Rzeczywiste koszty eksploatacji powietrznej pompy ciepła (2). Roczne oszczędności

Jesteśmy coraz bardziej świadomi, jakie korzyści niesie zastosowanie pomp ciepła, wciąż jednak czujemy niedosyt informacji dotyczących coraz bardziej popularnych pomp typu powietrze/woda, w tym doboru mocy grzewczej tych pomp ciepła, zbiornika buforowego, szczytowego źródła grzewczego, opłacalności itp.

W poprzednim artykule przedstawiłam zasadę działania powietrznej pompy ciepła oraz omówiłam dobór mocy grzewczej. Dziś posuwamy się o krok (duży) dalej…

Analiza ekonomiczna

W jaki sposób wyznaczyć temperaturę biwalencji oraz określić koszty eksploatacji? Czy i na jakie źródło szczytowe się zdecydować? Na te i inne pytania znajdziemy odpowiedzi w wyniku analizy symulacji wykonanych w programie komputerowym NIBE VP DIM.

Symulację i analizę wykonałam dla powietrznej pompy ciepła typu monoblok NIBE F2040, z modulowaną mocą grzewczą (inwerter) do 8, 12 i 16 kW, przy założeniu tych samych parametrów obliczeniowych, charakterystycznych dla standardowego nowego budynku jednorodzinnego o pow. użytkowej 160 m2, zlokalizowanego w III strefie klimatycznej, o zapotrzebowaniu na c.o. 8 kW i na c.w.u 1 kW, obliczeniowej temperaturze wewnętrznej 21oC, z instalacją grzewczą podłogową o parametrach 35/28.

Symulacja i analiza dla powietrznej pompy ciepła

Przyglądając się otrzymanym wynikom (tabela 1), widzimy, że roczne koszty ogrzewania są na zbliżonym do siebie poziomie, podczas gdy różnica w cenie pomiędzy najmniejszą i największą pod względem wydajności grzewczej pompą ciepła wynosi aż 9 tys. zł netto. W przypadku tego budynku wystarczy, żeby powietrzna pompa ciepła w 100% pokrywała zapotrzebowanie na ciepło do temperatury -11°C, a w dniach, kiedy temperatura będzie niższa, grzałka będzie wspomagała jej pracę i jest to ekonomicznie uzasadnione.

W przypadku budynków termomodernizowanych, w których mamy do dyspozycji istniejące źródło grzewcze w postaci kotła olejowego, gazowego, na biomasę czy węgiel, możemy uzyskać jeszcze większe oszczędności z tytułu zastosowania powietrznej pompy ciepła, a jej wydajność może być jeszcze mniejsza. Koszt instalacji pompy zasilanej powietrzem zewnętrznym to praktycznie koszt samego urządzenia i montażu, który waha się w granicach 22 000-35 000 zł brutto w zależności od technologii pompy powietrznej i funkcji, które ma posiadać (c.o., c.w.u, chłodzenie, zdalne sterownie, miernik energii itp.).

Koszt produkcji ciepłej wody użytkowej pompą 8 kW w przypadku rodziny 4-osobowej wynosi około 627,6 zł/rok, więc zastosowanie dodatkowo kolektorów słonecznych może przynieść dalsze oszczędności rzędu 300-400 zł/rok.

Podsumowując

Powietrzne pompy ciepła są znakomitą alternatywą, gdy działka jest mała i nie ma żadnej możliwości wykonania wymiennika gruntowego. Polem do popisu powietrznych pomp ciepła są też istniejące kotłownie, a więc budynki poddawane termomodernizacji. Powietrzne pompy ciepła większości producentów mogą współpracować z innymi źródłami ciepła, takimi jak np. kotły elektryczne, olejowe, gazowe. Zastosowanie powietrznych pomp ciepła w takich przypadkach pozwala na redukcję kosztów ogrzewania nawet o około 60%, a rolę szczytowego źródła ciepła zamiast grzałki elektrycznej przejmuje istniejący kocioł.

