2021-07-07 15:01:32 
Przyjęte założenia dla wymagań funkcjonalnych
Porównując ogrzewanie gazem płynnym z pompą ciepła powinniśmy przyjąć określone parametry funkcjonowania takiej instalacji, możliwości jej zamontowania, a także przewidywane koszty inwestycyjne i eksploatacyjne. Jako przykładowy obiekt przyjmijmy dom jednorodzinny o powierzchni użytkowej 150 m2, zamieszkiwany przez cztery osoby (dwoje dorosłych i dwójkę dzieci).
Budynek stawiany będzie zgodnie z aktualnymi wymaganiami energochłonności czyli przy założeniu rocznego zużycia energii nieodnawialnej określonej wskaźnikiem EP nie większym niż 70 kWh/m2 rok, a dla uproszczenia przyjmujemy, że wartość ta odpowiada efektywnemu zapotrzebowaniu energii na ogrzewanie i ciepłą wodę użytkową, zatem dla przykładowego domu zużycie energii wyniesie 10,5 MWh (150 m2 x 70 kWh/m2 rok), z czego ok. 3 MWh to ciepło na pozyskanie c.w.u.
Przyjęto też podobne koszty inwestycyjne obu rozwiązań na poziomie ok. 20000-25000 zł obejmujące urządzenia związane bezpośrednio z wytwarzaniem ciepła, bez uwzględnienia jego rozprowadzenia wewnątrz domu.
W obu wariantach instalacja grzewcza wykonana będzie w postaci ogrzewania podłogowego o maksymalnej temperaturze zasilania 45 st C, przy założonym największym zapotrzebowaniu mocy grzejnej na poziomie 40 W/m2, co odpowiada ogólne mocy grzewczej źródła ciepła o wartości 6 kW (150 m2 x 40 W/m2). Pozyskanie c.w.u. przewidziane jest z zasobnika zasilanego całorocznie z jednofunkcyjnego kotła gazowego lub powietrznej pompy ciepła.
Jak działa powietrzna pompa ciepła?
Pompa ciepła to pod względem technicznym urządzenie pozwalające na przenoszenie energii cieplnej ze środowiska o niższej temperaturze do przestrzeni, którą chcemy ogrzać, czyli przekazując ją z tzw. dolnego źródła ciepła (powietrza zewnętrznego) do górnego źródła czyli wnętrza pomieszczeń. Proces ten charakteryzuje się określona efektywnością zależną od różnicy temperatur dolnego i górnego źródła ciepła. Czym ona będzie mniejsza tym efektywność transportowania energii cieplnej stanie się większa.
Ponieważ do funkcjonowania pompy ciepła niezbędne jest dostarczanie energii zewnętrznej, elektrycznej, efektywność jej pracy określana jest wskaźnikiem COP, który wyznacza proporcję energii przeniesionej do pobranej energii elektrycznej i średnio dla powietrznych pomp ciepła wynosi ok. 3, co oznacza, że przenosimy np. 3 kWh energii cieplnej zużywając przy tym 1 kWh energii elektrycznej.
Istotną zaletą pompy ciepła jest możliwość jej funkcjonowania w kierunku odwrotnym czyli w trybie chłodzenia, co w okresie letnim można wykorzystać - po rozbudowaniu systemu - jako źródło klimatyzacji.
Instalacja i warunki użytkowania pompy ciepła
Pompę ciepła typu powietrze-woda instaluje się na zewnątrz domu, co pozwala na czerpanie energii z atmosfery przy czym może być ona zbudowana w wersji monobloku składającym się z parownika zintegrowanego ze sprężarką i skraplaczem lub układ typu split w postaci jednostki zewnętrznej (parownik i sprężarka) oraz skraplacza z wymiennikiem ciepła instalowanym wewnątrz. W obu wariantach zasilanie instalacji grzewczej domu jak i połączenie z zasobnikiem c.w.u. odbywa się poprzez obieg wody grzewczej przepływającej przez wymiennik pompy.
Technicznie pompa ciepła w wersji monoblok jest łatwiejsza w montażu, natomiast wariant split pozwala na bezpośrednie podłączenie jednostek wewnętrznych klimatyzatorów zasilanych czynnikiem chłodniczym. W instalacji z reguły montowany jest również zbiornik buforowy, który zapewnia stabilniejszą i oszczędniejsza prace ogrzewania. Zasada działania pompy ciepła sprawia, że jej efektywność a więc i moc grzewcza uzależniona jest od różnicy temperatur na zewnątrz i wewnątrz domu.
Dobierając pompę ciepła do przykładowej instalacji musimy kierować się nie jej mocą nominalną (podawaną przez producentów w informacjach ogólnych), ale określić ją na podstawie parametrów dostosowanych warunków jej uzyskiwania. W przykładowych warunkach max. moc grzewcza powinna wynosić 6 kW przy temperaturze wody w obiegi grzewczym 45 °C, gdy na zewnątrz jest minus 20°C.
W charakterystyki technicznej modelu pompy jednego z czołowych producentów o mocy nominalnej 7 kW (podawanej dla warunków nominalnych +7/35 °C), wynika, że już w temperaturze -7°C, moc spada do 5,2 kW, a przy większych mrozach nie osiąga nawet 4 kW, a COP w takich warunkach uzyskuje wartość niewiele wyższą niż 1.
