c.w.u. w systemie z pompą ciepła

Czego dowiesz się z artykułu?

• Ile wody zużywa przeciętna rodzina?
• Ile energii pochłania przygotowywanie c.w.u?
• Jakie pompy ciepła sprawdzą się do pogrzewania c.w.u.?
• Jaką pompę ciepła zastosować do podgrzewania wody basenowej?
• Czym jest odzyskwa?

W większości domów wodę użytkową podgrzewa kocioł. Ten sam, który zapewnia ogrzewanie budynku. To rozwiązanie dość proste, ale niekoniecznie najlepsze pod względem zużycia energii i kosztów eksploatacji. Niejednokrotnie, przede wszystkim jeżeli mamy kocioł na paliwo stałe, jest to też rozwiązanie niekorzystne dla środowiska naturalnego i po prostu niewygodne. Przede wszystkim w okresie letnim, kiedy palimy w kotle tylko po to, żeby podgrzać sto kilkadziesiąt litrów wody w zasobniku.

Na szczęście, można zastosować rozwiązania, które pozwolą zmniejszyć zużycie energii i zwiększyć wygodę. Wszystkie, które tu opisujemy - nie wymagają skomplikowanych prac instalacyjnych.

Jakie zalety ma basenowa pompa ciepła?

Specjalnie dla Was poznaliśmy, jak działa powietrzna pompa ciepła PCWB Hewalex, której zadaniem jest ogrzewanie i chłodzenie wody w basenie.

Ile wody potrzebujemy?

Najczęściej przyjmuje się, że jedna osoba zużywa ok. 50 l ciepłej wody na dobę. Jednak, jak to zwykle bywa w przypadku uśredniania, rozbieżności bywają bardzo duże, a sztywne trzymanie się wzorca prowadzi nas na manowce. Trochę jak w powiedzeniu, że człowiek i koń mają średnio po 3 nogi. Jeżeli z upodobaniem robimy sobie kąpiele w dużej wannie, nijak nie będziemy pasować do średniej. Jedna taka kąpiel pochłania zasób wody przewidziany dla trzech osób!

Pouczające jest zestawienie zużycia wody przy korzystaniu z różnych urządzeń sanitarnych:

Może cię zainteresować

Oszczędzaj z pompą ciepła! Wybór pompy ciepła do domu jednorodzinnego Bufor ciepła 1000 l - kiedy warto stosować, a kiedy nie? Hybrydowa pompa ciepła - wszystko, co musisz o niej wiedzieć Dlaczego warto wybrać pompę ciepła do ogrzewania domu? O co chodzi z tymi pompami ciepła? Powietrze-powietrze, powietrze-woda? Pompa ciepła do cwu i kocioł na pellet - jak sprawdzi się ten duet? Kiedy pompa ciepła się opłaca? Jak zabezpieczyć monoblokową pompę ciepła powietrze-woda przed zamarzaniem? Rola zaworu przecizamrożeniowego Monoblokowe, powietrzne pompy ciepła do nowych i modernizowanych budynków Czy pod pompę ciepła potrzebny jest fundament? Pompa ciepła gruntowa czy powietrzna - która jest lepsza? Jakie są dotacje na pompę ciepła 2023 roku? Sposób na tanią ciepłą wodę - pompa ciepła Ecodan QUHZ CO2

Zobacz więcej Zwiń

• 120-150 l kąpiel;
• 50 l prysznic;
• 3-5 l mycie rąk.

Ale tu znów trzeba uprzedzić, że założono tu oszczędne korzystanie z prysznica. Jeżeli woda będzie lecieć nieprzerwanie przez 10-15 minut, wody zużyjemy tyle co do kąpieli.

Przede wszystkim zastanówmy się więc jakie nawyki ma nasza rodzina, oraz ile wody potrzeba do napełnienia wanny - największego odbiornika c.w.u.

Typowa temperatura i zużycie wody.

Ile energii zużywamy?

