Pompa ciepła zamiast kotła olejowego

Parterowy dom w Rydzynach leżący w pobliżu Pabianic jest zbudowany w ciepłej technologii Izodom, czyli z kształtek styropianowych zalewanych betonem. Połać dachową, na której ułożona jest dachówka betonowa, ocieplono wełną mineralną (w dwóch warstwach o łącznej grubości 15 cm). W domu działał wcześniej kocioł na olej opałowy o mocy 24 kW.

Czas na zmianę

– Od dłuższego czasu zastanawialiśmy się nad zmianą systemu ogrzewania naszego domu – mówi Krystyna Helbik. – Koszty związane z zakupem oleju opałowego zaczęły być po prostu bardzo uciążliwe. Bez żadnej przesady można powiedzieć, że paliwo pochłaniało wszystkie oszczędności, jakie udało się nam zgromadzić.

 

Kiedy zaczynaliśmy eksploatację kotła, cena jednego litra oleju oscylowała wokół 70 groszy. Natomiast ostatnie tankowanie, jakiego dokonaliśmy, kosztowało już 3,73 zł za litr! Cały sezon grzewczy to wydatek na poziomie mniej więcej 13 000 złotych! Ogrzewanie olejem opałowym to nie tylko uciążliwość związana z ceną. Należy pamiętać, że tankowanie dużego zbiornika, w naszym przypadku było to dwa tysiące litrów, wiąże się na przykład z nieprzyjemnym zapachem, który utrzymuje się przez kilka dni.

 

– Nasz znajomy, który niedawno wybudował dom, dosyć dogłębnie rozważał temat ogrzewania, chcąc zainstalować w nowym budynku możliwie nowoczesne i efektywne źródło – dodaje Andrzej Helbik. – To on natrafił na firmę Zbigniewa Fidlera w Internecie i zlecił jej wykonanie ogrzewania ciepłej wody użytkowej za pomocą pompy ciepła czerpiącej powietrze z wnętrza budynku. Dzięki znajomym nawiązaliśmy kontakt…

 

Początkowo, aby wykonać modernizację instalacji ciepłej wody. Po rozmowach okazało się jednak, że dzięki pompie ciepła możemy również rozwiązać nasze problemy grzewcze. Mieliśmy oczywiście wątpliwości, a idea „grzania z powietrza” budziła początkowo nasze wątpliwości. Niezwykle ważne były więc dla nas szczegółowe wyjaśnienia, jakie uzyskaliśmy od instalatora.

Ekonomia – ważna rzecz

– Oprócz argumentów natury technicznej, sporą rolę odegrały również kwestie natury ekonomicznej – podkreśla Zbigniew Fidler, autoryzowany partner producenta pompy DHP-AQ. – Kiedy zapytałem o koszt sezonu grzewczego, to okazało się, że kocioł olejowy ogrzewający powierzchnię 150 m2 pochłania wręcz astronomiczne sumy! Zaproponowałem dwa tańsze rozwiązania.

 

Pierwszym była pompa gruntowa z sondami pionowymi [koszt urządzenia wraz z montażem oraz wykonanie odwiertów wyniósłby 63 000 złotych – przyp. red.]. Drugim rozwiązaniem była znacznie prostsza w montażu pompa powietrzna [koszt jednostki wewnętrznej, zewnętrznej oraz montaż to około 41 000 złotych – przyp. red.]. Następnie wykonaliśmy analizę kosztów inwestycyjnych.

 

Za pomocą programu komputerowego do precyzyjnego kalkulowania owych kosztów obliczyłem, że zainstalowanie pompy typu powietrze-woda i podłączenie jej do obecnego systemu grzejnikowego [temperatura wody grzewczej musi być możliwie wysoka – przyp. red.] pozwoli zredukować opłaty ponoszone na ogrzewanie do 3500–4000 złotych na sezon. Gdyby można było zainstalować w domu ogrzewanie podłogowe, to spadek opłat byłby jeszcze większy. Opłaty wyniosłyby około 2700 złotych. Inwestor nie rozważał jednak tak dużej ingerencji w konstrukcję domu.

