Dom z pompą ciepła po 3 latach użytkowania

Od dawna kierowałem wzrok ku Słońcu, rozważając budowę domu ogrzewanego głównie energią słoneczną. Wszystkie kolejne podejścia – wirtualne, bo za pomocą symulacji komputerowych, wykazywały iż nie jest to obecnie uzasadnione ekonomicznie.

Inaczej było z pompami ciepła. Poświęciłem sporo czasu na studia literatury, rozważania i obserwacje istniejących instalacji. Wreszcie przyszedł czas na eksperymenty – dwa kolejne domy z pompami ciepła i kilkadziesiąt instalacji moich sąsiadów i znajomych.

Ogólna charakterystyka

Dom o powierzchni użytkowej ok. 250 m2 charakteryzuje się wysoką izolacją termiczną – ścian, okien, dachu i podłogi parteru. Ma też dużą pojemność cieplną izolowanej od otoczenia masy wnętrza. Składają się na nią grube wylewki betonowe izolowanej płyty fundamentowej i grzewczej (25+10 cm), 8 cm wylewki i belki stropu, ściany z dość ciężkiego gazobetonu.

 

Bardzo dobrze została zaprojektowana instalacja z niskotemperaturowymi emiterami ciepła. Zastosowano również wysokosprawny odzysk ciepła z wentylacji.

Źródło ciepła

Zastosowano najtańsze rozwiązanie – źródłem ciepła jest woda gruntowa. Dwie tanie, ale dobrze wykonane studnie, poborowa i zrzutowa.

 

Konstrukcja obydwu studni została przygotowana na wygodną regenerację, gdyby wytrąciły się osady, które zaczęłyby ograniczać wydajność.

 

Woda pobierana jest przez niewielką pompkę samozasysającą P1 o nominalnej mocy 250 W. Pomiary wykazały, że słabo obciążona pompka (ciśnienie na wylocie pompki ok. 0.5 bara, na zrzucie za pompą ciepła <0.2 bara) pobiera jedynie niewiele ponad 100 W.

 

Woda użytkowa pobierana jest z tej samej studni za pomocą niezależnej instalacji hydroforowej z małą pompą P2 f-my Nochi o mocy 350 W. Instalacja zaprojektowana tak, aby w przypadku awarii pompy P1 pompa ciepła mogła być zasilana z pompy P2 i odwrotnie.

Pompa ciepła i instalacja grzewcza

Zastosowano najmniejszą i najtańszą pompę ciepła (W2, woda-woda) z typoszeregu pomp produkowanych przez firmę Hibernatus.

 

Przepływ wody grzejącej zapewniają dwie szeregowo połączone pompy obiegowe małej mocy (90 W max.).

Sterowanie temperaturą

Najlepszym rozwiązaniem okazało się umieszczenie czujnika wewnątrz domu w pomieszczeniu dziennym. Tak umieszczony czujnik śledzi temperaturę powietrza w domu i utrzymuje ją na zadanym poziomie. Temperatury innych pomieszczeń mogą być ustawiane ręcznie lub automatycznie za pomocą odpowiedniej regulacji zaworów na rozdzielaczach.

Emiter ciepła

Zastosowano niskotemperaturowe ogrzewanie podłogowe we wszystkich pomieszczeniach na parterze i piętrze.

 

Na piętrze rury ogrzewania zostały wpuszczone w wylewkę stropu teriva. Między belkami systemu teriva zastosowano bloczki z izolacyjnego gazobetonu zamiast zwykłych „garów” ceramicznych lub betonowych, dzięki czemu nie było konieczności stosowania dodatkowej izolacji cieplnej nad wylewką.

Ciepła woda użytkowa

Podgrzewana jest wyłącznie pompą ciepła. Bardzo prosta instalacja grzewcza ze zbiornikiem c.w.u. o pojemności 300 l (Ariston), podgrzewanym za pomocą wbudowanej wężownicy o dużym polu powierzchni (3,4 m2) bez pośrednictwa dodatkowego wymiennika.

Wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła

Zastosowany rekuperator o wysokiej sprawności, ale niezbyt kosztowny (Stiebel Eltron, ok. 3600 zł) zapewnia dobrą wentylację wszystkich pomieszczeń.