Aspekty praktyczne

Powietrzne pompy ciepła wykorzystują energię zgromadzoną w powietrzu otoczenia lub powietrzu wyrzutowym do ogrzewania, chłodzenia lub przygotowania ciepłej wody użytkowej. Mogą być zainstalowane jako kompaktowe jednostki wewnątrz lub na zewnątrz domu. Niewątpliwą zaletą pomp zasilanych powietrzem jest prostota i czas montażu (1-2 dni). Zazwyczaj tego typu pompy składają się z jednostki zewnętrznej i wewnętrznej (split) lub pompy ciepła i zasobnika c.w.u. (monoblok).

Pompy ciepła typu monoblok to urządzenia, gdzie w jednej obudowie znajduje się skraplacz, parownik, sprężarka, zawór rozprężny i pompa obiegowa czynnika grzewczego. Pompy ciepła typu split to urządzenia, w których komponenty pompy ciepła rozdzielone są na dwie jednostki. W jednostce zewnętrznej znajduje się zazwyczaj wentylator, parownik, sprężarka i zawór rozprężny, a w jednostce wewnętrznej skraplacz i pompa obiegowa czynnika grzewczego.

Wentylator zapewnia odpowiedni przepływ powietrza, z którego odzyskiwane jest ciepło. Wysoką efektywność i cichą pracę (nawet poniżej 40 dB (A)) uzyskujemy w pompach, w których wentylator ma możliwość dostosowania wydajności w zależności od zapotrzebowania na ciepło budynku. Jeżeli mamy do czynienia z pompą ciepła typu  monoblok, instalator nie musi być chłodnikiem, ani nie musi korzystać z pomocy firmy chłodniczej, gdyż moduł chłodniczy znajduje się w jednostce zewnętrznej i napełniony jest czynnikiem chłodniczym już w fabryce.

W tym przypadku instalator nie musi posiadać urządzeń oraz wiedzy na temat uruchamiania urządzeń klimatyzacyjnych. Rozmrażanie parownika odbywa się za pomocą gorącego gazu. Jeśli na parowniku powstanie oblodzenie, zawór 4-drogowy w module chłodniczym kieruje gaz gorący bezpośrednio ze sprężarki do parownika. Proces rozmrażania przebiega bardzo szybko i jest energooszczędny. Pompy tego typu zazwyczaj mogą współpracować z każdym rodzajem niskotemperaturowej instalacji grzewczej, ogrzewaniem podłogowym lub ściennym, jak również z konwektorami i grzejnikami ze względu na możliwość pracy pompy ciepła przy wysokiej temperaturze zasilania.

Uprawnienia chłodnicze są wymagane w przypadku pomp zasilanych powietrzem zewnętrznym typu split. W takim układzie mamy do czynienia z dwoma lub trzema jednostkami połączonymi systemem rur z czynnikiem chłodniczym. Generalnie pompy ciepła typu split łatwiej jest transportować ze względu na mniejszą wagę i rozmiary dwóch oddzielnych jednostek jednostki (zewnętrzną i wewnętrzną) w porównaniu do pompy typu monoblok.

Pompa ciepła typu powietrze/woda z funkcją rewersyjną zapewnia pełny komfort cieplny w budynku, ponieważ oprócz ogrzewania i produkcji ciepłej wody jest wstanie chłodzić pomieszczenia w okresie letnim (przy wykorzystaniu ogrzewania płaszczyznowego lub klimakonwektorów).

Zasada działania urządzenia

Zasada działania urządzenia jest prosta: ciepło jest odzyskiwane z powietrza zewnętrznego poprzez jednostkę zewnętrzną, gdzie czynnik chłodniczy krążący w systemie zamkniętym transportuje je do jednostki wewnętrznej. Poprzez odwrócenie tego procesu czynnik chłodniczy w jednostce wewnętrznej odzyskuje ciepło z wody instalacyjnej, które następnie wyrzucane jest na zewnątrz i w wyniku tego pompa ciepła realizuje funkcję chłodzenia.

