Pompa ciepła działa zupełnie inaczej niż elektryczny kocioł lub grzejnik. Jak to możliwe, że zużywa nawet 5 razy mniej prądu niż oddaje ciepła do budynku? Ile prądu musi ona zużyć, żeby ogrzać typowy dom? I co najważniejsze - ile ten prąd będzie kosztować?
Wiele osób wciąż nieufnie podchodzi do pomp ciepła. Zastanawiają się jak to możliwe, że pompa oddaje w postaci ciepła kilka razy więcej energii, niż pobrała jej w postaci prądu. Co ma np. oznaczać sprawność 400%?
Tymczasem nie ma tu żadnego oszustwa. Ta dodatkowa energia nie bierze się z niczego, lecz pochodzi z otoczenia. Bo pompa ciepła tak naprawdę sama nie jest źródłem ciepła. Jej zadanie polega na czerpaniu go z otoczenia i przekształcaniu go na użyteczną dla nas postać, czyli taką, której będzie można użyć w instalacji grzewczej. Cały problem polega bowiem na tym, że chociaż zasoby ciepła (energii) wokół nas są ogromne, to zwykle jest to tzw. ciepło niskotemperaturowe. Bez trudu można np. schłodzić powietrze przepływające przez pompę z +5 do +4°C i dzięki temu pozyskać z niego ciepło. Ale jak to ciepło wykorzystać, przekazać wodzie w obiegu centralnego ogrzewania, która ma ok. 30°C? Do tego właśnie potrzebna jest pompa ciepła.
Naprzemiennie sprężając i rozprężając krążący w zamkniętym obiegu gaz (czynnik roboczy pompy) przekazuje ona ciepło od ciała chłodniejszego (powietrze zewnętrzne) do cieplejszego (woda w obiegu c.o.). To ruch ciepła niejako pod górę, odwrotnie niż w naturalnych warunkach (od ciała cieplejszego do chłodniejszego). Żeby go wymusić pompa (a właściwie jej sprężarka) musi wykonać pracę, do czego właśnie zużywa prąd.
Mamy tu więc podstawową różnicę pomiędzy ogrzewaniem kotłem i pompą ciepła. Kocioł zawsze oddaje do budynku nieco mniej energii (ciepła), niż zawierało jej zużyte paliwo. Bo zawsze występują pewne straty - ucieczka ciepła do komina, niepełne spalanie itd. Natomiast pompa ciepła oddaje kilka razy więcej ciepła, niż pobrała energii z sieci elektrycznej.
Miarą tego jak dobrze pompa radzi sobie z "wyciąganiem" ciepła z otoczenia jest współczynnik COP (Coefficient of Performance), nazywany współczynnikiem efektywności. To stosunek ilości energii (ciepła) oddanej do instalacji grzewczej oraz ilości energii elektrycznej zaczerpniętej z sieci. Innymi słowy, jeżeli COP wyniesie np. 4, to znaczy, że pompa pobierając 1 kWh prądu z sieci dostarcza do budynku aż 4 kWh ciepła. Z tego 3 kWh to ciepło zabrane z otoczenia, np. z powietrza zewnętrznego, natomiast 1 kWh prądu z sieci też ostatecznie trafia do budynku w postaci ciepła.
Wiedząc o tym łatwo zrozumiemy, dlaczego wysoka wartość COP jest taka ważna. To nie jakiś abstrakcyjny współczynnik, który ma dobrze wyglądać w katalogu, od niego wprost zależy zużycie prądu z sieci, a za niego płacimy. Każdy powinien zapamiętać podstawową regułę - im wyższy jest współczynnik COP, tym niższe są nasze rachunki za prąd. Dokładniej mówiąc, tyle ile wynosi COP, tyle razy są one mniejsze, w porównaniu z sytuacją kiedy używalibyśmy prądu wprost do ogrzewania - zasilając elektryczne grzejniki, kocioł, czy maty podłogowe.Na przykład współczynnik COP pomp Panasonic Aquarea przekracza nawet 5, czyli za 1 kWh ciepła płacimy zaledwie 1/5 ceny 1 kWh prądu.
Trzy wykresy pokazujące standardy WT2014, WT2017, WT2021 - ilość zużywanej energii elektrycznej oraz ciepła z otoczenia
To ile prądu zużywa pompa ciepła zależy przede wszystkim od dwóch czynników:
Pierwszy czynnik, to kwestia standardu energetycznego budynku oraz jego wielkości. Oczywiste, że mając bardziej energochłonny dom, o gorszej izolacji ścian, okien itp. będziemy więcej płacić za ogrzewanie, niż w budynku o lepszym standardzie energetycznym. Tak będzie nawet, jeżeli w obu przypadkach instalacja grzewcza będzie równie wysokiej jakości.
