Pompa ciepła do modernizowanej instalacji ogrzewania domu

W starszych budynkach modernizacja ogrzewania może być już koniecznością jeśli w zimie dom ma być nadal ogrzewany. Stary, mało efektywny kocioł olejowy, gazowy, czy na paliwo stałe może wymagać wymiany lub będzie to konieczne w najbliższym czasie. Również stara już instalacja ogrzewania budynku może wymagać gruntownej modernizacji, czyli wymiany rur i grzejników.

Godnym uwagi rozwiązaniem, które zapewnia wysoki komfort ogrzewania, nie wymaga obsługi i może być zastosowane niemal w każdym budynku, jest pompa ciepła.

Pompa ciepła

Do ogrzewania budynku i ciepłej wody użytkowej (c.w.u.) pompy ciepła wykorzystują ciepło zgromadzone w gruncie, wodzie gruntowej i powietrzu atmosferycznym. O ile w wykończonym domu i zagospodarowanym jego otoczeniu trudno wykonać wymiennik gruntowy lub kopać studnie, to powietrze jest łatwodostępne i bez ograniczeń może być wykorzystane przez pompę ciepła. Również łatwo można wybrać odpowiednie urządzenie dostosowane do dostępnych warunków montażu.

W zależności od wersji urządzenia, pompę powietrzną można ustawić wewnątrz lub na zewnątrz budynku. Oferowane są jako jednostopniowe lub o modulowanej mocy grzewczej, zasilane prądem 230 V lub 400V.

Ciekawym rozwiązaniem są pompy ciepła typu Split. Składają się z dwóch części: jednostki montowanej na zewnątrz budynku (zawieszona na ścianie, ustawiona na gruncie), oraz zajmująca niewiele miejsca jednostka wewnętrzna do powieszenia na ścianie w niemal każdym dostępnym miejscu. Jednostka zewnętrzna i wewnętrzna połączone są ze sobą przewodami chłodniczymi. Główną zaletą tego rozwiązania są małe wymiary jednostki montowanej wewnątrz budynku, jej cicha praca oraz brak konieczności wykonywania kanałów powietrza co wymaga dużych przejść przez ścianę.

Pompy ciepła typu Split oprócz ogrzewania mogą chłodzić budynek (odwrócona praca). Dostępne są również jako urządzenia kompaktowe potrzebujące niewiele miejsca do ich ustawienia. W jednostce wewnętrzne zabudowany jest już zasobnik c.w.u., również w wersji z możliwością podłączenia do niego kolektorów słonecznych.

Moc grzewcza

Największe zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania budynku występuje przy najniższych temperaturach zewnętrznych, np. -20°C. A, im niższa temperatura powietrza tym mniejsza moc grzewcza pompy ciepła i jej mniej efektywna praca.

Pompa powietrzna zaprojektowana na pokrycie całego zapotrzebowania budynku na ciepło była by kosztowna i mało efektywna. Dlatego, pompy ciepła powietrze-woda projektuje się dla pokrycia częściowego zapotrzebowania budynku na ciepło, np. do temperatur zewnętrznych -5 lub -10°C. Przy niższych temperaturach załącza się dodatkowe źródło ciepła, np. grzałka elektryczna, kocioł gazowy, olejowy czy na paliwo stałe.

Przy obciążeniu częściowym również instalacja grzewcza wymaga niższej temperatury wody na zasilaniu niż przy maksymalnie niskich temperaturach zewnętrznych.

Po ociepleniu starszego budynku znacznie zmniejszy się zapotrzebowanie na ciepło pomieszczeń. Tym samym, obecne grzejniki będą przewymiarowane – do ogrzewania pomieszczeń wystarczy wówczas niższa temperatura wody niż przed ociepleniem domu.

Instalacja ogrzewania budynku

Najlepszym do współpracy z pompą ciepła jest ogrzewanie podłogowe, które na zasilaniu potrzebuje maksymalnie 50°C. Dobierając odpowiednią pompę ciepła może ona współpracować również z grzejnikami, nawet zaprojektowanymi na stosunkowo wysoką temperaturę na zasilaniu.

Kotły na paliwo stałe dobrze pracują przy wyższych temperaturach wody grzewczej. Jednak, pytając użytkowników jaką temperaturę wody ustawiają na kotle podczas silnych mrozów, często można usłyszeć że jest to 50, 60°C. I takie temperatury w zupełności wystarczą również dla pompy ciepła. Tak wiec, nawet w instalacji z grzejnikami pompa ciepła efektywnie ogrzeje dom przy temperaturach od +16°C do ok. -5 lub -10°C. A, takich dni w okresie grzewczym jest najwięcej, bo ok. 95%.

Modernizacja ogrzewania

Pompa ciepła powietrze-woda łatwo może zastąpić stary kocioł grzewczy lub bez problemu można ją dołączyć do obecnego kotła, bez konieczności przerabiania istniejącej już instalacji grzewczej.