Ilość energii (ciepła) niezbędnego do przygotowania c.w.u. zależy właściwie tylko od liczby domowników i ich nawyków. W sensie ścisłym, bo przecież nas tak naprawdę interesuje zwykle nie energia zużyta, lecz taka, za którą musimy zapłacić. Świetnym przykładem są właśnie pompy ciepła. Zakładając, że COP wynosi 3, na każde 3 kWh energii pochłoniętej przez wodę płacimy tylko za 1 kWh prądu. Reszta (2 kWh) pochodzi z otoczenia.

Właśnie tu otwiera się pole do oszczędzania. Przy ostatecznie tym samym zużyciu wody i jej temperaturze, koszty jej przygotowania mogą różnić się diametralnie.

Ile energii pochłania więc przygotowywanie c.w.u? Jako punkt wyjścia potraktujmy to standardowe zużycie 50 l na osobę dziennie, dla rodziny złożonej z 4 osób mamy więc 200 l. Jeżeli nawet zużywamy znacznie więcej wody, to możemy to sobie potem łatwo przeliczyć, bo proporcje zostają zachowane. Przykładowo, 300 zamiast 200 l to wzrost zapotrzebowania na energię o 50%.

Przyjmujemy następujące założenia:

• 50 l na osobę w ciągu doby;
• temperatura c.w.u. 45°C;
• temperatura wody zasilającej 10°C;
• różnica temperatury wynosi więc 35 K;
• ciepło właściwe wody 4,2 kJ/(kg·K).

Litr wody ma masę 1 kg, dziennie przygotowanie wody dla jednej osoby pochłonie:

50 l × 35 K × 4,2 kJ/(kg·K) = 7350 kJ

Dzieląc to przez 3600, otrzymujemy wartość w kWh:

7350 kJ : 3600 = 2,04 kWh

Dla 4 osób daje to nieco ponad 8 kWh dziennie. Jednak pamiętajmy, że w praktyce występują jeszcze straty wynikające choćby z wychładzania się zasobnika czy działania cyrkulacji. Dlatego bezpieczniej będzie przyjąć realne zużycie energii na poziomie 10 kWh dziennie. Poza tym to liczba bardzo wygodna do szybkich obliczeń. Rocznie mamy więc ok. 3600 kWh. Mniej więcej połowa z tego przypada na sezon grzewczy, kiedy i tak działa nasze główne źródło ciepła. Dlatego bardziej kłopotliwa jest ta cieplejsza połowa roku. Wówczas, szczególnie mając kocioł na paliwo stałe, zwykle szukamy sposobu, żeby z niego nie korzystać tylko na potrzeby c.w.u.

To jak najbardziej uzasadnione, bo wtedy użytkowanie takiego kotła staje się przede wszystkim niewygodne, a do tego nieekologiczne i znacznie mniej ekonomiczne niż zimą. Jaki sens ma działanie kotła z podajnikiem przez całą dobę w trybie podtrzymania żaru, kiedy faktycznie na podgrzanie wymaganej ilości wody wystarczyłaby mu godzina?

Z kolei, gdy korzystamy z drogich nośników energii (prąd, gaz płynny) - idzie nie o wygodę, lecz o oszczędności.

Dlatego szukanie alternatywnych sposobów przygotowywania c.w.u. jest jak najbardziej uzasadnione.

Pompy ciepła, podobnie jak większość kotłów oraz kolektory słoneczne do podgrzewania c.w.u., wymagają zasobnika. Najlepiej, żeby był on duży, o pojemności przynajmniej 200 l dla 4 osób. (fot. Alpha Innotec (Hydro-Tech))

Pompy ciepła do przygotowania c.w.u.

Jeżeli mamy pompę ciepła ogrzewającą budynek, to prawie zawsze zapewnia ona również c.w.u. I to przez cały rok, bo nie potrzeba tu żadnej obsługi, a koszty eksploatacji są niskie. Przy stosunkowo niewielkim zapotrzebowaniu na c.w.u., typowym dla domów jednorodzinnych, inwestowanie w coś jeszcze nie bardzo ma sens. Dotyczy to zarówno pomp typu powietrze/woda, jak i gruntowych.

