Nasza droga dotycząca wyboru ogrzewania była trudna i kręta. Na rynku jest mnogość rozwiązań- pompa ciepła, piec gazowy, kocioł na pellet itp… Dążyliśmy do tego, by budynek był oszczędny w eksploatacji- energooszczędny. O naszych założeniach bazowych pisaliśmy tutaj: Projekt stodoła – założenia energooszczędne. Jednak, z drugiej strony, kierowaliśmy się też pragmatyzmem, nie chcieliśmy niepotrzebnie inwestować, jeżeli nie ma to realnej szansy zwrotu. W końcu taka jest idea naszego Projektu.  Wyszliśmy z założenia, że budynek i jego “obudowa” sama w sobie jest w dużym stopniu energooszczędna- grubo ocieplona, usytuowana na południe, z dobrymi oknami i  wentylacją mechaniczną- wszystko to powoduje, że ma małe zapotrzebowanie na ciepło.

Ściana zewnerzna w Projekcie Stodoła to Bloczek gaozbetonowy Ytong + 20cm Styropianu grafitowego frezowanego

To znaczy, że źródło ciepła, czyli to w jaki sposób ogrzejemy dom, to sprawa drugorzędna i ogrzewając go piecem gazowym, pompą ciepła, czy piecem na pellet, będziemy wydawać relatywnie mniej niż w budynku standardowym. Drugorzędna oczywiście nie znaczy nieważna, ponieważ instalacje to największa pozycja w kosztorysie oraz to one determinują w znacznym stopniu nasze wydatki eksploatacyjne.

Ten wstęp ma na celu pokazanie podejścia do decyzji chłodno i obiektywnie, nie patrząc na panującą modę, sąsiada i hasła reklamowe, ale na nasze zapotrzebowanie, osiągi i koszt inwestycji- czyli ten na początku oraz późniejszej eksploatacji. Oprócz efektywnego źródła ciepła, naszym  założeniem była też bezobsługowość. Wykluczyliśmy więc wszystkie piece spalające paliwo stałe. Skupiliśmy się na trzech opcjach- piec gazowy kondensacyjny, powietrzna pompa ciepła, pompa ciepła gruntowa (przy czym, przy porównywaniu, oczywiście wzięliśmy pod uwagę również inne możliwości). Czym charakteryzują się poszczególne źródła?

Porównianie kosztu ogrzewnaia różnymi źródłami ciepła

 


Pompa ciepła- co to jest i jak działa?

Pompa ciepła jest nowoczesnym urzadzeniem grzewczym, całkowicie bezobsługowym. Pompa ciepła to urzadzenie, które odbiera ciepło z dolnego źródła– otoczenia, którym może być grunt, woda i powietrze i przenosi je, “pompuje“, do górnego źródła, czyli instalacji grzewczej domu. Z tej prostej zasady wynika jej nazwa- pompa ciepła.  Pompa ciepła działa i potrzebuje energii elektrycznej, ale w odróżnieniu od ogrzewania samym prądem, jest o wiele bardziej efektywna. Na każdy 1 kW energii pobranej z sieci przypada ok 2-5 kW energii pobranej z otoczenia. To z jaką efektywnością pompa ciepła zamienia energię elektryczną na grzewczą określa współczynnik COP czyli stosunek energii elektrycznej do energii wytworzonej. Dobrej klasy pompy ciepła mają go na poziomie 4. Cały proces polega na podstawowych zasadach termodynamiki i właściwościach fizycznych gazów, których, gdy są sprężane, temperatura rośnie, a przy rozprężeniu spada.

Cała zasada jest wykorzystywana od dziesięcioleci w lodówkach, chłodziarkach i agregatach klimatyzacyjnych. W pompie ciepła zasada jest dokładnie ta sama tylko odwrócona. W obiegu pompy krąży czynnik chłodniczy, który wpływa do wymiennika ciepła- parownika, który odparowuje go pobierając przy tym ciepło z dolnego źródła.  Następnie czynnik trafia do sprężarki, która powoduje wzrost ciśnienia i tym samym temperatury. Tam czynnik zamieniony w parę przechodzi do drugiego wymiennika- skraplacza- tutaj czynnik zamienia się z gazu na płyn oddając przy tym energię cieplną. Czynnik oddając energię cieplną schładza się i cykl zaczyna się od początku. Należy zauważyć, że bezpośredni wpływ na sprawność pompy ciepła ma temperatura dolnego źródła. Podsumowując i nie wgłębiając się w fizykę- pompa ciepła działa i nie jest to jakaś czarna magia, tylko bardzo prosty i sprawdzony proces.

