Przykłady realizacji pomp ciepła w budynkach nowych oraz modernizowanych, zarówno mieszkalnych jednorodzinnych, jak i biurowych czy też użyteczności publicznej. Przykłady pomp ciepła zastosowanych w budynkach potwierdzają, że w odpowiednio dobranym i wykonanym systemie grzewczym, pompy ciepła mogą osiągać efektywność deklarowaną w kartach katalogowych.
Przepływowe podgrzewacze wody nazwywane potocznie piecykami łazienkowymi lub termami stanowią popularne rozwiązanie w mieszkaniach. Należą do stosunkowo trwałych urządzeń, pracując często 20 i więcej lat. Jednak sprawność ich pracy oraz poziom bezpieczeństwa nie odpowiadają współczesnym wymaganiom.
Ogrzewanie podłogowe pozwala obniżyć temperaturę wody grzewczej i tym samym podwyższyć sprawność pracy kotła grzewczego lub pompy ciepła. Obniża to koszty ogrzewania domu o kilka, kilkanaście procent rocznie. Ogrzewanie podłogowe cechuje się także efektem samoregulacji wydajności cieplnej, a oddawanie ciepła odbywa się głównie poprzez promieniowanie cieplne. Poprzez to temperatura powietrza w pomieszczeniach może być niższa o 1-2 stopnie, a temperatura odczuwalna będzie taka jak przy tradycyjnym ogrzewaniu grzejnikowym.
Kotły dwufunkcyjne stanowią podstawowe rozwiązanie dla tzw. ogrzewania etażowego - w mieszkaniach, apartamentach i małych domach jednorodzinnych. Zapewniają wówczas zasilanie systemu centralnego ogrzewania, jak również dostarczania ciepłej wody użytkowej. W kotle dwufunkcyjnym woda użytkowa (CWU) jest podgrzewana w sposób przepływowy we wbudowanym płytowym wymienniku ciepła. Kotły dwufunkcyjne o zaawanowanej konstrukcji posiadają szereg funkcji zwiększających poziom komfortu ciepłej wody użytkowej.Poza podwyższaniem mocy grzewczej przez kocioł pracujący w trybie podgrzewania CWU, jest to np. tzw. funkcja ciepłego startu, polegająca na urzymywaniu dyżurnej temperatury wody w wymienniku ciepła. W ten sposób już od początku poboru ciepłej wody, jest ona dostępna jako podgrzana, zanim kocioł uzyska po starcie wymaganą temperaturę wody grzewczej. Wybór kotła - dwufunkcyjny lub jednofunkcyjny zależy nie tylko od ilości potrzebnej wody ale od liczby punktów poboru i jednocześności poboru wody. Dodatkowo jeśli w budynku jest przewidziana cyrkulacja ciepłej wody użytkowej, wybór powinien paść na kocioł jednofunkcyjny z odrębnym pojemnościowym podgrzewaczem CWU. Kotły dwufunkcyjne są także oferowane w wersji z zasobnikami warstwowymi, które mając pojemność rzędu 20 litrów, znacznie zwiększają poziom komfortu dla zwiększonych potrzeb wody użytkowej.
Najczęściej efektywność pompy ciepła jest opisywana przez wartości COP lub też SCOP, która odpowiednio przedstawiają efektywność chwilową oraz średnioroczną. Dla potencjalnego użytkownika najbardziej interesujące są jednak przewidywane koszty eksploatacyjne pompy ciepła. Ich nieznajomość może być przeszkodą w podjęciu decyzji o zakupie pompy ciepła, tym bardziej, że energia elektryczna należy do najdroższych nośników wykorzystywanych do ogrzewania domu, bądź podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Szereg czynników wpływa na zużycie energii elektrycznej. Są to zarówno czynniki jakie należy braż pod uwagę na etapie projektowania systemu grzewczego z pompą ciepła, jak i czynniki, które są możliwe do uwzględniania podczas bieżącej eksploatacji pompy ciepła.
Nowe warunki techniczne WT 2017 wymagają od projektanta budynku zastosowania określonych standardów izolacji cieplnej przegród, a także zastosowanie odpowiednio efektywnych energetycznie systemów grzewczych. Spełnienie wymagań WT 2017 jest utrudnione przy zastosowaniu kotłów grzewczych. Spełnienie warunków WT 2017 jest stosunkowo łatwe do osiągnięcia przy wysokim udziale energii odnawialnej w bilansie energetycznym budynku
Dobór kolektorów słonecznych w małej instalacji solarnej opiera się o wskaźniki i nomogramy. W zależności od zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową i ilości osób, możliwe jest dobranie odpowiedniej powierzchni kolektorów słonecznych i pojemności podgrzewacza ciepłej wody użytkowej. Te dwa podstawowe elementy instalacji solarnej w znaczącym stopniu odpowiadają za efekty pracy wyrażane m.in przez roczny stopień pokrycia potrzeb ciepła dla podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Podgrzewacze biwalentne umożliwiają współpracę instalacji solarnej i kotła. Ich dobór uwględnia zarówno potrzeby wody użytkowej, jak i powierzchnię kolektorów słonecznych.
Technika kondensacyjna to najbardziej zaawansowana technika spalania paliw połączona z odzyskiwaniem ciepła zawartego w parze wodnej. Wcześniej ciepło zawarte w parze wodnej nie było odzyskiwane, gdyż konstrukcja kotłów nie była przystosowana do osiągania tak niskich temperatur pracy, skraplania pary wodnej i nie posiadała odporności na działanie skroplin (kondensatu) o lekko kwaśnym odczynie pH.
Pompa ciepła w zależności od rodzaju budynku, systemu grzewczego i zakładanych kosztów inwestycji, może pracować samodzielnie lub w połączeniu z kotłem grzewczym. Rozróżnia się 4 tryby pracy pompy: monowalentny, monoenergetyczny, biwalentny równoległy i biwalentny alternatywny.
Przepływowe podgrzewacze wody nazwywane potocznie piecykami łazienkowymi lub termami stanowią popularne rozwiązanie w mieszkaniach. Należą do stosunkowo trwałych urządzeń, pracując często 20 i więcej lat. Jednak sprawność ich pracy oraz poziom bezpieczeństwa nie odpowiadają współczesnym wymaganiom.
Ogrzewanie podłogowe pozwala obniżyć temperaturę wody grzewczej i tym samym podwyższyć sprawność pracy kotła grzewczego lub pompy ciepła. Obniża to koszty ogrzewania domu o kilka, kilkanaście procent rocznie. Ogrzewanie podłogowe cechuje się także efektem samoregulacji wydajności cieplnej, a oddawanie ciepła odbywa się głównie poprzez promieniowanie cieplne. Poprzez to temperatura powietrza w pomieszczeniach może być niższa o 1-2 stopnie, a temperatura odczuwalna będzie taka jak przy tradycyjnym ogrzewaniu grzejnikowym.