Druga sprawa to sprawność samej pompy ciepła - osiągany przez nią współczynnik COP. Ten zaś zależy nie tylko od budowy i jakości samej pompy, ale też od warunków w jakich ona pracuje. W przypadku pomp typu powietrze/woda zasadnicze znaczenie ma tu temperatura powietrza zewnętrznego oraz temperatura wody w obiegu c.o. Temperatura zewnętrzna zmienia się w bardzo szerokim zakresie i w zasadzie nie mamy na nią wpływu.
Chociaż w pewnym stopniu możemy decydować, kiedy będzie działać pompa. Wiosną i jesienią praca w środku dnia będzie niewątpliwie bardziej efektywna niż działanie nocą, kiedy zdarzają się już przymrozki. Za to od naszej decyzji i budowy instalacji grzewczej zależy temperatura wody w obiegu c.o. Podstawową zasadą jest utrzymywanie jej na jak najniższym możliwym poziomie. Bo im niższa jest temperatura wody, tym lepsza jest sprawność pompy, jej współczynnik COP rośnie.
Dlatego właśnie tak popularne jest ogrzewanie płaszczyznowe - podłogowe, rzadziej sufitowe lub ścienne. W jego przypadku do efektywnego działania ogrzewania wystarcza temperatura wody ok. 35°C. Natomiast w instalacji z typowymi grzejnikami ściennymi temperatura wody w obiegu musi być o wiele wyższa, na poziomie 55°C. Zaś dla każdej pompy 20°C to ogromna różnica, która wyraźnie przekłada się na sprawność (COP) i koszty działania.
W tej sytuacji najlepiej posłużyć się tzw. sezonowym współczynnikiem efektywności SCOP. To tak naprawdę COP w postaci uśrednionej, po uwzględnieniu zmian temperatury zewnętrznej, jakie następują w ciągu sezonu. Nie jest to wskaźnik doskonały, idealnie obrazujący warunki pracy, lecz i tak bez porównania lepszy, niż COP wyznaczone dla jednej konkretnej temperatury zewnętrznej. Dlatego SCOP używa się do obliczenia ile energii zużyje pompa, żeby pokryć zapotrzebowanie na ciepło w ciągu sezonu grzewczego.
Na trzech przykładach (wykresach) pokazujemy ile ciepła na potrzeby ogrzewania i przygotowywania ciepłej wody trzeba dostarczyć do domów o powierzchni 150 m2, wybudowanych w trzech standardach energetycznych. Podstawą są tu roczne limity zużycia energii według kolejnych wersji rozporządzenia w sprawie warunków technicznych (WT). To odpowiednio:
Zakładamy ogrzewanie tych domów pompami ciepła Panasonic, pokazując przy tym jaką część będzie stanowiła energia elektryczna (za którą płacimy), oraz darmowe ciepło pobrane z otoczenia. Za każdym razem są to dwa warianty.
Pierwszy to ogrzewanie niskotemperaturowe, np. podłogowe. Temperatura wody grzewczej wynosi wówczas 35°C. Bardzo ostrożnie przyjęliśmy tu stosunkowo niski wskaźnik SCOP równy 4,0. Pompa powinna go osiągnąć nawet w najchłodniejszych regionach naszego kraju (województwa wschodnie i północno-wschodnie), Najprawdopodobniej będzie on w rzeczywistości wyższy, nawet do 5,0, na większości terytorium Polski. Szczególnie w województwach zachodnich, gdzie zimy są po prostu łagodniejsze.
Drugi wariant to zaś dom z tradycyjnymi grzejnikami ściennymi, a co za tym idzie wymagający podgrzewania wody do 55°C. Tu przyjęliśmy wyraźnie niższy wskaźnik SCOP na poziomie 3,0. Podobnie jak w poprzednim przypadku to bezpieczna wartość minimum, wyznaczona dla najchłodniejszych stref klimatycznych. W nieco mniej mroźnych regionach należy się raczej spodziewać SCOP na poziomie 3,5.
Na naszych wykresach wyraźnie widać różnicę w poziomie zapotrzebowania na energię elektryczną pomiędzy budynkiem z typową niskotemperaturową podłogówką oraz z grzejnikami ściennymi. To nieuniknione, charakterystyczne dla wszystkich pomp ciepła. Dlatego zanim wybierzemy konkretną markę i model pompy ciepła, zawsze dokładnie sprawdzmy jakie są jej osiągi przy temperaturze wody typowej dla instalacji c.o. naszego domu.