 

Koszty eksploatacyjne dla pompy gruntowej z sondami pionowymi i bez zmiany górnego źródła oszacowane zostały natomiast na poziomie 3 tysięcy złotych. Pan domu jest ekonomistą, dokonał więc dosyć precyzyjnej kalkulacji. Pompa solankowa ma wprawdzie niższe koszty eksploatacji, ale wyższe koszty inwestycyjne. Z kolei w przypadku pompy powietrznej występuje sytuacja odwrotna. Chodziło o to, aby zorientować się, po ilu latach to, co w tym konkretnym przypadku zaoszczędzone zostanie na eksploatacji pompy z kolektorem pionowym, pokryje wyższe koszty inwestycyjne.

 

Okazało się, że dopiero po czternastu latach państwo Helbik mogliby się cieszyć z prawdziwych oszczędności. Wcześniej niższe koszty eksploatacji pokrywałyby wyższe koszty inwestycyjne.

 

– Koszty eksploatacji były podstawowym czynnikiem, który zadecydował o zmianie źródła grzewczego w naszym domu – stwierdza Andrzej Helbik. – Ale ważna była również prosta obsługa urządzenia. W przypadku pompy ciepła, która ma swoją automatykę, można właściwie mówić o bezobsługowości. Niektórzy krzywią się, słysząc o pompach ciepła i jako argument przeciwko tym urządzeniom przywołują ich wysoką cenę. Jednak biorąc pod uwagę wysokie koszty, jakie ponosiłem podczas eksploatacji kotła olejowego, to nasza inwestycja powinna się zwrócić już po kilku latach.

Powietrzna pompa ciepła

Pompa ciepła zainstalowana w Rydzynach składa się z dwóch jednostek: zewnętrznej oraz wewnętrznej. W pierwszej z nich znajduje się układ chłodniczy oraz modulowany wentylator wymuszający przepływ powietrza zewnętrznego z intensywnością zależną od aktualnego zapotrzebowania na moc grzewczą.

 

Jednostka zewnętrzna pompy ciepła, w której znajduje się układ chłodniczy, dzięki któremu możliwe jest pozyskiwanie energii z powietrza atmosferycznego i ogrzewanie czynnika krążącego w górnym źródle	Jednostka zewnętrzna pompy ciepła jest połączona z jednostką wewnętrzną izolowanymi rurami, w których krąży czynnik grzewczy

W jednostce wewnętrznej usytuowane są natomiast: zasobnik ciepłej wody o pojemności 180 litrów, podgrzewacz pomocniczy służący do wspomagania pracy instalacji przy niskich temperaturach, zawór trójdrogowy przełączający instalację na grzanie pomieszczeń lub podgrzewanie c.w.u., pompa obiegowa oraz sterownik elektroniczny.

 

Zbiorniki wyrównawcze ciepłej wody użytkowej oraz centralnego ogrzewania

– Warto podkreślić, że pompa ciepła, o której mówimy, to pompa z bezpośrednim odparowaniem – zaznacza Zbigniew Fidler.

 

– Energia odbierana jest z powietrza i już w jednostce zewnętrznej podgrzewa wodę krążącą w górnym źródle. W starszych typach pomp rozwiązane było to inaczej. Pomiędzy jednostką zewnętrzną a wewnętrzną krążył niezamarzający glikol, który oddawał energię wodzie dopiero w jednostce wewnętrznej.

 

Skutkowało to między innymi niższym współczynnikiem COP. Kiedy temperatura zewnętrzna jest odpowiednio wysoka, w pompie ciepła pracuje wyłącznie sprężarka.