Kotły dwufunkcyjne stanowią podstawowe rozwiązanie dla tzw. ogrzewania etażowego - w mieszkaniach, apartamentach i małych domach jednorodzinnych. Zapewniają wówczas zasilanie systemu centralnego ogrzewania, jak również dostarczania ciepłej wody użytkowej. W kotle dwufunkcyjnym woda użytkowa (CWU) jest podgrzewana w sposób przepływowy we wbudowanym płytowym wymienniku ciepła. Kotły dwufunkcyjne o zaawanowanej konstrukcji posiadają szereg funkcji zwiększających poziom komfortu ciepłej wody użytkowej.Poza podwyższaniem mocy grzewczej przez kocioł pracujący w trybie podgrzewania CWU, jest to np. tzw. funkcja ciepłego startu, polegająca na urzymywaniu dyżurnej temperatury wody w wymienniku ciepła. W ten sposób już od początku poboru ciepłej wody, jest ona dostępna jako podgrzana, zanim kocioł uzyska po starcie wymaganą temperaturę wody grzewczej. Wybór kotła - dwufunkcyjny lub jednofunkcyjny zależy nie tylko od ilości potrzebnej wody ale od liczby punktów poboru i jednocześności poboru wody. Dodatkowo jeśli w budynku jest przewidziana cyrkulacja ciepłej wody użytkowej, wybór powinien paść na kocioł jednofunkcyjny z odrębnym pojemnościowym podgrzewaczem CWU. Kotły dwufunkcyjne są także oferowane w wersji z zasobnikami warstwowymi, które mając pojemność rzędu 20 litrów, znacznie zwiększają poziom komfortu dla zwiększonych potrzeb wody użytkowej.
Najczęściej efektywność pompy ciepła jest opisywana przez wartości COP lub też SCOP, która odpowiednio przedstawiają efektywność chwilową oraz średnioroczną. Dla potencjalnego użytkownika najbardziej interesujące są jednak przewidywane koszty eksploatacyjne pompy ciepła. Ich nieznajomość może być przeszkodą w podjęciu decyzji o zakupie pompy ciepła, tym bardziej, że energia elektryczna należy do najdroższych nośników wykorzystywanych do ogrzewania domu, bądź podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Szereg czynników wpływa na zużycie energii elektrycznej. Są to zarówno czynniki jakie należy braż pod uwagę na etapie projektowania systemu grzewczego z pompą ciepła, jak i czynniki, które są możliwe do uwzględniania podczas bieżącej eksploatacji pompy ciepła.
Nowe warunki techniczne WT 2017 wymagają od projektanta budynku zastosowania określonych standardów izolacji cieplnej przegród, a także zastosowanie odpowiednio efektywnych energetycznie systemów grzewczych. Spełnienie wymagań WT 2017 jest utrudnione przy zastosowaniu kotłów grzewczych. Spełnienie warunków WT 2017 jest stosunkowo łatwe do osiągnięcia przy wysokim udziale energii odnawialnej w bilansie energetycznym budynku
Dobór kolektorów słonecznych w małej instalacji solarnej opiera się o wskaźniki i nomogramy. W zależności od zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową i ilości osób, możliwe jest dobranie odpowiedniej powierzchni kolektorów słonecznych i pojemności podgrzewacza ciepłej wody użytkowej. Te dwa podstawowe elementy instalacji solarnej w znaczącym stopniu odpowiadają za efekty pracy wyrażane m.in przez roczny stopień pokrycia potrzeb ciepła dla podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Podgrzewacze biwalentne umożliwiają współpracę instalacji solarnej i kotła. Ich dobór uwględnia zarówno potrzeby wody użytkowej, jak i powierzchnię kolektorów słonecznych.
Technika kondensacyjna to najbardziej zaawansowana technika spalania paliw połączona z odzyskiwaniem ciepła zawartego w parze wodnej. Wcześniej ciepło zawarte w parze wodnej nie było odzyskiwane, gdyż konstrukcja kotłów nie była przystosowana do osiągania tak niskich temperatur pracy, skraplania pary wodnej i nie posiadała odporności na działanie skroplin (kondensatu) o lekko kwaśnym odczynie pH.
Pompa ciepła w zależności od rodzaju budynku, systemu grzewczego i zakładanych kosztów inwestycji, może pracować samodzielnie lub w połączeniu z kotłem grzewczym. Rozróżnia się 4 tryby pracy pompy: monowalentny, monoenergetyczny, biwalentny równoległy i biwalentny alternatywny.
Kocioł gazowy i instalacja solarna to doskonałe połączenie wysokiej efektywności energetycznej gazowej techniki kondensacyjnej oraz najczystszej energii promieniowania słonecznego przetwarzanej bezpośrednio na ciepło. Zastosowanie kolektorów słonecznych jest możliwe nie tylko dla podgrzewania ciepłej wody użytkowej, ale również dla wspomagania ogrzewania budynku. Współpraca kotła gazowego z instalacją solarną umożliwia podwyższenie klasy efektywności energetycznej na przykład z klasy A na A+, co stanowi przyszłościowe rozwiązanie wobec przewidywanego zaostrzania standardów energetycznych dla systemów ogrzewania budynków i podgrzewania wody użytkowej. Współpraca kotła gazowego z kolektorami słonecznymi jest szczególnie wygodna dzięki oferowanym kompaktowym centralom grzewczym składającym się z modułu gazowego kotła kondensacyjnego, zasobnika solarnego wody użytkowej i odprzętu wymaganego dla funkcjonowania instalacji solarnej.
Sprawność kotła kondensacyjnego zależy od bardzo wielu czynników, jak np. typu wymiennika ciepła, rodzaju sterownika kotła - pogodowy, pokojowy, a także od budowy palnika i jego działania dostosowującego wydajność do potrzeb cieplnych. Należy także zwrócić uwagę czy sprawność kotła kondensacyjnego jest określana w odniesieniu do wartości opałowej paliwa czy do jego ciepła spalania. Stanowi to jedynie różnicę merytoryczną, koszty ogrzewania domu pozostaną tutaj jednakowe. Niezależnie od tego jak będzie określona sprawność kotła, podstawą jego działania pozostaje kondensacja pary wodnej i skraplanie pary wodnej zawartej w spalinach. Ciepło odzyskiwane z pary wodnej zostanie wykorzystane - oddane do wody grzewczej. Od czego zależy sprawność kotła kondensacyjnego? Od jego budowy, warunków pracy (temperatury wody grzewczej). Wpływa na to rodzaj systemu grzewczego, sterownika instalacji i inne elementy systemu grzewczego.