Dodatkowym elementem wyposażenia kotłowni może być zasobnik buforowy wody grzewczej o pojemności ok. 200 litrów dla optymalizacji pracy pompy ciepła. Szczególnie w instalacjach z grzejnikami będzie potrzebny dla zwiększenia pojemności wodnej instalacji i mniejszej częstotliwości załączania pompy ciepła. Chociaż, stosując pompę ciepła o modulowanej mocy grzewczej, w niektórych przypadkach można zrezygnować z zasobnika.

Przykładowe rozwiązanie połączenia kotła gazowego lub olejowego z pompą ciepła pokazano na rys. 1.

Chłodzenie pompą ciepła

Oprócz ogrzewania, pompa ciepła powietrze-woda może również chłodzić pomieszczenia w budynku. Przy chłodzeniu pompa ciepła działa w odwrócony sposób – parownik pełni wówczas funkcję skraplacza, a skraplacz parownika. Czyli, obieg czynnika chłodniczego w pompie ciepła zostaje odwrócony, tym samym zmienia się kierunek przepływu ciepła.

Wykorzystanie instalacji ogrzewania podłogowego jest najprostszym sposobem chłodzenia pomieszczeń w budynku jednorodzinnym – w zimne dni ogrzewa dom i chłodzi w upalne. Chłodzić pomieszczenia można również przez, np: instalację wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła, nagrzewnice czy konwektory wentylatorowe. Natomiast, nie nadają się do chłodzenia tradycyjne grzejniki. Ze względu na małą różnice temperatur między wodą chłodzącą a powietrzem w pomieszczeniu występuje jedynie znikoma wymiana ciepła w grzejniku. Dodatkowo, tradycyjne grzejniki są wrażliwe na kondensat.

Chłodzenie pompami ciepła jest godną uwagi alternatywą dla tradycyjnych układów klimatyzacji. Podobnie jak przy ogrzewaniu budynku, może zapewnić tanie i skuteczne chłodzenie pomieszczeń w lecie. W zależności od wymagań inwestora i oczekiwanej skuteczności chłodzenia można wybrać odpowiednią pompę ciepła i rodzaj instalacji chłodzącej.

Koszty ogrzewania

Porównajmy koszty ogrzewania kilkuletniego dobrze ocieplonego budynku o powierzchni ogrzewanej 200 m² oraz starszego ale ocieplonego domu o powierzchni ogrzewanej 140 m². W obu przypadkach zapotrzebowanie na ciepło wyniesie ok. 20 000 kWh/rok (100 kWh/m² domu 200 m² i 140 kWh/m² domu 140 m²).

Przyjęto ceny brutto paliw: gaz ziemny GZ50: 2,0 zł/m³, gaz płynny: 2,60 zł/l, olej opałowy: 3,60 zł/l, węgiel: 800 zł/tonę, energia elektryczna: 0,51 zł/kWh.

Tabela przedstawia zacunkowe koszty ogrzewania różnymi źródłami ciepła. „Oszczędności dzięki pompie ciepła” określono dla instalacji z pompą ciepła o COP wynoszącym 2,5.

Największe oszczędności przyniesie pompa ciepła zastępując stary kocioł olejowy i na gaz płynny. Koszt ogrzewania pompą może być nieznacznie wyższy od kotła węglowego i wysokosprawnego gazowego kotła kondensacyjnego. Odnosi się to do instalacji z pompą ciepła o średnim rocznym wskaźniku efektywności (SPF), na poziomie 2,5. Wybierając pompę ciepła o wyższej efektywności koszty ogrzewania mogą być jeszcze niższe.

Porównując pompę ciepła z pozostałymi sposobami ogrzewania duże znaczenie będzie mieć temperatura zewnętrzna. Jeśli do obecnego źródła ciepła dołożymy tylko pompę ciepła, jej efektywność pracy będzie jeszcze większa.

Pompa ciepła powietrze-woda jest jednym ze sposobów na modernizację starej instalacji grzewczej lub rozbudowę kilkuletniej. Nie jest idealnym sposobem ogrzewania bo jej efektywność pracy w dużym stopniu zależy od temperatur zewnętrznych. Im ostrzejsza zima tym wyższe będą rachunki za ogrzewanie. Ale, ma też wiele zalet, które można wykorzystać niemal w każdym budynku.

O tym czy pompa ciepła będzie właściwym rozwiązaniem zadecyduje szczegółowa analiza ekonomiczna wykonana indywidualnie dla każdego budynku.

Coraz niższe ceny pomp ciepła i coraz częściej uruchamiane programy dotujące tego rodzaju inwestycje sprawiają, że inwestycja może być godną uwagi alternatywą dla tradycyjnych rozwiązań.