Koszty inwestycyjne i eksploatacyjne przy ogrzewaniu wody (2). Ciepła woda z kranu

zobacz artykuł w formie pdf zobacz pdfa   zobacz pdfa  

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.
COP = T2 * h/(T2 – T1) + 1.

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 -5 ÷ -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.
Koszt zakupu pompy ciepła zintegrowanej ze zbiornikiem c.w.u. o pojemności ok. 300 litrów nie powinien być większy niż ok. 7-8000 zł, co dodając do tego koszty instalacji oraz dodatkowych elementów montażowych (duktów wentylacyjnych i rozdzielaczy powietrznych) w wysokości ok. 10% wartości urządzenia podstawowego, pozwoliłoby określić łączny koszt montażu takiego systemu podgrzewu c.w.u. dla przykładowej 4-osobowej rodziny na kwotę ok. 9000 zł. Koszt konserwacji, przeglądów i napraw takiego systemu powinien zamknąć się w granicach ok. 150 zł (czyszczenie kanałów wentylacyjnych, wymiana anod magnezowych, itp.).
Producenci jak na razie niechętnie określają gwarantowany czas życia wspomnianych pomp ciepła, ale moim zdaniem, ze względu na obecność elementów mechanicznych (sprężarka), można go porównać do czasu działania dobrej lodówki, tj. ok. 15 lat. Po tym okresie można założyć, że sprężarka będzie wymagała wymiany, a koszt jej wymiany będzie porównywalny z  kosztem nowego urządzenia.

Przyjmując, że średnioroczny COP dla takiego systemu wyniesie w okolicach COP = 2,2, rzeczywiste zapotrzebowanie na energię elektryczną do napędu sprężarki wyniesie:
Q365 = 5110 kWh/2,2 = 2322 kWh,
a roczny koszt energii elektrycznej (zakładając pracę pompy jedynie w trakcie trwania tzw. taryfy „nocnej”) wyniesie:
2322 kWh x 0,37* zł/kWh ≈ 860 zł/rok.
Powtarzając nasze obliczenia dotyczące wartości pieniądza w czasie oraz sumując roczne koszty: spłaty kredytu, konserwacji oraz zużytej energii elektrycznej, otrzymamy roczne koszty ponoszone na przygotowanie c.w.u. dla czteroosobowej rodziny równe:
830 zł + 150 zł + 860 zł ≈ 1840 zł/rok.
Jak widać z powyższych obliczeń, jest to koszt porównywalny z kosztami ponoszonymi przy instalacji kolektorów słonecznych.
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.
Niektórzy producenci oferują też zestawy zintegrowane z dodatkowa wężownicą w zbiorniku. Umożliwiają one wspomaganie pracy pompy ciepła, szczególnie w chłodne dni, za pomocą zewnętrznych źródeł ciepła, np. z instalacji c.o. lub też dodatkowego podgrzewu wody z wykorzystaniem kolektorów słonecznych. Wydaje się jednak, że wydatki związane z instalacją kolektorów słonecznych, w przypadku zastosowania pompy ciepła, zbyt szybko się nie zwrócą. Przypadek ten wymagałby jednak dokładniejszej analizy, bo przy korzystnym usytuowaniu miejsca instalacji kolektorów, gdy kąt pochylenia kolektorów słonecznych odpowiadałby optymalnemu kątowi padania promieni zimowego słońca, może to być ciekawa alternatywa na podniesienie ogólnej sprawności systemu ogrzewania c.w.u.

Pompy cieplne z wymiennikiem gruntowym
W przypadku pomp ciepła działających w oparciu o wymiennik gruntowy, mimo ich zdecydowanie lepszych i stałych w ciągu roku parametrów COP, koszty wykonania wymiennika gruntowego powodują, że wykorzystanie ich jedynie do podgrzewu c.w.u. będzie ekonomicznie nieuzasadnione – zwłaszcza na potrzeby czteroosobowej rodziny. Natomiast jest to zapewne warta do rozważenia alternatywa w przypadku łącznego systemu ogrzewania (zarówno c.o. jak i c.w.u.) opartego na pompie ciepła.

Podgrzewacz pojemnościowy
Na zakończenie naszych rozważań porównajmy roczne koszty ponoszone na przygotowanie c.w.u. dla rozważanego dla nas przypadku czteroosobowej rodziny przy zastosowaniu podgrzewacza pojemnościowego wody ogrzewanego wyłącznie za pomocą energii elektrycznej pobieranej w tzw. taryfie „nocnej”.

W skład takiego systemu wchodziłby:

* ogrzewacz pojemnościowy z grzałkami elektrycznymi o pojemności ok. 400 litrów,
* układ sterowania (termostat) i okablowanie.

Bazując na ofertach różnych producentów ogrzewaczy pojemnościowych, cena takiego zestawu wraz z usługą montażu nie powinna przekroczyć kwoty 3000 zł. Koszt konserwacji, przeglądów i napraw takiego systemu powinien zamknąć się w granicach ok. 50 zł rocznie (wymiana anod magnezowych co 2-3 lata, odkamienianie, etc.), a żywotność ok. 15 lat. Przybliżona kwota rocznej spłaty kredytu w wysokości 3000 zł zaciągniętego na 15 lat (przy takich samych warunkach kredytowania jak dla przykładów powyżej)  wyniesie ok. 276 zł/rok.
Koszt energii elektrycznej zużytej na podgrzanie wody wyniesie:
5110 kWh x 0,37* zł/kWh ≈ 1890 zł/rok.
* średnia cena energii elektrycznej „nocnej” w taryfie G12 uwzględniająca opłatę przesyłową oraz opłaty stałe.
Powtarzając nasze obliczenia dotyczące wartości pieniądza w czasie oraz sumując roczne koszty spłaty kredytu, koszt konserwacji oraz koszty zużytej energii elektrycznej, otrzymamy roczne koszty ponoszone na przygotowanie c.w.u. dla czteroosobowej rodziny równe:
276 zł + 50 zł + 1890 zł ≈ 2216 zł/rok.

Podsumowanie

Z porównania łącznych kosztów inwestycyjnych oraz eksploatacyjnych wymienionych wyżej systemów ogrzewania c.w.u. wynika, że w przypadku systemu opartego na kolektorach słonecznych oraz systemu opartego na zintegrowanej pompie ciepła powietrze-woda koszty te są praktycznie takie same. Niewiele drożej kosztuje system ogrzewania wody w oparciu o energię elektryczną czerpaną w czasie taryfy „nocnej”.
Najgorzej w porównywanym przypadku kształtują się ceny systemu opartego o panele fotowoltaiczne, gdzie koszt podgrzania c.w.u. wyniósłby prawie dwukrotnie więcej niż w przypadku paneli słonecznych.
Oczywiście powyższe wyliczenia należy dostosować do indywidualnych warunków zarówno uwzględniających koszty instalacji, jak też kredytowania inwestycji. Pozostawiam to już jednak jako zadanie domowe dla czytelników „Magazynu Instalatora”.
Jarosław Pomirski

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