Chłodzenie naturalne nazywane także pasywnym, wykorzystuje chłód gruntu lub wody do obniżania temperatury pomieszczeń w budynkach mieszkalnych, a także użytkowych. To najtańsza metoda schładzania, nie wymagająca pracy sprężarki w obiegu chłodniczym pompy ciepła. Dodatkowo naturalne chłodzenie korzystnie wpływa na regenerację dolnego źródła ciepła, odciążając je od pracy w sezonie letnim.
Pompa ciepła korzystająca z gruntu jako dolnego źródła ciepła, powoduje obniżanie jej temperatury. Szczególnie długi zimny sezon grzewczy, a także początek użytkowania nowego domu, może powodować wydłużenie pracy pompy ciepła i nadmierne schłodzenie dolnego ciepła. Aby doszło to jego pełnej tzw. regeneracji cieplnej, muszą występować korzystne warunki eksploatacyjne. Przede wszystkim należy prawidłowo dobrać dolne źródło ciepła. Dodatkowo regenerację cieplną wspomaga chłodzenie pasywne budynku i wyłączenie pompy ciepła z pracy poza sezonem grzewczym wskutek podgrzewania wody użytkowej np. przez instalację solarną.
Pompy ciepła pozwalają najczęściej na osiąganie temperatury wody grzewczej rzędu 50-55 st.C. W budynkach nowych jest to zwykle wystarczające dla samodzielnej pracy, szczególnie przy współpracy z systemem ogrzewania podłogowego. Jednak w budynkach modernizowanych pompa ciepła będzie musiała współpracować z konwencjonalnym źródłem ciepła, w tzw. układzie hybrydowym. Rozwiązaniem, które może pozwolić na samodzielną pracę pompy ciepła w budynku modernizowanym, jest pompa ciepła wysokotemperaturowa, gdzie temperatura zasilania może wynosić nawet 65 stopni, aż do temperatury powietrza -15 stopni na zewnątrz. Wymaga to zastosowania sprężarki o specjalnej konstrukcji. Sprężarka z tzw. cyklem EVI, albo nazywana sprężarką z technologią Scroll EVI pozwala zwiększyć ciśnienie skraplania i ilość czynnika chłodniczego w skraplaczu. Dzięki temu woda grzewcza zwiększa temperaturę do maksymalnie 65 stopni.
Efektywność pompy ciepła jest zależna od szeregu czynników związanych z budową, zastosowanymi komponentami, a także projektem całego systemu. Pompy ciepła flexoTHERM i flexoCOMPACT produkowane przez firmę Vaillant cechują się zastosowaniem glikolu w obiegu pomiędzy jednostką zewnętrzną, a wewnętrzną. W porównaniu do standardowych pomp ciepła typu Split, gdzie w układzie krąży czynnik ziębniczy, takie rozwiązanie cechuje się nie tylko wygodą montażu (brak ingerencji w układ chłodniczy pompy ciepła), ale także zwiększoną efektywnością dzięki m.in. wyeliminowaniu strat ciepła z obiegu czynnika i strat energii na wydłużone cykle rozmrażania wymiennika powietrza i podgrzewania oleju przy rozruchu sprężarki.
Jakich efektów można się spodziewać z zastosowania kolektorów słonecznych? Czy tylko należy zwracać uwagę na oszczędności w czasie, czy też raczej na efektywność pracy? Jakie kompromisy występują w doborze wielkości instalacji solarnej?
Wymiana kotła węglowego lub pieca węglowego (np. kaflowego, kuchennego) staje się często koniecznością w ramach programów ograniczenia niskiej emisji (PONE). Nowoczesne kotły gazowe kondensacyjne zapewniają korzystne koszty eksploatacji, wysoki poziome bezpieczeństwa, Wymagania dla ich zabodowy są minimalne, głównie dzięki pracy niezależnej od powietrza wewnętrznego (zamknięta komora spalania). z uwagi na złą jakość powietrza w wielu miastach Polski, często praktykowane są dotacje na wymianę kotła, pieca... Dotacja może wynosić nawet 50 do 100% kosztów inwestycji - wymiany kotła węglowego na gazowy. Dobre efekty uzyskuje się przy współpracy kotła gazowego z instalacją solarną. Sprawność kotła gazowego także poza sezonem grzewczym pozostaje wysoka, podczas gdy sprawność kotła węglowego znacznie się obniża. Powodem jest jego duża pojemność wodna i masa własna, a więc wysokie straty rozruchowe i postojowe w trybie pozagrzewczym - pracy wyłącznie na potrzeby podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Zastosowanie gazowych kotłów kondensacyjnych będzie po roku 2015 stopniowo stawało się obowiązkowe, ze względu na wprowadzanie w krajach UE klasyfikacji efektywności energetycznej. Już obecnie w niektórych krajach, zastosowanie znajdują wyłącznie kotły kondensacyjne (a nie stało- czy niskotemperaturowe).
Pompa ciepła korzysta z ciepła otoczenia, jakim może być grunt, woda lub powietrze. Od wyboru dolnego źródła ciepła, zależą koszty inwestycji oraz eksploatacji. Dodatkowo wybór dolnego źródła może być podstawą do wyboru dodatkowych opcji, jak np. chłodzenie naturalne z wykorzystaniem chłodu gruntu lub wody.
Pompa ciepła z kolektorami słonecznymi stanowi wysokoefektywne rozwiązanie grzewcze. Wspomaganie pracy pompy ciepła może dotyczyć zarówno obiego pierwotnego, jak i wtórnego. Kolektory słoneczne w obiegu wtórnym bezpośrednio wspomagają podgrzewanie wody użytkowej a także ogrzewanie budynku. Możliwe jest to poprzez podłączenie instalacji solarnej i pompy ciepła do podgrzewacza biwalentnego c.w.u. lub podgrzewacza uniwersalnego (typu kombi). Praca kolektorów słonecznych skraca czas eksploatacji pompy ciepła co obniża zużycie energii elektrycznej, a także sprzyja tzw. regeneracji termicznej dolnego źródła ciepła poza sezonem grzewczym (dotyczy sond gruntowych lub kolektora gruntowego)
Koszty podgrzewania ciepłej wody użytkowej należą do najwyższych wydatków w budżecie domowym. Nie są one zależne od charakterystki energetycznej budynku, a jedynie od oczekiwań mieszkańców i technicznych cech systemu podgrzewania wody. Sprawność podgrzewania wody użytkowej może być niższa niż w trybie ogrzewania budynku, co tak ze należy uwzględnić w toku obliczeń ekonomicznych.
