przekracza 40-50%). Zdecydowanie gorzej wygląda to w przypadku paneli fotowoltaicznych, gdzie sprawność przetwarzania energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną wynosi zaledwie 10-12%.
Istotnym problemem jest również fakt, że promieniowanie słoneczne zależy silnie od pory roku. Dla obszaru Polski dzienny strumień energii waha się od 7,5 kWh/(m2 * doba) latem do 0,1 kWh/(m2 * doba) zimą. Przyjmuje się zatem, że kolektory słoneczne lub też panele fotowoltaiczne mogą zapewnić pokrycie do 60% zapotrzebowania na energię do ogrzania ciepłej wody użytkowej. Brakujące 40% energii musi być uzupełnione z innych źródeł ciepła – dla naszego porównania przyjęliśmy pozyskanie brakującej energii cieplnej za pomocą grzałek elektrycznych zasilanych energią elektryczną z II taryfy tzw. nocnej.
Wydawałoby się, że od momentu zakupienia systemu ogrzewania c.w.u. z kolektorami słonecznymi nie będziemy ponosili innych kosztów eksploatacji systemu podgrzewania wody. Niestety nie jest to do końca prawdą. Ze względu fakt, że promieniowanie słoneczne zależy silnie od pory roku systemy solarne są w stanie zaspokoić jedynie 60% rocznego zapotrzebowania mieszkańców na c.w.u., pozostałe 40% musi być uzupełnione z innych źródeł. Należałoby również uwzględnić koszty wymiany płynu solarnego, anod magnezowych, energii elektrycznej zużytej do napędu pompy obiegowej oraz koszty konserwacji i napraw systemu wynoszące ok. 0,5÷2% kosztów systemu. Do kosztów eksploatacji systemów podgrzewu c.w.u. należy również doliczyć, o czym często się zapomina, koszty finansowania inwestycji. Niezależnie od tego, czy inwestycję finansujemy z własnych środków, czy też z kredytu bankowego, ponosimy określone koszty środków pieniężnych – czy to w postaci spłat rat kredytu, czy też w postaci nieuzyskanych odsetek od lokaty bankowej.
Łączne koszty uzyskania ciepłej wody użytkowej będą się zatem składać z: kosztów finansowania inwestycji, kosztów corocznej eksploatacji oraz dodatkowych kosztów związanych z podgrzewem wody w okresie, gdy moc dostarczana przez system jest zbyt mała do zapewnienia odpowiedniego komfortu użytkowania.
Pompy ciepła do podgrzewu ciepłej wody użytkowej mogą pracować w dwóch systemach: w oparciu o system powietrze-woda, gdzie ciepło potrzebne do podgrzewu wody uzyskiwane jest z powietrza zewnętrznego lub wentylacyjnego, oraz system grunt-woda, gdy ciepło potrzebne do podgrzewu wody pozyskiwane jest w wymiennikach gruntowych.
Charakterystycznym parametrem każdego systemu opartego na pompie ciepła jest tak zwany współczynnik wydajności cieplnej, COP (coefficient of performance), definiowany jako stosunek pomiędzy mocą grzewczą pompy ciepła a niezbędną do napędu sprężarki mocą elektryczną, czyli mówiąc zarozumialej – ile razy więcej kWh energii uzyskamy, wykorzystując 1 kWh energii do napędu pompy ciepła. Standardowe współczynniki COP dla pomp ciepła wynoszą: ok. COP = 3-3,5 dla pomp ciepła działających w oparciu o powietrze zewnętrzne oraz COP = 4,5-4,7 dla pomp ciepła działających w oparciu o wymienniki gruntowe.
Wartość COP jest ściśle zależna od różnicy temperatur pomiędzy źródłem (T1) a odbiornikiem ciepła (T2). Im mniejsza jest różnica temperatury pomiędzy źródłem ciepła a jego odbiornikiem, tym sprawność działania pompy jest większa. W przypadku pomp ciepła opartych na wymienniku powietrznym współczynnik COP, w zależności od pory roku i temperatur powietrza, może się radykalnie różnić. Moc grzewcza i sprawność COP spada wraz ze spadkiem temperatury powietrza. Podczas zimy, przy temperaturach od -5 do -10°C, sprawność pompy ciepła wynosi zaledwie 2 lub mniej. Wynika to wprost z fizyki, we wzorze na COP w mianowniku występuje (T2 – T1), zatem im niższa jest temperatura źródła T1, tym mniejsza wartość COP. Sprawność COP = 2 oznacza, że koszt eksploatacyjny ogrzewania pompą ciepła jest tylko 2 razy mniejszy od bezpośredniego ogrzewania elektrycznego.
Spadek mocy i sprawności pompy ciepła w okresach szczególnie mroźnych wymaga zastosowania dodatkowego źródła ciepła. Zwykle jest to grzałka elektryczna zamontowana w zbiorniku wody. Może też być inne źródło ciepła już istniejące w domu (np. kocioł).
Ponieważ temperatura gruntu pozostaje mniej więcej taka sama w przeciągu całego roku, współczynnik COP pomp ciepła działających w oparciu o wymienniki gruntowe pozostaje w miarę niezmienny, natomiast zdecydowanie większe są koszty instalacyjne związane z koniecznością wykonania wymiennika gruntowego.
Najprostszym rozwiązaniem podgrzewania c.w.u. w oparciu o pompę ciepła działającą na zasadzie odzysku ciepła z powietrza wentylacyjnego lub zewnętrznego (w zależności od konfiguracji kanałów doprowadzających powietrze do pompy) jest zainstalowanie zintegrowanego z pompą podgrzewacza zbiornikowego. Obecnie prawie wszyscy liczący się producenci urządzeń do podgrzewania c.w.u. posiadają w swojej ofercie takie rozwiązania.
Efektywność działania pompy ciepła, szczególnie w okresie zimowym, można zwiększyć, wykorzystując jako źródło ciepła zużyte powietrze wentylacyjne. Należy jednak pamiętać, że w tym przypadku ciepło odzyskane z powietrza wentylacyjnego musiało być wcześniej do niego dostarczone przez system ogrzewania pomieszczeń, tak więc z jednej strony podnosimy współczynnik sprawności działania pompy ciepła do ogrzewania c.w.u., z drugiej jednak strony będziemy musieli dostarczyć więcej ciepła do ogrzania napływającego do pomieszczeń zimnego powietrza. To co jest wadą w zimne dni, może jednak być zaletą w dni upalne, gdy system ten może pełnić rolę klimatyzatora.
Jarosław Pomirski

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij