Czy warto zamontować pompy ciepła w budynkach istniejących? Czy trzeba wymienić grzejniki?
W związku z ustawą antysmogową i wprowadzanymi odgórnie zakazami spalania paliw stałych w urządzeniach grzewczych właściciele budynków mieszkalnych muszą zmierzyć się z modernizacją kotłowni, co w większości przypadków oznacza wymianę całego systemu grzewczego. Czy można zastosować pompy ciepła w istniejącym budynku? Czy to korzystne rozwiązanie?
Spis treści
- Pompy ciepła – zasady działania
- Zastosowanie pomp ciepła - kiedy możliwe w istniejącym budynku?
- Grzejniki - czy trzeba wymieniać?
- Jakie pompy ciepła do istniejącego budynku?
- Podsumowanie
Nie każdy budynek można przyłączyć do sieci ciepłowniczej lub gazowej. Wyjściem z tej sytuacji może być wówczas montaż kotła peletowego, elektrycznego lub gazowego, zasilanego gazem płynnym. Każde z wymienionych rozwiązań różni się kwotą rocznych kosztów na poczet centralnego ogrzewania oraz podgrzewu ciepłej wody użytkowej.
Dodatkowo główny wpływ na ten koszt, niezależnie od samego źródła ciepła, ma moc, którą należy dostarczyć do budynku w danych warunkach atmosferycznych, aby osiągnąć komfort grzewczy, co fachowo nazywane jest zapotrzebowaniem budynku na ciepło. Parametr ten zależy od standardu wykonania obiektu, warstwy jego ocieplenia oraz materiałów zastosowanych podczas budowy. Warto przy tym wspomnieć, że zapotrzebowanie budynku na moc jest związane z temperaturą zewnętrzną – im cieplej na zewnątrz, tym zapotrzebowanie maleje, stąd ważny jest odpowiedni zakres modulacji głównego źródła ciepła, aby efektywnie oraz ekonomicznie dostarczał odpowiednią moc cieplną.
Oprócz wyżej wskazanych rozwiązań modernizacji kotłowni są jeszcze pompy ciepła. Na wielu forach branżowych krąży opinia, że urządzenie to jest opłacalne jedynie w przypadku nowego budownictwa, w którym zainstalowano ogrzewanie podłogowe. Poniżej przedstawiono informacje, które pozwalają ocenić, czy ta opinia ma pokrycie w faktach.
Pompy ciepła – zasady działania
Pompa ciepła to urządzenie chłodnicze, które realizuje lewobieżny obieg chłodniczy. W jej skład wchodzą cztery główne elementy, takie jak: sprężarka, zawór rozprężny oraz dwa wymienniki ciepła – parownik i skraplacz. W obiegu pompy ciepła krąży czynnik chłodniczy – ziębnik charakteryzujący się bardzo niskimi temperaturami odparowywania.
Sama zasada działania pompy jest bardzo prosta – w parowniku dochodzi do odebrania ciepła z otoczenia. Energia ta ma za zadanie odparowanie czynnika, czyli zmianę jego stanu skupienia z cieczy w parę. Para z kolei jest kierowana na sprężarkę, czyli główne urządzenie wykonujące pracę. Sprężarkę zasila się energią elektryczną i jej zadaniem jest podwyższenie ciśnienia, czyli sprężenia tego czynnika. Wraz ze wzrostem ciśnienia wzrasta również temperatura czynnika – wówczas natrafia on na skraplacz (w postaci wymiennika płytowego), który jest odpowiedzialny za przekazanie ciepła od czynnika do obiegu wtórnego, w którym krąży już woda grzewcza. Następnie czynnik natrafia na zawór rozprężny. Element ten pilnuje przegrzania samego czynnika w parowniku oraz odpowiednio dławi czynnik roboczy w celu umożliwienia sprężarce uzyskania wymaganego ciśnienia. Czynnik tym samym kończy swój obieg na parowniku, gdzie ponownie powtarza się proces odbierania ciepła oraz odparowywania.
Pompy ciepła można podzielić na dwa główne typy, różniące się sposobem pozyskiwania ciepła z tzw. dolnego źródła (źródła pierwotnego), którym może być powietrze – w przypadku powietrznych pomp ciepła, oraz grunt – dla gruntowych/solankowych. Powietrzne pompy ciepła można dodatkowo rozróżnić na rozwiązania monoblokowe i splitowe. Urządzenia splitowe to maszyny, które mają rozdzielony układ chłodniczy i podczas montażu na inwestycji zachodzi konieczność ingerencji/połączenia układu przy pomocy rur miedzianych. Samego uruchomienia musi natomiast dokonać osoba mająca stosowne uprawnienia UDT, regulowane przez ustawę f-gazową. Monoblokowe pompy ciepła to urządzenia, które na etapie produkcji mają już szczelnie zamknięty układ chłodniczy. Podczas montażu tego typu maszyny nie ma konieczności ingerencji w układ, co tym samym oznacza, że osoba dokonująca uruchomienia nie musi posiadać uprawnień dotyczących f-gazów.
Z powodu odmiennych źródeł ciepła, od których odbierana jest energia, pompy ciepła różnią się efektywnością pracy. W tym zakresie istotne są współczynniki COP i SCOP. COP = 4 oznacza, że podczas dostarczania do układu (napędu sprężarki, pomp obiegowych lub wentylatora) 1 kW energii elektrycznej pompa ciepła jest w stanie wytworzyć 4 kW energii cieplnej.
Przeczytaj również:
- Współpraca pomp ciepła z grzejnikami. Kiedy będą dobrym źródłem ciepła?
- Dofinansowanie do pompy ciepła 2024 - nawet 100% zwrotu kosztów! Jak uzyskać?
Najefektywniejszymi urządzeniami pod tym względem są rozwiązania pobierające energię z gruntu. Ziemia jest idealnym dolnym źródłem dla pomp ciepła, gdyż zawsze, niezależnie od aktualnych warunków atmosferycznych, pod powierzchnią na pewnej głębokości temperatura gruntu jest stała. Pozwala to na zawsze efektywną produkcję ciepła przez urządzenie.
Niestety pompy gruntowe mają jeden minus – wysokie koszty inwestycyjne, gdyż oprócz zakupu samego urządzenia oraz czasami modernizacji instalacji centralnego ogrzewania dochodzi znaczny koszt wykonania odwiertów. Mogą one stanowić problem w związku z koniecznością ingerencji w przydomowy teren, a w istniejących budynkach nie każdy użytkownik będzie chciał tego dokonać.Najczęściej wybieranym rozwiązaniem są powietrzne pompy ciepła. Należy jednak pamiętać, że ich generowana moc cieplna jest uzależniona od warunków atmosferycznych, a dokładnie od temperatury zewnętrznej oraz od temperatury zasilania, która bezpośrednio wiąże się z typem systemu grzewczego.
Każdy producent pompy ciepła jest zobligowany do podania warunków pracy, na które składają się m.in. dane dotyczące osiąganej mocy grzewczej oraz współczynnika COP w kilku punktach pracy, co zostało dokładnie opisane w normie PN-EN 14511-3:2018. Niektóre z tych firm dodatkowo udostępniają tabele lub pełne wykresy mocy grzewczej dla różnych warunków temperaturowych. Tym samym każdy obecny bądź potencjalny użytkownik ma możliwość sprawdzenia, jakie parametry będzie osiągać dane urządzenie w zależności od temperatury zewnętrznej oraz temperatury zasilania. Jak możemy zaobserwować na wykresie, pompa ciepła osiąga najwyższą moc grzewczą przy wysoko dodatnich temperaturach zewnętrznych, zaś maleje generowana moc cieplna urządzenia. Punkty danych i wykresy mocy grzewczych są ważne, gdyż to one umożliwiają dobór urządzenia do danego budynku.
Zastosowanie pomp ciepła - kiedy możliwe w istniejącym budynku?