Łazienki

Nawet przy dużej gęstości rurek ogrzewania podłogowego trudno zwiększyć temperaturę łazienek powyżej średniej temperatury pozostałych pomieszczeń. Dotyczy to szczególnie najsprawniejszych instalacji, w których temperatura wody grzewczej jest bardzo niska (26-28°C).

 

Możliwe są jednak lepsze rozwiązania. W moim domu podstawowym ogrzewaniem 3 łazienek jest również ogrzewanie podłogowe. Utrzymuje w łazienkach temperaturę zbliżoną do temperatury pozostałych pomieszczeń.

Obserwacje

Instalację grzewczą uruchomiono na początku stycznia 2001 roku w zimnym i wilgotnym domu. Temperatura podnoszona była powoli w celu ograniczenia nadmiernie szybkiego wysychania, tym niemniej dobowy czas pracy pompy w okresie schnięcia był bardzo długi ze względu na duże ilości ciepła niezbędne do odparowania ton wody.

 

Po zamieszkaniu dobrano parametry krzywej grzewczej instalacji. Były one później jeszcze trochę modyfikowane .

Warunki zimowe

Instalacja utrzymuje temperaturę powietrza ok. 22°C w pomieszczeniach dziennych, holu i niektórych sypialniach. Zapewnia to przyjemny komfort cieplny.

 

Goście proszą często o zmniejszenie temperatury w sypialni, ustawiam wtedy ok. 18°C. W gabinecie wolę trochę niższą temperaturę – ok. 20°C. Temperatura w pomieszczeniu sportowym jest często zmniejszana do ok. 18°C. Temperatura wiatrołapu jest słabo stabilizowana i spada czasem do ok. 15°C, zwłaszcza przy częstym otwieraniu drzwi wejściowych, jednak nie jest to odczuwalne.

 

Garaż izolowany termicznie jak i pozostałe pomieszczenia, jest podgrzewany pośrednio przez strop z pomieszczenia na piętrze. Najniższa temperatura garażu zimą to ok. 16°C.

 

Przy spadku temperatury otoczenia rośnie dobowy czas pracy pompy ciepła. W najzimniejszych dniach w ostatnich 3 latach dobowy czas pracy dochodził do 16 godzin. Proste przeliczenie wskazuje, iż system grzewczy mógłby utrzymać zadane temperatury wnętrza domu nawet przy mrozach -40°C.

 

Przy mrozach rośnie także maksymalna temperatura czynnika grzewczego niezbędna dla utrzymania zadanych temperatur. Przy silnych mrozach zmienia się w zakresie 23,5°C (włączenie) do 28°C (wyłączenie). Być może, kilka razy mignęło 29°C. Dotyczy to taniej taryfy energii elektrycznej, w czasie taryfy dziennej temperatury są o 1°C niższe (22,5-27°C).

Warunki letnie

Dom nieźle zachowuje się w okresie upałów. Nie wyłączam obiegu wody w instalacji ogrzewania podłogowego. Silne sprężenie termiczne wnętrza domu z podłogą powoduje bardzo efektywne wyrównanie temperatury w słonecznych i mniej doświetlonych pomieszczeniach.

 

Podobnie, przez cały rok działa instalacja wentylacji mechanicznej. Latem, dzięki wychłodzeniu powietrza w podziemnym przewodzie, do domu wpływa chłodniejsze powietrze. Co więcej, przy nadmiernej wilgotności powietrza na zewnątrz domu, następuje wykroplenie nadmiaru wilgoci.

 

Najwyższe temperatury wnętrza domu nie przekraczały 25°C, nie było więc potrzeby stosowania klimatyzacji.

Koszty ogrzewania

Oceniane były na podstawie czasu pracy pompy ciepła i poboru mocy elektrycznej w czasie ogrzewania. W okresie od sierpnia 2003 do sierpnia 2004 pompa ciepła pracowała 1950 godzin przy średnim poborze mocy ok. 1,67 kW. Oznacza to zużycie energii 3257 kWh, głównie w okresie taryfy nocnej. Przyjmując średni koszt 1 kWh równy 0,30 zł, roczny koszt ogrzewania i przygotowania c.w.u. wyniósł 977 zł.