pompa ciepła może korzystać z energii gruntu, wody , powietrza

W zależności od dolnego i górnego źródła rozróżnimy kilka typów pomp ciepła:

  • pompy gruntowe- pobierają ciepło z dolnego źródła w gruncie za pośrednictwem cieczy (glikolu lub solanki), są to pompy z kolektorami poziomymi lub pionowymi (odwiertami)
  • pompy powietrzne- pobierają ciepło z otoczenia, dolne źródło (powietrze) przekazuje je do wody lub powietrza.

Pompa gruntowa, a pompa powietrzna

Pompa gruntowa o wiele lepiej sprawuje się jeżeli chodzi o sprawność i efektywność grzania. Wynika to ze stabilnego dolnego źródła, warunki panujące 100 m pod ziemią mają małą zmienność, w stosunku do tych na powierzchni. Pompa tego typu nie jest “wrażliwa” na warunki panujące na zewnątrz. Z tego również względu pompa gruntowa może latem chłodzić pomieszczenia. Z drugiej strony pompa gruntowa jest droższa w instalacji. Wynika to z konieczności wykonania specjalistycznych odwiertów zaprojektowanych do danych warunków i dopasowanych do potrzeb budynku.


Sprawność pompy powietrznej zależy bezpośrednio od temperatury zewnetrznej dlatego, że jako dolne źródło wykorzystuje otaczające nas powietrze, które niestety jest niestabilne, czyli o zmiennej temperaturze. Ten fakt jest zarazem wadą i zaletą, ponieważ  jeśli na zewnątrz temperatura jest niska, sprawność (czyli współczynnik COP) pompy powietrznej spada. Z drugiej strony pompa powietrzna jest znacznie tańsza w instalacji, ponieważ nie potrzebuje do funkcjonowania odwiertów, a montaż jest bardzo prosty.

Bardzo często przyszli inwestorzy pytają: “W jaki sposób pompa ciepła ogrzewa pomieszczenia zimą skoro na zewnątrz temperatura jest bardzo niska, a tym samym zapotrzebowanie na ciepło jest bardzo wysokie?”. Niestety sprawność pompy w bardzo niskiej temperaturze spada i musi ona się wspomagać grzałką elektryczną, co zwiększa zużycie prądu.  Jednak nowoczesne powietrzne pompy ciepła potrafią pracować bez spadku wydajności nawet przy -15 stopniach mrozu. Co przy tendencjach obecnych zim jest wyjątkowo korzystne. Obecnie notuje się bardzo szybki wzrost zainteresowania urządzeniami tego typu, bardzo szybko zdobywają rynek.


Kondensacyjny piec gazowy

Tutaj chyba nie trzeba dużo tłumaczyć. Piec gazowy dostarcza ciepło spalając gaz. Nowoczesne kotły są całkowicie bezobsługowe, wyrzut spalin w piecach kondensacyjnych może odbywać się po prostu przez ścianę. Koszt inwestycji  w stosunku do dwóch poprzednich jest najniższy. Piec jest najbardziej sprawdzoną metodą grzewczą o dużej mocy. Jednak, by móc rozważać tą opcję musimy mieć dostęp do sieci gazowej. Trzeba pamiętać, że przyłącze gazowe to również niemały koszt.


Analiza i porównanie

Przeanalizowaliśmy kilka scenariuszy oraz wykonaliśmy analizę wkładu inwestycyjnego do kosztów eksploatacji. Pracowaliśmy na bazie charakterystyki energetycznej do projektu stworzonej w programie Audytor OZC oraz arkusza kalkulacyjnego udostępnionego przez Port.PC (Polecamy stronę). Wyniki analizy i porównania publikujemy poniżej po powiększeniu nie ma możliwości zbliżenia dlatego najlepiej ściągnąć obraz klikając prawym przyciskiem myszy.