Dobór mocy grzewczej kotła do budynku powinien być poprzedzony szczegółowymi obliczeniami projektowymi w ramach których określa się zapotrzebowanie ciepła dla ogrzewania, a także uwzględnia wymagania dla podgrzewania ciepłej wody użytkowej. W przypadku nowych budynków taki projekt często jest wykonywany w ramach jego dokumentacji projektowej, jednak dla istniejących budynków może być to problematyczne. Dlatego też stosuje się w praktyce różnego rodzaju metody wskaźnikowe pozwalające na szybki dobór mocy kotła np. w stosunku do powierzchni lub kubatury domu.
Wymiana systemu ogrzewania lub jego modernizacja wymaga dokonania przeglądu całości jego elementów. Poza samym kotłem na koszty eksploatacyjne i awaryjność wpływ odgrywa m.in. sposób podgrzewania ciepłej wody użytkowej, rodzaj automatyki, czy też typ pompy obiegowej.
W wielu krajach europejskich można spotkać praktyczne doświadczenia użytkowników ponad 20-letnich pomp ciepła. Mogą one potwiedzić efektywność rozwiązania, ale przede wszystkim trwałość i niezawodność. Prawidłowo dobrane i wykonane sondy pionowe cechuję się dłuższą trwałością niż same pompy ciepła. Często wymiana pompy ciepła na nową wynika z chęci podniesienia poziomu komfortu obsługi i efektywności pracy, a także konieczości wymiany czynnika chłodniczego na dopuszczone obecnie neutralne dla środowiska naturalnego.
Błędy przy doborze i montażu pomp ciepła nie są statystycznie znaczne (przynajmniej na monitorowanym rynku szwajcarskim). Mogą mieć one jednak bardzo negatywny wpływ na trwałość pompy ciepła, jej efektywność oraz wygodę użytkowania. Większość błędów ma swoje źródło w nieprawidłowych założeniach dla doboru pompy ciepła, co objawiać się może np. przewymiarowaniem mocy grzewczej, albo też zaniżeniem rozmiaru dolnego źródła ciepła (np. sond pionowych).
Kominek stanowi częste wyposażenie domów jednorodzinnych, ale przypisuje się mu różną rolę. W niektórych przypadkach jest podstawowym źródłem ciepła, co spotykane jest częściej w przypadku kominków z płaszczem wodnym, gdy mieszkańcy przebywają długi czas w domu. Częściej jednak kominek jest dodatkowym źródłem ciepła wspomagającym pracę systemu grzewczego. Wsparcie pracy systemu grzewczego może być albo bezpośrednie (podłączenie kominka do obiegu wody grzewczej). albo pośrednie, gdy kominek oddaje ciepło do pomieszczenia przez nawiew powietrza lub promieniowanie cieplne, a automatyka systemu grzewczego rejestruje "zyski ciepła" i zmniejsza wydajność grzewczą systemu - np. grzejników w pomieszczeniu z kominkiem itp. Przy współpracy kominka z pompą ciepła warto wiedzieć przy jakich temperaturach zewnętrznych warto z ekonomicznego punktu widzenia uruchamiać kominek, a kiedy jest to nieopłacalne. Zastosowanie kominka z płaszczem wodnym do współpracy z pompą ciepła może wymagać zastosowania zbiornika buforowego dla akumulacji ciepła i elastycznej współpracy różnych źródeł ciepła w jednym systemie grzewczym budynku.
Porównanie systemu ogrzewania hybrydowego z gazowym wskazuje na zwiększony poziom komfortu, bezpieczeństwa i niższe koszty eksploatacyjne. Warunki techniczne WT 2017 dla nowych budynków określają maksymalny poziom zużycia energii pierwotnej. W przypadku kotła gazowego jest to albo niemożliwe, albo trudne. Konieczne jest zwiększenie udziału energii odnawialnej w bilansie domu. Pozwala na to zastosowanie kolektorów słonecznych bądź też pompy ciepła wody użytkowej lub do ogrzewania budynku (a zatem układ hybrydowy).
Regulacja wydajności grzewczej systemu ogrzewania budynku odbywa się w nowoczesnych rozwiązaniach za pomocą regulatora pogodowego w oparciu o krzywą grzewczą. To charakterystyka opisująca zależność temperatury zasilania instalacji grzewczej od temperatury na zewnętrz budynku.
Odwierty dla pomp ciepła, czyli sondy gruntowe, określane inaczej pionowymi, stanowią atrakcyjne pod względem technicznym tzw. dolne źródło ciepła dla pompy ciepła. Zapewnia wysoką stabilność temperatury w całym okresie eksploatacji i tym samym wysokie współczynniki efektywności pompy ciepła. W okresie letnim, sondy gruntowe dostarczać mogą naturalny chłód dla pompy ciepła z opcją naturalnego chłodzenia budynku.
Inteligenente sieci elektroenergetyczne nazywane Smart Grid pozwalają na dwustronną współpracę producentów energii elektrycznej i jej odbiorców. Dzięki temu tzw. duża energetyka może optymalizować swoją produkcję i dystrybucję energii, co jest ważne ze względu na bardzo krótkie czasy występowania zwiększonych potrzeb energii (peak). Wpływając na lokalnych odbiorców energii elektrycznej, można ograniczać zużycie energii w godzinach szczytu i zarazem zachęcać lub wręcz wymuszać korzystanie z energii w okresie występowania jej nadmiaru w sieci. Do tego idealnie nadają się pompy ciepła, przy czym muszą być wykonane w standardzie "SG-Ready" czyli być gotowe do współpracy z siecią Smart Grid. Standard "SG-Ready" oznacza, że pompa ciepła może reagować na sygnały wysyłane przez operatora sieci (OSD) i wchodzić w jeden z trybów pracy - blokowania pracy lub jej wymuszania.
Chłodzenie domu wymaga może wymagać znacznych nakładów energii, a zapewnienie odpowiedniego poziomu komfortu w okresie letnim jest trudniejsze niż w okresie grzewczym. Chłodzenie budynku wykonanego w standardzie WT 2017 wymaga starannego projektu i wyboru efektywnego rozwiązania. Najbardziej dogodnym rozwiązaniem jest zastosowanie pompy ciepła szczególnie w wariancie pracy chłodzenia pasywnego.
