Podnoszenie ciepła. Opłacalność stosowania pompy ciepła

    Jako producent i instalator pomp ciepła otrzymuję wiele zapytań o koszt zainstalowania i koszt eksploatacji układu grzewczego z wykorzystaniem pompy ciepła. Pytania dotyczą budynków nowych, a także modernizacji istniejących układów grzewczych. Z obliczeń i doświadczeń wynika niezbicie jedno: układ z pompą ciepła nie musi być „z definicji" tańszy w eksploatacji od innych układów!

Trudno jest ułożyć wzór „na opłacalność stosowania" pompy ciepła, wiadomo jednak dokładnie, co wpływa na koszt eksploatacji takiego układu grzewczego.

Rozważmy nieco kontrastowe przykłady zapotrzebowania na ciepło:

1. Podgrzać 1 l wody od temperatury 30°C do temp. 50°C

2. Podgrzać 20 l wody od temp 30°C do temperatury 31°C

    Uważny Czytelnik z pewnością spostrzeże, że do tych dwóch zadań zużyje się taką samą ilość ciepła (oczywiście, zakładając warunki idealne). Stąd wniosek, że jeżeli energię do tych zadań czerpać będziemy z: sieci elektrycznej, spalenia oleju opałowego, gazu przewodowego, propanu, to w każdym z tych przypadków koszt paliwa dla obu przypadków będzie praktycznie identyczny! (tyle samo ciepła = taki sam koszt).

Jeżeli natomiast zadania takie powierzyć pompie ciepła, to okaże się, że drugie zadanie wykonane zostanie znacznie taniej - ok. dwa razy, ale w tym przypadku zależy to jeszcze od innych czynników, np. temperatury dolnego źródła.

    Wytłumaczenie tego zjawiska wynika z odmiennych zasad działania pompy ciepła. Jest ona maszyną termodynamiczną. Nie ma tam żadnego spalania bądź podgrzewania wartej w paliwie na energię odpowiednio: mechaniczną bądź elektryczną. Pompie ciepła stawiamy nieco inne zadanie. Ma ona przenieść ciepło (to też energia) z miejsca o niższej temperaturze (np. ok. 0°C) do miejsca o temperaturze zdecydowanie wyższej, np. naszego domu (np. 22°C) lub naszej wody do kąpieli (np. 50°C).

    Nie wnikając w szczegóły, działanie pompy ciepła porównać można do windy podnoszącej ciężar. Pompa ciepła „podnosi" ciepło - na wyższą temperaturę, zużywając przy tym (podobnie jak winda) energię - na poruszanie silnika sprężarki). Oczywiście, im wyżej podnosi, tym więcej energii musi zużyć (prawie liniowo). Czyli w przeciwieństwie do tradycyjnego systemu ogrzewania, koszt ogrzewania za pomocą pompy ciepła bardzo zależy od temperatury odbioru ciepła! I jest tym większy, im jest ona większa.

    Zatem dla obniżenia kosztu ogrzewania domu za pomocą pompy ciepła należy zastosować jak najniższą temperaturę odbioru ciepła. Jak wiemy z fizyki, ciepło z „własnej woli" przemieszcza się z ciała cieplejszego do chłodniejszego (od grzejnika
wymiany ciepła, używając jako wymiennika całej powierzchni podłogi i/lub ścian! (ogrzewanie podłogowe, ścienne). Istnieją już w kraju domy z ogrzewaniem o temperaturze maks. Do 33°C! To już jest w zasadzie wszystko, co w tym kierunku do powietrza w pokoju, z domu na zewnątrz). Ale co zrobić, gdy różnica temperatur jest niewielka? Można do kaloryfera dołączyć wenty-latorek, by zintensyfikować przepływ powietrza (klima-konwektor), można także powiększyć powierzchnię możemy zrobić i nie „przedobrzyć". Mamy już dobry niskotemperaturowy odbiór ciepła, należy jednak zwrócić uwagę na jeszcze jeden szczegół i wnioski z niego płynące. W klasycznym ogrzewaniu temperatura zasilania i powrotu różnią się od siebie o 15 - 20°C, a z uwagi na niską w tym wypadku temperaturę zasilania, a także poprawną pracę układu chłodniczego pompy ciepła, należy przyjąć, że temperatura powrotu powinna byç o 4 - 5°C niższa niż zasilania! Wynika z tego bardzo ważna zależność: prędkość przepływu czynnika musi być 3 - 4 razy wyższa! (czyli „grubsze" oberrury, mocniejsze pompy obiegowe, podłogówka typowa, ale rurki w podłodze co ok. 10 cm).

    Ze stosowania ogrzewania podłogowego niskotemperaturowego wynika jeszcze jeden wniosek: nie należy stosować układów obniżeń temperatury, podłoga jest masywna i nie zdąży zareagować (czas reakcji podłogi to kilka, kilkanaście godzin). Można natomiast wykorzystywać podłogę jako akumulator ciepła i „ładować" ją ciepłem w czasie obowiązywania tańszej taryfy na energię elektryczną - może to dać wymierne oszczędności. Oczywiście, ważna jest też temperatura dolnego źródła -miejsca skąd pompa ciepła pobiera ciepło. Temperatura ta dla odmiany powinna być jak najwyższa. W warunkach krajowych prawie zawsze udaje się skonstruować dolne źródło tak, by jego temperatura była co najmniej większa od 0°C.

Do dziś typowym urządzeniem służącym do ogrzewania domów, także innych obiektów jest kocioł spalający paliwo (gaz, olej opałowy, drewno), ogrzewający wodę, a następnie kaloryfery.

  By jednak kaloryfery nie były zbyt wielkie i kosztowne, przyjmuje się, że temperatura wody na wejściu/wyjściu do kaloryfera wynosiła np. 70/50°C. Taka temperatura nie jest już odczuwana jako niezbyt wysoka, wielkość kaloryferów jest jeszcze do przyjęcia, a spalanie i wymiana ciepła w kotle zachodzi właściwie. Lecz właśnie z powodu wyższych typowych temperatur pracy klasycznego ogrzewania kaloryferowego, jego zasilanie za pomocą pompy ciepła, jest najczęściej niecelowe. Wynika stąd wniosek niezbyt pomyślny dla wszystkich chcących zmodernizować układ ogrzewania n.p. olejowego lub propanowego, poprzez proste zastąpienie kotła; pompą ciepła. Układ taki (jeżeli w ogóle da sobie radę przy nawet średnich mrozach) będzie kosztowny w eksploatacji. Taka sama pompa ciepła, w takim samym obiekcie pracując „na kaloryfery" świetnie wcześniej współdziałające z kotłem spalinowym, zużyje o wiele więcej energii elektrycznej (ok. 2x)! Oczywiście można temu zaradzić; należy tylko ok. 3,5 x zwiększyć powierzchnię wymiany ciepła - ilość kaloryferów ! A to nie zawsze jest możliwe, a prawie zawsze nieopłacalne.

Autor: Bogdan Chmielecki

Źródło: www.instalator.pl

---