Analiza i porównianie źródeł ogrzewania

Szybko skupiliśmy się już jedynie na dwóch możliwościach- piecu gazowym oraz powietrznej pompie ciepła.  Nie braliśmy pod uwagę pompy ciepła gruntowej z prostej przyczyny- Projekt Stodoła ma małe zapotrzebowanie na ciepło, położony jest w dosyć ciepłym miejscu na mapie Polski, dodatkowo wysoki koszt inwestycyjny zakupu urządzenia oraz odwiertów prowadzi do wniosków, że inwestycja w pompę ciepła gruntową nie zwróci się szybko w eksploatacji. Jest to bardziej opłacalne w zimniejszych regionach Polski lub dla budynków o większym zapotrzebowaniu.

Zasadniczo piec gazowy i powietrzna pompa ciepła w perspektywie 10 lat wychodzi podobnie. Wydatki miesięczne przy zużyciu gazu są na poziomie 250 zł miesięcznie, przy pompie ciepła powietrznej ok. 150 zł, uśredniając wszystkie miesiące. To przy różnicy w inwestycji na poziomie 10-12 000 zł daje nam zwrot zakupu dopiero w perspektywie 10 lat. Pompa ciepła to inwestycja, która się zwraca z czasem, daje nam niezależność od cen gazu, dodatkowo dostajemy możliwość chłodzenia oraz połączenia z panelami fotowoltaicznymi. Na pewno ogromną zaletą jest możliwość zastosowania jej wszędzie gdzie tylko jest prąd.

Piec gazowy ma przewagę kiedy zależy nam na niskich kosztach inwestycji na samym początku, podstawowy warunek to istniejąca sieć gazowa.


Nasz wybór

Jednostka zewnętrzna pompy ciepła może być zamontowana na osobnym fundamencie lub mocowana do elewacji

Dobraliśmy do Projektu Stodoła powietrzną pompę ciepła typu split Mitsubishi Electric Ecodan o mocy 8 kW. Mitsubishi jest liderem jeżeli chodzi o produkcję sprężarek, od wielu lat zajmuje się produkcją klimatyzatorów. Parametry naszej pompy to klasa energetyczna A++, pompy ciepła Mitsubishi wyposażone są w innowacyjne sprężarki z technologią inwerterową Zubadan, które pozwalają na pracę w niskich temperaturach. Technologia inwerterowa w sprężarce pompy ciepła polega na zmiennej prędkości, która elastycznie dostosowuje się do danego zapotrzebowania na ciepło, pozwala to znacznie zmniejszyć pobór prądu.

Wykres obrazujacy dopasowanie mocy ciepnej z użyciem sprężarki inwerterowej

Standardowo problem powietrznych pomp ciepła to spadek mocy przy temperaturach ujemnych, wtedy kiedy potrzebujemy najwięcej ciepła. Gdy temperatura spada do -7 stopni, sprawność pompy ciepła maleje o 10-15%. Przy temperaturze -18° C pompa będzie miała moc na poziomie 40-60%. Czyli sama pompa, która jest dobrana do zapotrzebowania, np. gdy mamy straty 10 kW i pompę ciepła 10 kW, po spadku wydajności będzie wynosić 6 kW. Sama pompa ciepła nie da rady, ponieważ musi jeszcze przygotować wodę użytkową- w takim przypadku załącza się grzałka elektryczna, która znacznie zwiększa zużycie i zwiększa nasze rachunki. Technologia Zubadan pozwala na pracę z pełną mocą grzewczą nawet przy -15° C. Teraz odpowiedzmy sobie ile razy w roku mamy takie mrozy?

Dodatkowo w zestawie uwzględniliśmy moduł Wi-fi, który dzięki aplikacji umożliwia zdalne sterowanie oraz monitorowanie zużycia. Zaletą przemawiajacą za pompą ciepła była również bardzo dobra współpraca z ogrzewaniem podłogowym, które zastosowaliśmy we wszystkich pomieszczeniach budynku. Jest to temat na kolejny wpis, który pojawi się już wkrótce.