Przygotowując c.w.u. działają one wprawdzie przy nieco mniej korzystnych parametrach (wyższa temperatura wody), niż ogrzewając budynek, ale i tak zwykle nie ustępują wówczas sprawnością wyspecjalizowanym pompom tylko do c.w.u. Ich wielką zaletą jest za to możliwość efektywnej pracy także wtedy, gdy na zewnątrz mamy mróz. A z tym większość pomp tylko do ciepłej wody już sobie nie radzi. Dlatego zdarza się i tak, że typowa pompa ciepła nie ogrzewa domu, lecz zakryty, używany przez cały rok basen.

Z kolei wyspecjalizowane pompy tylko do c.w.u. należy taktować jako uzupełnienie układu w którym mamy jeszcze drugie źródło ciepła, używane w czasie mrozów. Jeżeli traktować je jako konkurencję, to raczej dla instalacji z kolektorami słonecznymi.

Ich największym atutem jest łatwość montażu. Najczęściej taka pompa jest już zblokowana ze zbiornikiem c.w.u. o pojemności 120-300 l. Wystarczy ustawić ją w wybranym miejscu, przyłączyć rury wodociągowe, włożyć wtyczkę do gniazda elektrycznego, ewentualnie wyprowadzić na zewnątrz rury do zasysania i wyrzucania powietrza. To wszystko. Żadnych skomplikowanych prac, chodzenia po dachu, układania długich rur. Koszty inwestycyjne są umiarkowane, wynoszą 6000-8000 zł wraz ze zbiornikiem. Natomiast koszty eksploatacyjne to ok. 0,20-0,25 zł/kWh, są więc porównywalne z kosztami użytkowania gazu ziemnego.

Co bardzo ważne, pompy ciepła muszą współpracować z zasobnikiem wody, zintegrowanym lub zewnętrznym. Nie działają jak przepływowe ogrzewacze wody. Zresztą zwykle mają bardzo niewysoką moc grzewczą - około 2 kW, to tyle co typowa grzałka elektryczna w podgrzewaczu pojemnościowym.

Pompy ciepła do c.w.u. to najczęściej urządzenia o małej mocy, od razu połączone ze zbiornikiem. (fot. Auer (Ciepło-Tech))

Najczęściej pojemność zasobnika wody, w przypadku pomp, jest wyraźnie większa, niż tych współpracujących z kotłami. Sięga nawet 300 l zamiast typowych 80-120 l. Jest to jak najbardziej uzasadnione. W przypadku pompy najlepiej jest bowiem podgrzewać wodę do jak najniższej możliwej temperatury, tak aby potem w punktach poboru (kranach) nie mieszać jej już z zimną. Zależność jest bowiem prosta - im niższa temperatura wody, tym pompa działa bardziej ekonomicznie. Zaś w przypadku kotłów i podgrzewaczy pojemnościowych, podniesienie temperatury wody to sposób na faktyczne zwiększenie ilości c.w.u. dostępnej w kranach. Przecież wtedy mieszamy ją z zimną i oba strumienie (ciepły i zimny) się sumują.

Są też pompy sprzedawane bez zasobnika, przeznaczone dla tych, którzy nie chcą lub nie mogą pozbyć się posiadanego zbiornika c.w.u. W ich przypadku bardzo ważne jest to, czy przeznaczone są do połączenia z wężownicą lub płaszczem wodnym zbiornika, czy też mają własny wymiennik ciepła, w którym podgrzewają wodę pobieraną ze zbiornika, a potem znów wracającą do niego. W pierwszym przypadku wężownica powinna mieć dużą powierzchnię, bo inaczej wymiana ciepła będzie zbyt mało intensywna. Informacje o wymaganej minimalnej powierzchni wężownicy znajdziemy w danych technicznych pompy ciepła.