Kocioł gazowy i instalacja solarna to doskonałe połączenie wysokiej efektywności energetycznej gazowej techniki kondensacyjnej oraz najczystszej energii promieniowania słonecznego przetwarzanej bezpośrednio na ciepło. Zastosowanie kolektorów słonecznych jest możliwe nie tylko dla podgrzewania ciepłej wody użytkowej, ale również dla wspomagania ogrzewania budynku. Współpraca kotła gazowego z instalacją solarną umożliwia podwyższenie klasy efektywności energetycznej na przykład z klasy A na A+, co stanowi przyszłościowe rozwiązanie wobec przewidywanego zaostrzania standardów energetycznych dla systemów ogrzewania budynków i podgrzewania wody użytkowej. Współpraca kotła gazowego z kolektorami słonecznymi jest szczególnie wygodna dzięki oferowanym kompaktowym centralom grzewczym składającym się z modułu gazowego kotła kondensacyjnego, zasobnika solarnego wody użytkowej i odprzętu wymaganego dla funkcjonowania instalacji solarnej.
Sprawność kotła kondensacyjnego zależy od bardzo wielu czynników, jak np. typu wymiennika ciepła, rodzaju sterownika kotła - pogodowy, pokojowy, a także od budowy palnika i jego działania dostosowującego wydajność do potrzeb cieplnych. Należy także zwrócić uwagę czy sprawność kotła kondensacyjnego jest określana w odniesieniu do wartości opałowej paliwa czy do jego ciepła spalania. Stanowi to jedynie różnicę merytoryczną, koszty ogrzewania domu pozostaną tutaj jednakowe. Niezależnie od tego jak będzie określona sprawność kotła, podstawą jego działania pozostaje kondensacja pary wodnej i skraplanie pary wodnej zawartej w spalinach. Ciepło odzyskiwane z pary wodnej zostanie wykorzystane - oddane do wody grzewczej. Od czego zależy sprawność kotła kondensacyjnego? Od jego budowy, warunków pracy (temperatury wody grzewczej). Wpływa na to rodzaj systemu grzewczego, sterownika instalacji i inne elementy systemu grzewczego.
Chłodzenie naturalne nazywane także pasywnym, wykorzystuje chłód gruntu lub wody do obniżania temperatury pomieszczeń w budynkach mieszkalnych, a także użytkowych. To najtańsza metoda schładzania, nie wymagająca pracy sprężarki w obiegu chłodniczym pompy ciepła. Dodatkowo naturalne chłodzenie korzystnie wpływa na regenerację dolnego źródła ciepła, odciążając je od pracy w sezonie letnim.
Pompa ciepła korzystająca z gruntu jako dolnego źródła ciepła, powoduje obniżanie jej temperatury. Szczególnie długi zimny sezon grzewczy, a także początek użytkowania nowego domu, może powodować wydłużenie pracy pompy ciepła i nadmierne schłodzenie dolnego ciepła. Aby doszło to jego pełnej tzw. regeneracji cieplnej, muszą występować korzystne warunki eksploatacyjne. Przede wszystkim należy prawidłowo dobrać dolne źródło ciepła. Dodatkowo regenerację cieplną wspomaga chłodzenie pasywne budynku i wyłączenie pompy ciepła z pracy poza sezonem grzewczym wskutek podgrzewania wody użytkowej np. przez instalację solarną.
Pompy ciepła pozwalają najczęściej na osiąganie temperatury wody grzewczej rzędu 50-55 st.C. W budynkach nowych jest to zwykle wystarczające dla samodzielnej pracy, szczególnie przy współpracy z systemem ogrzewania podłogowego. Jednak w budynkach modernizowanych pompa ciepła będzie musiała współpracować z konwencjonalnym źródłem ciepła, w tzw. układzie hybrydowym. Rozwiązaniem, które może pozwolić na samodzielną pracę pompy ciepła w budynku modernizowanym, jest pompa ciepła wysokotemperaturowa, gdzie temperatura zasilania może wynosić nawet 65 stopni, aż do temperatury powietrza -15 stopni na zewnątrz. Wymaga to zastosowania sprężarki o specjalnej konstrukcji. Sprężarka z tzw. cyklem EVI, albo nazywana sprężarką z technologią Scroll EVI pozwala zwiększyć ciśnienie skraplania i ilość czynnika chłodniczego w skraplaczu. Dzięki temu woda grzewcza zwiększa temperaturę do maksymalnie 65 stopni.
Efektywność pompy ciepła jest zależna od szeregu czynników związanych z budową, zastosowanymi komponentami, a także projektem całego systemu. Pompy ciepła flexoTHERM i flexoCOMPACT produkowane przez firmę Vaillant cechują się zastosowaniem glikolu w obiegu pomiędzy jednostką zewnętrzną, a wewnętrzną. W porównaniu do standardowych pomp ciepła typu Split, gdzie w układzie krąży czynnik ziębniczy, takie rozwiązanie cechuje się nie tylko wygodą montażu (brak ingerencji w układ chłodniczy pompy ciepła), ale także zwiększoną efektywnością dzięki m.in. wyeliminowaniu strat ciepła z obiegu czynnika i strat energii na wydłużone cykle rozmrażania wymiennika powietrza i podgrzewania oleju przy rozruchu sprężarki.
Jakich efektów można się spodziewać z zastosowania kolektorów słonecznych? Czy tylko należy zwracać uwagę na oszczędności w czasie, czy też raczej na efektywność pracy? Jakie kompromisy występują w doborze wielkości instalacji solarnej?
Wymiana kotła węglowego lub pieca węglowego (np. kaflowego, kuchennego) staje się często koniecznością w ramach programów ograniczenia niskiej emisji (PONE). Nowoczesne kotły gazowe kondensacyjne zapewniają korzystne koszty eksploatacji, wysoki poziome bezpieczeństwa, Wymagania dla ich zabodowy są minimalne, głównie dzięki pracy niezależnej od powietrza wewnętrznego (zamknięta komora spalania). z uwagi na złą jakość powietrza w wielu miastach Polski, często praktykowane są dotacje na wymianę kotła, pieca... Dotacja może wynosić nawet 50 do 100% kosztów inwestycji - wymiany kotła węglowego na gazowy. Dobre efekty uzyskuje się przy współpracy kotła gazowego z instalacją solarną. Sprawność kotła gazowego także poza sezonem grzewczym pozostaje wysoka, podczas gdy sprawność kotła węglowego znacznie się obniża. Powodem jest jego duża pojemność wodna i masa własna, a więc wysokie straty rozruchowe i postojowe w trybie pozagrzewczym - pracy wyłącznie na potrzeby podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Zastosowanie gazowych kotłów kondensacyjnych będzie po roku 2015 stopniowo stawało się obowiązkowe, ze względu na wprowadzanie w krajach UE klasyfikacji efektywności energetycznej. Już obecnie w niektórych krajach, zastosowanie znajdują wyłącznie kotły kondensacyjne (a nie stało- czy niskotemperaturowe).