 

Układ jest tak zaprogramowany, że uwzględniając zapotrzebowanie budynku na ciepło, „widzi”, czy ilość energii w powietrzu jest wystarczająca, aby zapewnić ciepło w domu, a kiedy trzeba wspomóc pracę urządzenia grzałkami o mocy 3, 6 i 9 kW. Do -20°C włączają się one w zależności od zapotrzebowania. Ponieważ poniżej owej temperatury pompa ciepła nie może już pracować, grzałki przejmują zadanie ogrzewania domu. Potencjalni klienci często zgłaszają w związku z tym faktem poważne wątpliwości. Ich zdaniem jest to kosztowny mankament. Ja uważam natomiast, że trudno jest zgodzić się z takim stawianiem sprawy.

 

Dlaczego? Otóż praca grzałek byłaby naprawdę kosztowna i znacząco podnosiłaby koszty eksploatacji, gdyby trwała długo. Tymczasem bardzo niskie temperatury na większości obszaru naszego kraju to naprawdę rzadkość. A -20°C utrzymujące się przez całą dobę to już naprawdę unikalne zjawisko. Kto mi nie wierzy, może sprawdzić to w stacjach meteo albo notować podczas najbliższej zimy. Ja tak zrobiłem. W okolicach Łodzi podczas kilkunastu ostatnich lat bardzo niskie temperatury utrzymywały się łącznie przez kilkanaście godzin w ciągu całej zimy!

 

Wyświetlacz zamontowany w jednostce wewnętrznej pompy ciepła, wskazuje najważniejsze dane eksploatacyjne urządzenia

Pompa ciepła w domu Krystyny i Andrzeja może podgrzać wodę grzewczą do +60°C. Jeśli chodzi natomiast o ciepłą wodę użytkową, to poziomu temperatury w zbiorniku nie reguluje się w bezpośredni sposób.

 

Automatycznie kontrolowane jest natomiast ciśnienie w układzie chłodniczym. Po osiągnięciu odpowiedniej wartości mierzonej w barach, sprężarka po prostu wyłącza się i proces podgrzewania zostaje przerwany.

 

Mówiąc bardziej obrazowo, kiedy powstaje zapotrzebowanie na c.w.u. (temperatura w zbiorniku spadnie poniżej wielkości, która została ustawiona), sprężarka zaczyna pracować, aż do osiągnięcia ciśnienia w układzie chłodniczym rzędu 28,5 bara (odpowiada to około 54–58°C w zbiorniku). Raz w tygodniu zasobnik wygrzewany jest automatycznie do 60°C, co ma zapobiec namnażaniu się bakterii Legionella.

 

To fabryczne ustawienie można jednak zmienić – zaprogramować inną częstotliwość lub wyłączyć.

Nowoczesne rozwiązania

Powietrzną pompę ciepła zainstalowaną w domu w Rydzynach cechuje wysoki jak na ten rodzaj urządzeń współczynnik COP. Uzyskano go dzięki zastosowaniu w jednostce zewnętrznej wentylatora napędzanego silnikiem z elektroniczną komutacją.

 

W jednostce wewnętrznej pompy ciepła zainstalowany jest zbiornik ciepłej wody użytkowej o pojemności 180 litrów

– Dzięki temu moc urządzenia można regulować w zależności od zapotrzebowania budynku na ciepłą wodę grzewczą oraz ciepłą wodę użytkową – mówi Zbigniew Fidler. – Jeśli owo zapotrzebowanie staje się mniejsze, mniejsza energia pobierana jest do pracy, a tym samym niższe są koszty eksploatacyjne. W układzie chłodniczym pompy ciepła zainstalowano elektroniczny zawór rozprężny, który również wpływa na efektywność ekonomiczną.