Jednak nie można też przesadzić z obniżaniem temperatury wody w zasobniku. Kąpiel w letniej wodzie to wątpliwa przyjemność. Zaś zmywanie w niej jest mniej skuteczne i w efekcie wody zużywamy więcej. Gdzie tu oszczędność?

Przyjmuje się, że woda nie powinna być chłodniejsza niż:

• 37°C do mycia rąk i do prysznica;
• 40°C do kąpieli;
• 50°C do mycia naczyń kuchennych.

Warto zauważyć, że najcieplejszej wody potrzebujemy w kuchni, ale za to w niewielkiej ilości. W kuchennym zlewie najczęściej myjemy duże zatłuszczone garnki i patelnie, które trudno zmieścić w zmywarce. Wysoka temperatura jest jak najbardziej pożądana, bo zdecydowanie zwiększa skuteczność płynów do zmywania. Podgrzewanie całej objętości wody w zasobniku jest z kolei nieopłacalne.

Dlatego w szafce pod zlewem warto zainstalować niewielki, np. 5 l, elektryczny ogrzewacz pojemnościowy, ewentualnie, przepływowy. Połączony szeregowo z głównym zasobnikiem będzie on czerpał z niego wodę o temperaturze ok. 40°C i dogrzewał ją do 50-55°C. Zużycie prądu przez ogrzewacz nie będzie duże, bo w tej sytuacji różnica temperatury wody jest niewielka (15 K). Ponadto w tej sytuacji można zrezygnować z cyrkulacji c.w.u. pomiędzy głównym zasobnikiem wody a kuchnią.

Pompa ciepła może być też osobnym urządzeniem, które łączymy z już posiadanym zasobnikiem wody. (fot. Galmet)

Podgrzewamy basen pompami ciepła

Pompy ciepła mogą z powodzeniem służyć również do podgrzewania wody basenowej. Jednak trzeba bardzo mocno podkreślić, że pompy basenowe to urządzenia wyspecjalizowane. Nie są one przeznaczone do przygotowywania ciepłej wody używanej do mycia, ani tym bardziej do zasilania centralnego ogrzewania budynku. Przestrzegamy przed tym, bo na pierwszy rzut oka, niedoświadczony inwestor może się pomylić. Tym bardziej, że moce takich pomp mogą być znaczne.

Pompy basenowe to również urządzenia typu powietrze/woda. Podobnie jak te niewielkie do c.w.u. zwykle nie mogą pracować w temperaturze niższej niż +5°C. Czasem jest to konsekwencją użycia określonego czynnika roboczego pompy, ale najczęściej skutek tego, że nie ma w nich układu rozmrażania parownika ze zlodowaciałych skroplin. Po prostu z założenia takie pompy mają pracować, gdy temperatura powietrza jest znacznie wyższa, wynosi kilkanaście stopni.

Co bardzo ważne, takie pompy podgrzewają wodę przepływowo, ale w bardzo specyficzny sposób. Są wyposażone w wewnętrzny wymiennik ciepła, najczęściej ze stali nierdzewnej, tak, aby nie był wrażliwy na korozje i zanieczyszczenia. Woda zassana z basenu zostaje podgrzana o kilka stopni, po czym do niego wraca. Mamy więc z założenie długą pracę i duży przepływ, ale za to niewielką różnicę temperatury pomiędzy wodą trafiającą do pompy i ją opuszczającą. Dzięki temu możliwe jest utrzymanie wysokiej sprawności pompy.

Atutem tego rodzaju pomp jest prostota montażu, najczęściej ustawia się je na wolnym powietrzu obok basenu, z którym musimy je połączyć. Poza tym potrzebne jest tylko zapewnienie zasilania elektrycznego. Co ważne, na pracę pompy wpływa tylko temperatura powietrza, o to czy jest słonecznie, czy pochmurno, zupełnie nie musimy się martwić. Ponadto pompa może z powodzeniem pracować w nocy. To ostatnie jest szczególnie atrakcyjne dla osób wykorzystujących drugą taryfę za prąd.