W efekcie konieczny będzie dobór pompy o znacznie wyższej mocy nominalnej lub korzystanie z grzałki elektrycznej umieszczonej w zbiorniku buforowym czy innego dodatkowego źródła ciepła. Przy niskich temperatura znacząco spada też COP, co bezpośrednio przekłada się na koszty ogrzewania, a jej instalacja staje się opłacalna, gdy średnioroczny SCOP nie będzie mniejszy niż 3.
Natomiast niewątpliwy zaletami instalacji pompy ciepła są:
- możliwość wykorzystania jako źródła chłodzenia
- wysoka efektywność przygotowania c.w.u w okresie letnim
- możliwość zasilania z własnej instalacji fotowoltaicznej w systemie on-grind
Ogrzewanie gazem płynnym
Zasilanie instalacji gazu płynnego odbywa się ze zbiornika zewnętrznego umieszczonego na powierzchni terenu lub zagłębionego w gruncie i okresowo napełnianego przez autocysternę. W zbiorniku, niezależnie od stopnia napełnienia (pomijając oczywiście zupełne opróżnienie) panuje stałe ciśnienie zależne jedynie od temperatury otoczenia.
Gaz ze zbiornika przekazywany jest do instalacji w fazie gazowej, ale magazynowany w stanie ciekłym, musi więc najpierw odparować. Umożliwia to pozostawienie 15-20% nienapełnionej objętości zbiornika, a powierzchnia parowania powinna być dostosowana do strumienia pobieranego gazu (mocy zasilanych urządzeń).
Wypływający ze zbiornika gaz o średnim, ustabilizowanym ciśnieniu (ok. 1 bara) doprowadzany jest rurą do szafki gazowej umieszczonej na ścianie domu zawierającej, zwór odcinający i reduktor II stopnia z ciśnieniem wyjściowym ok. 0,04 bara zasilający wewnętrzną instalację gazową.
Kocioł gazowy może być umieszczony w pomieszczeniu nie przeznaczonym na stały pobyt ludzi i wyposażonym przy podłodze w kanał o przekroju co najmniej 150 cm2 wyprowadzony na zewnątrz. Oczywiście urządzeń gazowych na gaz płynny nie wolno instalować w pomieszczeniach poniżej poziomu terenu np. w piwnicy czy tam, gdzie znajdują się studzienki i wpusty podłogowe. Pozostałe wymogi instalacyjne są takie same jak dla kotłów na gaz ziemny w zakresie kubatury pomieszczeń, odprowadzenia spalin i wentylacji.
Podłączony do instalacji kocioł gazowy, kondensacyjny zapewnia efektywne wykorzystanie gazu do ogrzewania i przygotowania c.w.u., a jego moc w przykładowym zastosowaniu może nie przekraczać 10 kW. Dzięki elastycznemu dopasowywaniu się do potrzeb cieplnych poprzez modulowanie mocy palnika, zapewnione będzie optymalne dopasowanie parametrów ogrzewania do zmiennych warunków pogodowych.
Instalowane kotły to przezbrojone (wymiana dysz i regulacji), typowe i względnie tanie modele przeznaczone do pracy w instalacji gazu ziemnego. Odmienne paliwo wpływa też na nieco mniejsza sprawność w zakresie pracy kondensacyjnej, gdyż odprowadzane spaliny zawierają mniej pary wodnej.
Dodatkowymi zaletami instalacji na gaz płynny będą:
- możliwość wykorzystania jej do zasilania kuchenki do gotowania
- bezpieczeństwo energetyczne w razie awarii prądu
- możliwość łatwego przystosowania do zasilania gazem ziemnym, gdy rozbuduje się sieć gazowa
- praktycznie brak ograniczeń w rozbudowie instalacji przy zasilaniu dodatkowej powierzchni np. po adaptacji strychu
Porównanie kosztów ogrzewania - gaz płynny vs pompa ciepła powietrze-woda
Przyjmując założone roczne zapotrzebowanie na energię cieplną wysokości 10,5 MWh pozyskanie ciepła na takim poziomie za pomocą pompy ciepła to wydatek ok. 2500 zł, jeśli roczna efektywność energetyczna SCOP pompy wyniesie przynajmniej 3. Jednak przy gorszej ciepłochronności domu lub długotrwałym utrzymywaniu się bardzo niskich temperatur należy liczyc się ze znacznym wzrostem kosztów ogrzewanie nieproporcjonalnym do zwiększonego zapotrzebowania na ciepło.
Z kolei wydatki przy wykorzystanie gazu płynnego do ogrzewania uzależnione będą od np. terminu zakupu i aktualnych cen tego surowca na rynkach światowych. Istotne znaczenie ma również jakość dostarczonego paliwa, gdyż jego wartość energetyczna bywa zmienna.
Przyjmując wartość energetyczną propanu 24 MJ/litr i jego średnią cenę 1,8 zł/litr koszty całoroczne ogrzewania naszego przykładowego domu wyniosą ok. 2800 zł, przy sprawności kotła pracującego w trybie kondensacji. W konkluzji koszty ogrzewania w obu wersjach niewiele się różnią, a decyzję o wyborze określonego rozwiązania uzależnimy od innych cech tych sposobów pozyskania ciepła.
autor: Redakcja BudownicwaB2B
opracowanie: Aleksander Rembisz
zdjęcia: Bałtykgaz, ZMK SAS, Viessmann, Stiebel Eltron
film: Bałtykgaz
Komentarze