Sterownik umieszczony zazwyczaj wewnątrz domu steruje pracą całego systemu i w zależności od aktualnego zapotrzebowania na ciepło lub chłód uruchamia lub wyłącza sprężarkę w jednostce zewnętrznej. W razie podwyższonego zapotrzebowania na ciepło sterownik włącza dodatkowe źródło ciepła, takie jak grzałka zanurzeniowa lub inne.

Pompę można łączyć z dodatkowymi źródłami ciepła, jak np. istniejące kotły, kolektory słoneczne lub istniejący ogrzewacz wody, w związku z czym istnieje możliwość uzyskania dodatkowej energii cieplnej, gdy jest taka potrzeba. Przy wyborze marki pomp ciepła typu powietrze/woda należy zwrócić uwagę na wydajność urządzenia, sprawdzić, czy pompa ciepła jest przystosowana do wybranego rodzaju systemu grzewczego (pompy niektórych producentów mogą współpracować wyłącznie z systemem niskoparametrowym), czy jednostka wewnętrzna ma możliwość bezpośredniego podłączania dodatkowych źródeł ciepła, czy tylko poprzez osobny zbiornik akumulacyjny, a także czy ma zaawansowany system sterowania, który zapewni możliwość ustawienia i regulacji ogrzewania, chłodzenia i produkcji ciepłej wody użytkowej.

Pompa ciepła zasilana powietrzem zewnętrznym nie wymaga specjalnego pomieszczenia, ustawia się ją na zewnątrz przy budynku lub na ścianie budynku i zajmuje niewielką ilość miejsca. W przypadku montażu pomp na zewnątrz należy odpowiednio dobrać miejsce montażu, tak żeby pompa nie była narażona na silny wiatr, ale jednocześnie nic nie ograniczało swobodnego przepływu powietrza, straty przesyłu energii z jednostki zewnętrznej były jak najmniejsze, a hałas podczas pracy urządzenia nie zakłócał komfortu użytkowników i sąsiadów.

W przypadku pomp ciepła do ustawienia wewnętrznego, zasilanych powietrzem zewnętrznym, montuje się specjalne kanały doprowadzające powietrze z zewnątrz i tu również hałas będzie decydował o lokalizacji urządzenia w budynku. W przypadku pomp ciepła zasilanych powietrzem wewnętrznym mamy z kolei ograniczenia wynikające z niskiej wydajności grzewczej, więc tego typu pompy ciepła nadają się raczej do budynków lub pomieszczeń o małej powierzchni lub domów niskoenergetycznych i pasywnych.

Producenci pomp ciepła ciągle pracują nad ich udoskonaleniem. Jest to szczególnie widoczne w segmencie pomp ciepła typu powietrze/woda. W ciągu ostatnich siedmiu lat zmieniał się zarówno współczynnik sprawności, jak również graniczna dolna temperatura pracy pomp ciepła, która z -10oC zeszła do -25oC! Opanowanie konstrukcji sprężarek typu scroll z możliwością „wtrysku międzystopniowego” umożliwiło wyposażenie modułów chłodniczych pomp ciepła w dodatkowy wymiennik ciepła, zwany potocznie ekonomizerem, co w efekcie pozwoliło na uzyskanie efektu sprężania dwustopniowego przy zastosowaniu pojedynczej sprężarki.

Umożliwia to niezawodną pracę pompy ciepła w temperaturach równych, a nawet niższych niż -20°C i powoduje: wzrost efektywności energetycznej tych urządzeń, co objawia się również tym, iż wartość granicznej temperatury pompy ciepła została przesunięta w dół, oraz uzyskanie temperatury wody na zasilaniu systemu grzewczego na poziomie 65°C (w przeważającym zakresie pracy).

Zapraszam do kolejnego artykułu…

dr inż. Małgorzata Smuczyńska

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