Pompa ciepła jest możliwa do zainstalowania praktycznie w każdym budynku. Bardzo istotnym warunkiem jest przede wszystkim stopień ocieplenia, a także typ systemu grzewczego. Każdy potencjalny użytkownik pompy ciepła powinien znać orientacyjny poziom zapotrzebowania obiektu na ciepło. Wyliczenia tego typu można zrobić z użyciem dostępnych w sieci kalkulatorów OZC lub zgłosić się do firmy wykonującej audyty energetyczne. Dopiero po poznaniu wartości zapotrzebowania jest możliwy odpowiedni dobór urządzenia i poznanie potencjalnych kosztów eksploatacji. Czasami zastosowanie pompy ciepła może wymagać wykonania termomodernizacji budynku, czyli w głównej mierze docieplenia ścian zewnętrznych, stropu lub wymiany stolarki drzwiowej, jak i okiennej, po to, by zmniejszyć zapotrzebowanie obiektu na ciepło.
Parametry zasilania
Kolejnym elementem koniecznym do uwzględnienia przy samym doborze pompy ciepła jest także określenie jej parametrów zasilania odnośnie do centralnego ogrzewania, czyli typ obecnego systemu grzewczego. Urządzenie to tym efektywniej pracuje, im mniejsza jest różnica temperatur pomiędzy temperaturą zasilania obiegu grzewczego i temperaturą wejściową źródła ciepła (powietrze zewnętrzne dla powietrznych pompy ciepła lub grunt dla gruntowych). Oznacza to, że jeżeli nasz system centralnego ogrzewania na zasilaniu będzie potrzebował niższej temperatury, to osiągane parametry pracy pompy ciepła będą wysokie, koszty jej eksploatacji niższe.
Ogrzewanie podłogowe
Wzorcowym typem ogrzewania dla pomp ciepła jest ogrzewanie podłogowe. Jest to ogrzewanie niskotemperaturowe, którego charakterystyczny zakres pracy stanowi 25–38°C, przy czym górny poziom temperatury osiągnie ono przy największych mrozach na zewnątrz. W istniejących już budynkach przy samej zmianie obecnego urządzenia grzewczego wykonanie ogrzewania podłogowego stanowi bardzo dużą ingerencję w sam budynek. Oczywiście istnieją obecnie rozwiązania pozwalające wykonać ogrzewanie podłogowe w sposób małoinwazyjny, jak chociażby frezowanie w wylewce, jednak i to będzie wymagało zdjęcia paneli, parkietu oraz kafli na podłodze na całej powierzchni budynku.
Grzejniki - czy trzeba wymieniać?
W większości istniejących budynków standardowym typem ogrzewania są grzejniki. Mogą być żeliwne, aluminiowe lub stalowe – w zależności od tego, kiedy wykonano instalację i jakie źródło ciepła znajduje się w danym obiekcie. Najgorszym rozwiązaniem dla pompy ciepła są grzejniki żeliwne. Składają się one z pewnej liczby jednakowych ogniw, zwanych żeberkami. Stosowane były najczęściej w połączeniu z kotłami na paliwo stałe, czyli rozwiązaniem produkującym wysokie temperatury zasilania. W takim systemie pompa ciepła generowałaby duże koszty eksploatacyjne, dlatego w takim przypadku korzystna byłaby zmiana systemu grzewczego.
Grzejniki stalowe oraz aluminiowe mogły być dobrane na zgoła różne warunki zasilania, które każdy właściciel budynku powinien znać. Częstym zjawiskiem było ich „przewymiarowanie”, czyli dobór większych, po to aby właśnie obniżyć temperatury zasilania. Rozwiązanie to było jak najbardziej prawidłowe i obecni użytkownicy, zastanawiając się nad instalacją pompy ciepła, nie muszą ich wymieniać.
Jakie pompy ciepła do istniejącego budynku?
W nowych monoblokowych powietrznych pompach ciepła zostały zastosowane rozwiązania pozwalające na ich dobór nie tylko do nowych budynków, lecz również niemalże do każdego istniejącego już obiektu. Wysokie temperatury zasilania przy skrajnych temperaturach zewnętrznych można osiągnąć poprzez dodatkowy wtrysk pary – EVI (ang. Enhanced Vaporized Injection), oraz odpowiedni czynnik chłodniczy, jakim jest na np. R290 (propan techniczny).