Zabiegi konserwacyjne

Dwukrotnie w ciągu roku czyszczony jest chemicznie filtr mechaniczny. Czynność ta wymaga ok. 10 minut. Co najmniej trzykrotnie zmieniane są filtry w systemie wentylacji mechanicznej.

Konkluzja

Ogrzewanie za pomocą pompy ciepła okazało się komfortowe i tanie. Nie mogę sobie wyobrazić, by budując jeszcze raz dom mógłbym zastosować inny typ ogrzewania!

 

Nie oznacza to, iż jest idealne. Co zmieniłbym... Istnieje możliwość dalszego zmniejszenia zużycia energii przez lepsze dostosowanie pompy i całego systemu do pracy niskotemperaturowej.
W tym celu:

• Zastosowałbym pompę ciepła o jeszcze mniejszej mocy (20%), co poprawiłoby sprawność (obecna ma moc 9 kW).

   

• Sterownik pompy powinien mieć możliwość niezależnego ustawienia większej liczby niezależnych stref czasowych w ciągu doby dla ogrzewania i c.w.u. Chętnie, w szczególności, widziałbym możliwość niewielkiego zmniejszenia temperatury w godz. 1-5 rano i ponowne włączenie nieco silniejszego ogrzewania na godzinę przed wstaniem.

   

• Przydałaby się pompa ciepła lepiej dostosowana do pracy niskotemperaturowej. Wymienniki płytowe pompy ciepła powinny być wydajniejsze dla zwiększenia sprawności przy pracy niskotemperaturowej, kiedy istotnie rośnie moc cieplna i chłodnicza. Przydatne byłoby elektroniczne sterowanie zaworem rozprężnym.

   

• Nastawy krzywej grzewczej c.w.u. powinny być bardziej precyzyjne (obniżenie temperatury c.w.u o zadaną wartość histerezy). Jedno lub półstopniowa gradacja jest zbyt duża dla niskotemperaturowych emiterów ciepła.

   

• Zmniejszenie mocy pompy i drobne korekty w ogrzewaniu podłogowym pozwoliłyby na zmniejszenie różnicy temperatur zasilania i powrotu poniżej 3°C.

Symulacja komputerowa pokazuje, iż konsekwencją tych udoskonaleń byłby spadek zużycia energii o jedną czwartą i dalsze polepszenie komfortu cieplnego.

Dlaczego bywa źle?

Większość z moich znajomych, którzy zainstalowali pompy ciepła jest zadowolonych z ich działania. Zadowoleni są wszyscy, których instalacje zostały prawidłowo zaprojektowane i wykonane.

 

Niestety, nie jest tak zawsze. Polskie listy dyskusyjne są pełne mrożących krew w żyłach opisów koszmarnych przygód użytkowników systemów grzewczych z pompami ciepła.

 

Można sobie wyobrazić pełne przejście na ogrzewanie domów mieszkalnych w Polsce za pomocą pomp ciepła. Przyniosłoby to bardzo pozytywne skutki.

• Koszty ogrzewania znacznie by spadły.

   

• Znacznie zmniejszyłoby się zużycie importowanych paliw gazowych i płynnych.

   

• Zmniejszyłaby się zależność Polski od importu paliw.

   

• Gaz ziemny i paliwa płynne byłyby wykorzystywane jedynie jako surowce chemiczne, źródło energii dla napędu samochodów i maszyn oraz do produkcji ciepła wysokotemperaturowego.

   

• Nastąpiłoby znaczne zmniejszenie emisji dwutlenku węgla, szkodliwych pyłów i substancji gazowych.

   

• Energia elektryczna niezbędna dla napędu pomp ciepła jest w Polsce wytwarzana głównie z polskiego surowca – węgla.

   

• Zużycie energii elektrycznej niewielkie, głównie w godzinach, w których jest jej nadmiar. Mniejsze byłyby też koszty przesyłu.

   

• Rozpowszechnienie instalacji z pompami ciepła spowodowałoby znaczny spadek ich ceny, lepsze przygotowanie projektantów i instalatorów.

Prof. Józef Piotrowski