Tak naprawdę dla niewielu osób, małe zużycie energii jest celem samym w sobie. Chcielibyśmy, żeby rachunki za ogrzewanie były niskie. A przecież nawet utrzymanie energooszczędnego domu może sporo kosztować, jeżeli będziemy ogrzewać go drogim paliwem, takim jak gaz płynny, a tym bardziej prąd. Myślenie o kosztach ogrzewania jest jak najbardziej uzasadnione, bo w polskich warunkach klimatycznych to właśnie ono stanowi największą część kosztów utrzymania domu.
Obecnie to właśnie pompy ciepła oferują zdecydowanie najniższe koszty ciepła oraz ogrzewania domu. Chociaż są zasilane prądem, czyli drogim nośnikiem ciepła, to wykorzystują go bez porównania efektywniej niż elektryczne kotły lub grzejniki. Samo obliczenie jednostkowego kosztu ciepła (za 1 kWh) jest bardzo łatwe. jeżeli znamy cenę za 1 kWh prądu to wystarczy ją podzielić przez wartość COP lub SCOP, czyli sprawność pompy. Jeżeli SCOP wynosi np. 4, to koszt 1 kWh ciepła będzie 4 razy niższy od ceny, którą płacimy za 1 kWh prądu.
Obecnie obliczenie ostatecznych kosztów ogrzewania domu jednorodzinnego mocno się jednak skomplikowało. W ramach tzw. Tarczy Solidarnościowej wprowadzono bowiem gwarantowane ceny prądu dla gospodarstw domowych. Za 2000 kWh, lub 3000 kWh w przypadku posiadaczy Karty Dużej Rodziny, zapłacimy według cen z roku 2022 r. Potem będziemy kupować drożej, według nowych stawek.
Różnica jest duża. Stara cena wynosiła w najpopularniejszej taryfie G11 ok. 0,75 zł/kWh, nowa zaś wyniesie ok. 1,30 zł/kWh.
Przy cenie prądu 0,75 zł/kWh daje to cenę ciepła odpowiednio:
Natomiast przyjmując 1,30 zł/kWh prądu otrzymamy:
Wzrost jest znaczny, lecz ogrzewanie pompą ciepła i tak pozostaje najtańsze. Dla porównania cena ciepła z uważanego dotąd za najtańszy węgla, przy jego obecnej cenie ok. 3000 zł/t przekracza 0,50 zł/kWh.
Niestety, ustawowy limit od 2000 do 3000 kWh rocznie, do którego kupimy prąd po zeszłorocznych cenach jest bardzo niski. W praktyce wystarczy najwyżej na pokrycie zapotrzebowania, tylko jeżeli nie mamy żadnych elektrycznych urządzeń grzewczych ani kuchenki elektrycznej. W tej sytuacji nie bardzo wiadomo czy koszt całej zużytej przez pompę energii elektrycznej należy obliczać według nowych wyższych stawek, czy bliższe prawdy byłoby wyciagnięcie średniej ceny za całą zużywaną w domu energię? A może należy uwzględnić jeszcze jednorazowy dodatek elektryczny dla ogrzewających domy prądem, wynoszący 1000 zł (lub 1500 zł gdy roczne zużycie przekracza 5000 kWh).
Dla przykładu obliczmy, ile wyniosą roczne koszty ogrzewania domu 150 m² wybudowanego w standardzie WT 2021. Zakładamy przy tym, że cały limit 2000 kWh tańszego prądu zużywamy na inne potrzeby i nie obniża on już rachunków za ogrzewanie pompą ciepła. Pompa przy SCOP 4 zużywa 2375 kWh prądu. Mnożąc całą tę wartość już przez nową wyższą stawkę 1,30 zł/kWh otrzymujemy w przybliżeniu 3088 zł. Jednak mamy prawo do Dodatku Elektrycznego wysokości przynajmniej 1000 zł. Ostatecznie nasz roczny rachunek za ogrzewanie budynku nie przekroczy 2088 zł.
Co zaś jeżeli dom charakteryzują wyższe straty ciepła, na poziomie WT 2017? Wówczas nasza pompa ciepła zużyje przy SCOP 4 ok. 3250 kWh prądu. Mnożąc to w całości przez nową stawkę 1,30 zł/kWh uzyskamy 4225 zł. Jednak uwzględnijmy Dodatek Elektryczny, który tym razem będzie wyższy, bo roczne zużycie prądu w domu przekroczy 5000 kWh. Rachunek zmaleje więc o 1500 zł, do wysokości 2750 zł.
Tak więc, nawet przy obecnym drastycznym wzroście cen paliw i energii elektrycznej, ogrzewanie pompą ciepła pozwala na utrzymanie kosztów utrzymania domu na niskim poziomie.
Jarosław Antkiewicz
88