 

O obniżeniu kosztów eksploatacyjnych decyduje także specjalna budowa zbiornika c.w.u. System TWS polega na warstwowym ogrzewaniu wody przez wężownicę, która jest bardzo gęsto ułożona w całym zbiorniku. To tak zwane ogrzewanie „od góry”, co oznacza, że woda o najwyższej temperaturze znajduje się zawsze w górnej części zbiornika, skąd jest czerpana.

 

W układzie górnego źródła (grzejniki) znajduje się obiegowa pompa elektroniczna, której algorytm dobiera moc do aktualnego zapotrzebowania na ciepło. Zależność jest następująca – jeśli budynek jest mniej wychłodzony, to pompa działa z mniejszą mocą, a w związku z tym czynnik grzewczy krąży wolniej. To znacznie korzystniejsze rozwiązanie niż tradycyjna pompa działająca na zasadzie on/off.

 

W jednostce zewnętrznej zastosowano unikalne rozwiązanie pozwalające regulować poziom hałasu wytwarzanego przez urządzenie. Możliwość ta jest szczególnie ważna w przypadku większego zagęszczenia budownictwa jednorodzinnego.

 

Urządzenie pracuje wprawdzie bardzo cicho, ale nocą nawet stosunkowo niewielki poziom hałasu bywa uciążliwy. Można wówczas za pomocą sterownika pompy ciepła wyciszyć pracę wentylatora. Odbywa się to wprawdzie kosztem wydajności urządzenia, ale w godzinach nocnych zapotrzebowanie na ciepło często bywa mniejsze niż w ciągu dnia.

 

– Współczynnik COP pompy ciepła dla parametrów określonych normą, a więc dla powietrza zewnętrznego +7°C i temperatury wody grzewczej +35°C, wynosi 4,6 – podkreśla Zbigniew Fidler. – To naprawdę bardzo wysoki poziom w przypadku pompy ciepła typu powietrze-woda. Firmy coraz częściej prezentują nieco zmodyfikowany współczynnik COP, który uwzględnia dodatkowo energię pobieraną przez pompy obiegowe dolnego i górnego źródła oraz wentylator. Dla tych samych temperatur wynosi on – 4,3.

 

W „kotłowni” izolowane przewody, w których krąży czynnik grzewczy, mają wyraźne oznaczenia pozwalające zidentyfikować „zasilenie” oraz „powrót”

Dobierając pompę do danego obiektu, korzystamy z programu producenta pomp. Współpracuję z firmą już sporo lat i jeszcze nie zdarzyło się, aby koszty przewidziane przez program zostały przekroczone. Przeciwnie, klienci mają na ogół miłe niespodzianki, gdyż koszty są przeważnie niższe. Wszystko zależy od zużycia ciepłej wody oraz temperatur ustawianych w domu.

Ciekawostki

Ponieważ temperatura czynnika grzewczego jest podnoszona już w jednostce zewnętrznej, istnieje potencjalne niebezpieczeństwo, że w razie trwającego dłużej wyłączenia energii elektrycznej, a tym samym zaniku krążenia w instalacji, może dojść do zamarznięcia wody. Aby temu zapobiec, warto wykorzystać agregat elektryczny, który podtrzyma pracę urządzenia. Można jednak zastosować inne rozwiązanie, takie jak w przypadku domu Krystyny i Andrzeja. Woda w grzejnikach zastąpiona została tam glikolem (nie ma ryzyka zamarznięcia instalacji) wzbogaconym w inhibitory korozji, które zwalczają ewentualne ogniska rdzy w układzie grzejnikowym.

 

Pompa ciepła zamontowana w Rydzynach jest pompą rewersyjną. Ma możliwość nie tylko grzania, ale również chłodzenia. Aby jednak wykorzystać tę drugą opcję, należy dokonać zmian w instalacji i podłączyć klimakonwektory. W przeciwnym przypadku chłodzenie nie będzie efektywne (zbyt mała powierzchnia), a ponadto dochodzić będzie do wykraplania się wody na powierzchniach tradycyjnych grzejników.

Marek Żelkowski