Rozwiązania te są jednak stosowane przez niewielu producentów, a dodatkowy wtrysk pary w sprężarce umożliwia efektywną pracę urządzenia przy znacznie wyższych różnicach temperatur między generowaną temperaturą zasilania a temperaturą obiegu pierwotnego. Rozwiązania standardowe pozwalają na jej wzrost o maksymalnie 60 K, zaś dzięki zastosowaniu EVI różnica ta może wynieść nawet i 80 K, zapewniając tym samym możliwość osiągnięcia temperatury zasilania na poziomie 70°C również przy niskiej temperaturze źródła ciepła. W celu osiągnięcia wysokiej temperatury zasilania – na poziomie 70°C, konieczne jest także odpowiednie opracowanie obiegu chłodniczego i wybór właściwego czynnika.
W przypadku monoblokowych pomp ciepła czynnikiem stosowanym przez wielu producentów jest właśnie R290, czyli propan techniczny. W porównaniu z powszechnie stosowanymi czynnikami, jakimi są R32 oraz R410A, pozwala on na pracę obiegu chłodniczego przy zupełnie innych ciśnieniach, a tym samym na realizację wyższych temperatur zasilania. Niewątpliwą zaletą propanu jest jego współczynnik GWP wynoszący 3.
R290 to czynnik naturalny oraz przyjazny środowisku. W chwili przedostania się do atmosfery ekwiwalent wpływu na nią w odniesieniu do ekwiwalentu oddziaływania CO2 jest niewielki. Dla porównania, dla czynnika R410A współczynnik GWP wynosi 2088, a dla R32 ma wartość 688. Kolejną zaletą zastosowania propanu technicznego jako czynnika chłodniczego jest wzrost wydajności urządzenia.
Decydując się na montaż powietrznej pompy ciepła, należy zapewnić odpowiednie umiejscowienie jednostki zewnętrznej urządzenia. Z racji występowania w niej sprężarki oraz wentylatorów trzeba pamiętać, że generuje ona hałas, a dokładnie moc akustyczną. Obowiązujące w Polsce przepisy, jak chociażby rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie dopuszczalnych poziomów hałasu w środowisku, reguluje poziom ciśnienia akustycznego, który może wydobywać się z danej granicy działki. W przypadku istniejących budynków, a dokładniej dla terenów o zabudowie jednorodzinnej, maksymalne wartości hałasu wydobywające się z granicy działki w ciągu dnia wynoszą 50 dB(A), zaś nocą 40 dB(A).
Lokując urządzenie na działce, należy dodatkowo pamiętać o współczynnikach kierunkowości rozchodzenia się fal akustycznych w przestrzeni. Z im większą liczbą np. ścian budynku jednostka graniczy z zewnątrz, tym efekt nakładania się hałasu jest większy, co oznacza, że odległość urządzenia do granicy działki musi być większa, aby poziom ciśnienia akustycznego mieścił się w dopuszczalnym zakresie. Poziom mocy akustycznej urządzenia musi zostać podany przez producenta i znaleźć się chociażby na etykiecie energetycznej pompy ciepła.
Podsumowanie
Pompy ciepła jak najbardziej mogą być montowane w budynkach już istniejących. Należy jednak zwrócić uwagę na zapotrzebowanie budynku na ciepło oraz typ systemu grzewczego. W przypadku rozwiązań wysokotemperaturowych konieczna jednak będzie zmiana typu centralnego ogrzewania, a niekiedy również termomodernizacja budynku, czyli zmniejszenie jego zapotrzebowania na ciepło. Gruntowe pompy ciepła są bardziej efektywne niż powietrzne rozwiązania, jednakże nie każdy może sobie pozwolić na ich montaż w związku z wysokimi kosztami inwestycyjnymi – koniecznością wykonania odwiertów dla dolnego źródła.
Powietrzne pompy ciepła są najpopularniejszymi rozwiązaniami, a obecne modele pozwalają na osiągnięcie wysokich temperatur zasilania oraz mocy grzewczych przy niskich temperaturach zewnętrznych. Decydując się natomiast na powietrzną pompę ciepła, należy zwrócić uwagę na jej odpowiednie umiejscowienie na działce z racji hałasu generowanego przez urządzenie.
Listen on Spreaker.