W naszej kotłowni zbiornik CWU (ciepłej wody użytkowej) jest wbudowany w pompę ciepła. Dodatkowo zamontowaliśmy dodatkowy zbiornik buforowy z wężownicą mający zadanie jeszcze obniżyć zużycie energii. W zbiorniku magazynowana jest ciepła woda ogrzewana wężownicą na powrocie z instalacji grzewczej wody z podłogówki. Zbiornik spełnia dwa zadania- pompa ciepła pobiera z niego ciepłą wodę do podgrzania oraz pełni funkcję optymalizującą pracę pompy magazynu ciepła na czas odmrażania (które zazwyczaj odbywa się z pomocą grzałki elektrycznej)


Co jest istotne przy wyborze pompy ciepła:

  • Współczynnik COP czyli współczynnik wyrażający ile jednostek energii elektrycznej potrzebnych jest do wyprodukowania jednostki energii cieplnej. Im wyższy COP tym lepiej. Oczywiście nie jest to jedyne zużycie prądu jakie generuje pompa ciepła.
Pompy ciepła typu split muszą być montowane przez instalatora z uprawnieniami, napełnia on przewody pomiędzy jednostką zewnętrzną i wewnętrzną czynnikiem chłodniczym
  • Serwis, koszt przeglądów i ewentualnych części zamiennych.
  • Moc pompy czyli ile kW. Każdorazowo moc pompy powinien dobierać instalator z odpowiednimi uprawnieniami poprzedzając to obliczeniami. Praktyka jest taka, że sprawdzając zapotrzebowanie budynku na ciepło znajdujące się w charakterystyce energetycznej powinniśmy dobrać pompę minimalnie większą uwzględniając ogrzewanie ciepłej wody użytkowej CWU. W naszym przypadku straty ciepła wynosiły ok. 6,6 kW, dlatego dobrano nam pompę ciepła 8 kW. Nie powinno się stosować pomp ciepła przewymiarowanych, idąc za pomysłem, że większa pompa sprawi, że przy mrozach i spadku wydajności jej 60% dalej będzie miało dostateczną ilość mocy. W tym przypadku więcej nie znaczy lepiej- tak dobrane urządzenia nie pracują jednostajnie oraz pracują poniżej ich nominalnej mocy, co sprawia, że spada ich sprawność.

Na koniec

Podłoga po uruchomieniu pompy ciepła, bardzo szybko uzyskała pożądaną temperaturę

Temat ogrzewania jest bardzo złożony. Wiele elementów składowych ma tu wpływ, te po stronie projektu budynku: materiały użyte do budowy, zyski i straty cieplne, a z drugiej instalacyjnej jest bardzo wiele różnych opcji i możliwych systemów ogrzewania i również dystrybucji (grzejniki , ogrzewanie podłogowe). Jest więc wiele dobrych rozwiązań, wszystko zależy od oczekiwań. Najważniejsze przy wyborze jest:

  1. Po pierwsze określenie zapotrzebowania naszego budynku, priorytetów budżetu i zakładanych kosztów eksploatacji oraz innych elementów np. konieczności zakupu i skaładowania opału/paliwa lub potrzeba bezobsługowości.
  2. Po drugie profesjonalna firma instalacyjna, które dobierze źródło ciepła, jego moc i zainstaluje zgodnie z wymogami danego producenta.

Projektując Stodołę zadbaliśmy, by wiele elementów było już zawartych w projekcie. Nasz wybór do Projektu Stodoła jest optymalny i myślę, że najlepszy z możliwych przy tych warunkach brzegowych, konsultowany z wieloma osobami z branży. Skoro mamy już źródło ciepła musimy jeszcze pomyśleć o tym w jaki sposób przekazać je do budynku, o czym napiszemy w następnym wpisie- czyli ogrzewanie podłogowe, a może grzejniki?


Automatyka PC pozwala na bieżące monitorowanie zużycia prądu, stan z 13 marca 2018

Aktualne obserwacje

Aktualne obserwacje- pompa pracuje od 4 miesięcy, zużycie prądu jest na poziomie 350 zł miesięcznie, ale pompa grzeje non stop. Styczeń- Luty mimo, że ciepły, upłynął pod znakiem wygrzewania posadzek, za to wynik w marcu mimo mrozów jest już bardzo obiecujący. Zdjęcie z 13 Marca. Budynek ma bardzo dużą pojemność cieplną, w okresie ostatnich mrozów (-13 stopni nocą) wyłączyliśmy ogrzewanie, ponieważ były montowane podłogi. Temperatura w budynku utrzymywała się przez kilka dni, a panowie dalej pracowali w krótkich rękawkach.

 

 

Słowa kluczowe: pompa ciepła; piec gazowy; jakie ogrzewanie; czym ogrzewać dom; powietrzna pompa ciepła; gruntowa pompa ciepła; Mitsubishi; Zubadan; pompa Mitsubishi; opinie; projekt stodoła; stodoła; nowoczesna;

 

 

 

 

Author