Pompa ciepła korzysta z ciepła otoczenia, jakim może być grunt, woda lub powietrze. Od wyboru dolnego źródła ciepła, zależą koszty inwestycji oraz eksploatacji. Dodatkowo wybór dolnego źródła może być podstawą do wyboru dodatkowych opcji, jak np. chłodzenie naturalne z wykorzystaniem chłodu gruntu lub wody.
Pompa ciepła z kolektorami słonecznymi stanowi wysokoefektywne rozwiązanie grzewcze. Wspomaganie pracy pompy ciepła może dotyczyć zarówno obiego pierwotnego, jak i wtórnego. Kolektory słoneczne w obiegu wtórnym bezpośrednio wspomagają podgrzewanie wody użytkowej a także ogrzewanie budynku. Możliwe jest to poprzez podłączenie instalacji solarnej i pompy ciepła do podgrzewacza biwalentnego c.w.u. lub podgrzewacza uniwersalnego (typu kombi). Praca kolektorów słonecznych skraca czas eksploatacji pompy ciepła co obniża zużycie energii elektrycznej, a także sprzyja tzw. regeneracji termicznej dolnego źródła ciepła poza sezonem grzewczym (dotyczy sond gruntowych lub kolektora gruntowego)
Koszty podgrzewania ciepłej wody użytkowej należą do najwyższych wydatków w budżecie domowym. Nie są one zależne od charakterystki energetycznej budynku, a jedynie od oczekiwań mieszkańców i technicznych cech systemu podgrzewania wody. Sprawność podgrzewania wody użytkowej może być niższa niż w trybie ogrzewania budynku, co tak ze należy uwzględnić w toku obliczeń ekonomicznych.
Dobór mocy grzewczej kotła do budynku powinien być poprzedzony szczegółowymi obliczeniami projektowymi w ramach których określa się zapotrzebowanie ciepła dla ogrzewania, a także uwzględnia wymagania dla podgrzewania ciepłej wody użytkowej. W przypadku nowych budynków taki projekt często jest wykonywany w ramach jego dokumentacji projektowej, jednak dla istniejących budynków może być to problematyczne. Dlatego też stosuje się w praktyce różnego rodzaju metody wskaźnikowe pozwalające na szybki dobór mocy kotła np. w stosunku do powierzchni lub kubatury domu.
Wymiana systemu ogrzewania lub jego modernizacja wymaga dokonania przeglądu całości jego elementów. Poza samym kotłem na koszty eksploatacyjne i awaryjność wpływ odgrywa m.in. sposób podgrzewania ciepłej wody użytkowej, rodzaj automatyki, czy też typ pompy obiegowej.
W wielu krajach europejskich można spotkać praktyczne doświadczenia użytkowników ponad 20-letnich pomp ciepła. Mogą one potwiedzić efektywność rozwiązania, ale przede wszystkim trwałość i niezawodność. Prawidłowo dobrane i wykonane sondy pionowe cechuję się dłuższą trwałością niż same pompy ciepła. Często wymiana pompy ciepła na nową wynika z chęci podniesienia poziomu komfortu obsługi i efektywności pracy, a także konieczości wymiany czynnika chłodniczego na dopuszczone obecnie neutralne dla środowiska naturalnego.
Błędy przy doborze i montażu pomp ciepła nie są statystycznie znaczne (przynajmniej na monitorowanym rynku szwajcarskim). Mogą mieć one jednak bardzo negatywny wpływ na trwałość pompy ciepła, jej efektywność oraz wygodę użytkowania. Większość błędów ma swoje źródło w nieprawidłowych założeniach dla doboru pompy ciepła, co objawiać się może np. przewymiarowaniem mocy grzewczej, albo też zaniżeniem rozmiaru dolnego źródła ciepła (np. sond pionowych).
Kominek stanowi częste wyposażenie domów jednorodzinnych, ale przypisuje się mu różną rolę. W niektórych przypadkach jest podstawowym źródłem ciepła, co spotykane jest częściej w przypadku kominków z płaszczem wodnym, gdy mieszkańcy przebywają długi czas w domu. Częściej jednak kominek jest dodatkowym źródłem ciepła wspomagającym pracę systemu grzewczego. Wsparcie pracy systemu grzewczego może być albo bezpośrednie (podłączenie kominka do obiegu wody grzewczej). albo pośrednie, gdy kominek oddaje ciepło do pomieszczenia przez nawiew powietrza lub promieniowanie cieplne, a automatyka systemu grzewczego rejestruje "zyski ciepła" i zmniejsza wydajność grzewczą systemu - np. grzejników w pomieszczeniu z kominkiem itp. Przy współpracy kominka z pompą ciepła warto wiedzieć przy jakich temperaturach zewnętrznych warto z ekonomicznego punktu widzenia uruchamiać kominek, a kiedy jest to nieopłacalne. Zastosowanie kominka z płaszczem wodnym do współpracy z pompą ciepła może wymagać zastosowania zbiornika buforowego dla akumulacji ciepła i elastycznej współpracy różnych źródeł ciepła w jednym systemie grzewczym budynku.
Porównanie systemu ogrzewania hybrydowego z gazowym wskazuje na zwiększony poziom komfortu, bezpieczeństwa i niższe koszty eksploatacyjne. Warunki techniczne WT 2017 dla nowych budynków określają maksymalny poziom zużycia energii pierwotnej. W przypadku kotła gazowego jest to albo niemożliwe, albo trudne. Konieczne jest zwiększenie udziału energii odnawialnej w bilansie domu. Pozwala na to zastosowanie kolektorów słonecznych bądź też pompy ciepła wody użytkowej lub do ogrzewania budynku (a zatem układ hybrydowy).
Regulacja wydajności grzewczej systemu ogrzewania budynku odbywa się w nowoczesnych rozwiązaniach za pomocą regulatora pogodowego w oparciu o krzywą grzewczą. To charakterystyka opisująca zależność temperatury zasilania instalacji grzewczej od temperatury na zewnętrz budynku.
Odwierty dla pomp ciepła, czyli sondy gruntowe, określane inaczej pionowymi, stanowią atrakcyjne pod względem technicznym tzw. dolne źródło ciepła dla pompy ciepła. Zapewnia wysoką stabilność temperatury w całym okresie eksploatacji i tym samym wysokie współczynniki efektywności pompy ciepła. W okresie letnim, sondy gruntowe dostarczać mogą naturalny chłód dla pompy ciepła z opcją naturalnego chłodzenia budynku.