Zainstalowanie pompy basenowej jest banalnie proste. Wystarczy ją połączyć z basenem i doprowadzić zasilanie. Poza niskimi kosztami użytkowania to też ważny argument. (fot. Hewalex)

Te cechy powodują, że pompy są wartą rozważenia konkurencja dla kolektorów słonecznych, także jeśli chodzi o podgrzewanie wody basenowej. Chociaż trzeba jasno powiedzieć, że pod względem kosztów eksploatacji, pozyskania ciepła, to w korzystnych warunkach (intensywne nasłonecznienie) kolektory słoneczne są po prostu nie do pobicia.

Wspominaliśmy już, że do ogrzewania basenów bywają też używane typowe pompy ciepła, takie same jak używane do ogrzewania domów. Dotyczy to jednak basenów pod zadaszeniem, wewnątrz budynku i ma sens, jeżeli korzystamy z nich przez cały rok. Mogą to być wówczas zarówno pompy pracujące w systemie powietrze/woda jak i grunt/woda.

Wówczas rury instalacji grzewczej zatapiamy w dnie oraz ścianach niecki basenowej, podobnie jak przy najbardziej rozpowszechnionym ogrzewaniu podłogowym.

Moc grzewczą urządzeń podgrzewających basen musi dobrać specjalista. Ważna jest nie tylko pojemność niecki, ale także jej nasłonecznienie oraz to czy stosujemy jakąś osłonę. (fot. Hewalex)

Odzysk ciepła

Do problemu oszczędzania energii potrzebnej do podgrzewanie ciepłej wody można też podejść od zupełnie innej strony. Zamiast szukać tańszych sposobów na pozyskanie energii, postarać się, żeby nie była w całości tracona wraz ze ściekami? Na tej samej zasadzie działają przecież centrale wentylacyjne z rekuperatorem. W nich zanim zużyte powietrze zostanie wyrzucone z budynku, oddaje swe ciepło świeżemu, nawiewanemu.

Odzyskwa to wymiennik ciepła z wewnętrzną wężownicą ze stali nierdzewnej. (fot. A. Papliński)

Takie rozwiązanie nosi nazwę odzyskwa. To w istocie wymiennik ciepła typu ścieki/woda. Składa się on z zewnętrznej rury o dużej średnicy, którą spływają ścieki, oraz umieszczonej wewnątrz niej wężownicy ze stali nierdzewnej. Wężownicą przepływa woda wodociągowa. Co oczywiste, efektem jest wstępne podgrzanie wody przepływającej przez wężownicę. Ta woda następnie jest dogrzewana - w zasobniku lub przepływowo - i służy nam jako najzwyklejsza c.w.u. Pomysł jest rewelacyjny w swojej prostocie. Nie ma tu żadnych elementów ruchomych, które mogłyby się zepsuć, zaworów, czy pomp wymagających zasilania. Naturalnie, są pewne ograniczenia.

Wykorzystujemy tylko tzw. ścieki szare, czyli pochodzące z umywalki czy prysznica, nie te z fekaliami z toalet. Ponadto konieczny jest pobór ciepłej wody, w momencie, gdy odzyskwa działa. Wykorzystamy więc ciepło odprowadzanej wody, gdy bierzemy prysznic (jednoczesny pobór i zasilanie). Jednak ciepło z wody po kąpieli w wannie zostanie stracone (spuszczając ją nie czerpiemy równocześnie wody). Z tego względu, chociaż sprawność samego wymiennika ciepła sięga 75%, to w skali całego domu faktyczny odzysk wyniesie ok. 50%. Przy tym cena urządzenia jest niska, wynosi mniej niż 2000 zł.

Odzyskwę zakładamy równolegle do pionu kanalizacyjnego. Płyną przez nią tylko tzw. ścieki szare, bez fekaliów. (fot. A. Papliński)

Redaktor: Jarosław Antkiewicz
fot. otwierająca: De Dietrich