Inteligenente sieci elektroenergetyczne nazywane Smart Grid pozwalają na dwustronną współpracę producentów energii elektrycznej i jej odbiorców. Dzięki temu tzw. duża energetyka może optymalizować swoją produkcję i dystrybucję energii, co jest ważne ze względu na bardzo krótkie czasy występowania zwiększonych potrzeb energii (peak). Wpływając na lokalnych odbiorców energii elektrycznej, można ograniczać zużycie energii w godzinach szczytu i zarazem zachęcać lub wręcz wymuszać korzystanie z energii w okresie występowania jej nadmiaru w sieci. Do tego idealnie nadają się pompy ciepła, przy czym muszą być wykonane w standardzie "SG-Ready" czyli być gotowe do współpracy z siecią Smart Grid. Standard "SG-Ready" oznacza, że pompa ciepła może reagować na sygnały wysyłane przez operatora sieci (OSD) i wchodzić w jeden z trybów pracy - blokowania pracy lub jej wymuszania.
Chłodzenie domu wymaga może wymagać znacznych nakładów energii, a zapewnienie odpowiedniego poziomu komfortu w okresie letnim jest trudniejsze niż w okresie grzewczym. Chłodzenie budynku wykonanego w standardzie WT 2017 wymaga starannego projektu i wyboru efektywnego rozwiązania. Najbardziej dogodnym rozwiązaniem jest zastosowanie pompy ciepła szczególnie w wariancie pracy chłodzenia pasywnego.
Domy solarne stanowią nieco odmienne rozwiązanie od domów pasywnych. Korzystają w większym stopniu z energii słonecznej, pozyskiwanej nie tylko w sposób pasywny, ale także aktywny. Ciepło z kolektorów słonecznych gromadzone jest w zbiorniku buforowym dużej objętości wbudowanym w konstrukcję domu. Dom solarny z punktu widzenia globalnego obciąża w mniejszym stopniu środowisko naturalne, potrzebując około 5 razy mniej energii pierwotnej w porównaniu do domu pasywnego.
Modernizacja ogrzewania w bloku mieszkalnym może polegać na wymianie starych źródeł ciepła na nowe. Jeśli budynek wielorodzinny jest wyposażony w ogrzewanie etażowe mieszkań, możliwe jest zastąpienie kotłów dwufunkcyjnych przez nowe. Ze względów technicznych i ekonomicznych może być to utrudnione, jeśli uwzględni się potrzebę zastąpienia otwartej komory spalania przez zamkniętą komorę spalania.
Jakich kosztów ogrzewania można spodziewać się w domu ze starym kotłem gazowym i na jakie oszczędności można liczyć po jego wymianie? Ile można było zyskać na zastosowaniu kotła kondensacyjnego? Jaki może być okres zwrotu kosztów inwestycji? Jest to zależne od wielu czynników, m.in. ceny i taryfy zakupu gazu ziemnego, ale także realnej sprawności kotła kondensacyjnego.
Ogrzewanie hybrydowe to coraz częściej stosowane rozwiązanie szczególnie w budynkach modernizowanych. Pozwala na obniżenie kosztów ogrzewania domu i zwiększenie poziomu bezpieczeństwa mieszkaców domu. Nowoczesne hybrydowe systemy ogrzewania zwykle składają się z pompy ciepła typu powietrza/woda, która uzupełnia istniejący w budynku kocioł np. na gaz ziemny, gaz płynny, olej opałowy lub węgiel, czy drewno.
Temperatura biwalencyjna nazywana także punktem biwalencyjnym określa moment do którego pompa ciepła może samodzielnie pokrywać pełne potrzeby cieplne budynku. Zależy ona ściśle od mocu grzewczej pompy ciepła oraz parametrów systemu grzewczego - jego temperatur roboczych. Temperatura biwalencyjna dobierana jest także w zależności od podstawowego źródła ciepła - jego sprawności i kosztów wytworzenia ciepła.
Solarne wspomaganie ogrzewania domu pozwala zmniejszyć koszty ogrzewania domu i zapewnić 100-procentowe pokrycie potrzeb wody użytkowej poza sezonem grzewczym. Budowane również domy solarne pozwalają pokryć potrzeby ciepła od 50 do 100% rocznie. Standardowo pokrycie potrzeb ciepła w domach energooszczędnych zakłada się na poziomie 15 do 25%. Pozwala to ograniczyć przegrzewy w okresie letnim. Bardzo dobre rezultaty daje zastosowanie instalacji solarnych 3-systemowych, gdzie nadwyżka ciepła latem wykorzystana jest do podgrzewania wody basenowej w basenie sezonowym.
Pompa ciepła powietrze/woda stanowi coraz bardziej popularne rozwiązanie w budynkach poddawanych termomodernizacji. Pozwala na efektywną współpracę także z istniejącą instalacją grzejnikową. Kocioł grzewczy istniejący w budynku staje się drugim źródłem ciepła o charakterze szczytowym (praca przy niskich temperaturach zewnętrznych) oraz awaryjnym. Tym samym użytkownik zyskuje dodatkowe zalety ogrzewania hybrydowego. W wielu przypadkach możliwe jest wykorzystanie istniejących grzejników, gdyż obniżenie potrzeb cieplnych pomieszczeń pozwala na obniżenie temperatur roboczych systemu grzewczego z np. 75/65 oC na 55/45 oC. Stwarza to dogodne warunki pracy dla pompy ciepła, a także kotła kondensacyjnego.
Jednym z najpopularniejszych urządzen grzewczych jest kocioł gazowy. Jego zastosowanie w budynku o nowym standardzie WT 2017 wymaga jednak podjęcia dodatkowych kroków. Może być koniecznie uzupełnienie wyposażenia domu o wentylację mechaniczną z rekuperacją ciepła i/lub o instalację solarnę.
Stacja świeżej wody użytkowej stanowi rozwiązanie służące do wydajnego podgrzewania ciepłej wody użytkowej w małych obiektach, jak i dużych układach wody użytkowej. Pracuje w trybie przepływowym grzania wody użytkowej. Korzysta z ciepła gromadzonego w zbiorniku buforowym ciepła. Ciepło może być dostarczane przez różne źródła ciepła, a także instalację solarną.
Podgrzewanie ciepłej wody użytkowej i wspomaganie ogrzewania budynku jest możliwe dzięki zastosowaniu podgrzewacza uniwersalnego nazywanego także podgrzewaczem multiwalentym (dla współpracy kilku źródeł ciepła) lub podgrzewaczem typu kombi. Zapewnia on dwufunkcyjną pracę instalacji solarnej i dodatkowo pozwala łączyć w jednym układzie kilka źródeł ciepła, np. kocioł gazowy wiszący, kominek z płaszczem wodnym, kocioł na drewno, itd..
Koszty ogrzewania mieszkania zależą od jego usytuowania w budynku, standardu izolacji cieplnej budynku, a także od sposobu użytkowania. W przypadku indywidualnego ogrzewania, koszty zależą także od sprawności pracy kotła - najczęściej dwufunkcyjnego. Obniżenie kosztów ogrzewania mieszkania jest także możliwe przy odpowiednim jego wietrzeniu. Zwykle zastosowanie wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła jest w bloku mieszkalnym utrudnione lub niemożliwe. Można sprawdzić warunki zastosowania wentylacji zdecentralizowanej. Składa się ona z pojedynczych aparatów wentylacyjnych, nie wymagając prowadzenia kanałów powietrznych. Zmniejszenie kosztów ogrzewania mieszkania może być znaczne przy ograniczeniu niekontrolowanej wentylacji. Zwykle same straty ciepła przez jego przenikanie, są niewielkie, ponieważ mała jest powierzchnia ścian zewnętrznych mieszkania (w porównaniu do wolnostojących domów indywidualnych).
Koszty ogrzewania domu znacznie mogą obciążać budżet domowy. Dla nowych budynków możliwe jest stosowanie nowoczesnych rozwiązań kompleksowych - źródła ciepła i niskotemperaturowego systemu ogrzewania. Dla budynków starych należy zaplanować odpowiednią modernizację, w szczególności wymianę np. starego kotła grzewczego na nowy wysokosprawny kocioł kondensacyjny...
Kotły kondensacyjne uzyskują sprawności pracy powyżej 100% i jest to określane w warunkach znormalizowanych przy kilku obciążeniach cieplnych. W rzeczywistych warunkach pracy kotły kondensacyjne mogą uzyskiwać sprawności pracy deklarowane w ich danych technicznych, o ile warunki pracy będą korzystne. Oznacza to warunki pracy z niskimi temperaturami wody grzewczej, najlepiej w systemie ogrzewania podłogowego. Sprawność rzędu 108% określana jest w stosunku do wartości opałowej gazu ziemnego. W warunkach rzeczywistych pracy, sprawność kotłów jest zależna od wielu czynników, m.in. rodzaju regulatora, udziału ciepłej wody użytkowej w bilansie cieplnym budynku, itd.
Similar to Przykłady zastosowania pomp ciepła (20)
Termomodernizacja domu to szeroki zakres możliwych prac polegających na wymianie urządzeń lub poprawie ich stanu. Dzięki temu możliwe jest obniżenie zużycia ciepła, a także emisji zanieczyszczeń. Oszczędności z termomodernizacji można uzyskać już przy podjęciu stosunkowo prostych i tanich prac. Może być poprawa izolacji cieplnej urządzeń, armatury i rur, czy też modyfikacja nastaw regulatorów źródła ciepła, albo systemu grzewczego.
Pompy ciepła powietrze/woda zdominowały wiele rynków z racji nowoczesnych efektywnych rozwiązań dostępnych w korzystnej cenie. Porównanie współczynników COP pokazuje wyraźnie wzrost efektywności pomp ciepła powietrze/woda w ostatnich latach. Budowa pompy ciepła opiera się obecnie coraz częściej o zastosowanie sprężarki inwerterowej. Pozwala ona na płynną regulację mocy od bardzo małych wartości. Jest to z kolei niezbędne dla stosowania pomp ciepła w niewielkich domach budowanych wg najwyższych standardów energetycznej, np. WT 2021.
Nie zawsze właściciel domu zdaje sobie sprawę dla jakich potrzeb ma być dobrana instalacja fotowoltaiczna i jak ma być duża. Należy ocenić zużycie energii elektrycznej dla poszczególnych potrzeb, dobrać wielkość instalacji pv i w końcu ocenić czy dobrana liczba paneli może się zmieścić na dostępnej powierzchni dachu. Dobór instalacji PV będzie zależał od potrzeb energii, na ile są one sezonowe, czy dzienne. Im więcej energii nie będzie magazynowanej, a zużywanej na miejscu w domu, tym większa będzie opłacalność inwestycji.
Pompy ciepła powietrze/woda zdominowały w ostatnim czasie rynek. Powodem jest znaczący rozwój technologiczny i możliwość samodzielnej pracy tych urządzeń. W nowych energooszczędnych domach nie wymagają one stosowania dodatkowego kotła grzewczego. Dzięki sprężarkom inwerterowym potrafią płynnie regulować moc grzewczą, dopasowując się do potrzeb grzewczych budynków. Upraszcza to schemat systemu grzewczego (brak zbiornika buforowego). Montaż pomp ciepła powietrze/woda jest znacznie łatwiejszy niż pomp typu solanka/woda. Nie wykonuje się tutaj prac ziemnych jak np dla sond gruntowych. Pomimo tego zdarzają się błędy montażowe wynikające głównie z rutynowego prowadzenia prac przez początkujących instalatorów.
Połączenie pompy ciepła z instalacją fotowoltaiczną niesie ze sobą szereg korzyści. Samo urządzenie cechuje się wysoką efektywnością energetyczną i dzięki temu wyjątkowo niskimi kosztami eksploatacji. Jeżeli do tego uwzględni się zasilanie pompy ciepła energią elektryczną z własnej instalacji PV, to koszty jej pracy mogą być bliskie zeru. To znaczy, że do opłacenia pozostają koszty stałe (około 250 zł/rok). Należy jednak starannie dobrać moc instalacji fotowoltaicznej dla pompy ciepła, ale także dla innych potrzeb budynku o ile powalają na to warunki zabudowy paneli fotowoltaicznych.
Zwykle pompa ciepła typu powietrze/woda widziana jest przy budynku. Jest to obecnie traktowane jako standardowe rozwiązanie. Sprzyja temu niski poziom głośności współczesnych pomp ciepła, a także względy praktyczne. Łatwe jest prowadzenie prac montażowych oraz serwisowych. Jednak nadal są sytuacje, gdy dach budynku stanowi korzystne, a czasem jedyne miejsce dla zabudowy pompy ciepła. Przykładem jest gęsta zabudowa budynków i małe powierzchnie działek. Również względy estetyczne jak dla np. budynków zabytkowych mogą decydować o potrzebie montażu pompy ciepła na dachu.
Zastosowanie pompy ciepła w miejsce kotła węglowego pozwala zdecydowanie obniżyć emisje zanieczyszczeń i uzyskać korzystny efekt ekologiczny. W miejscu zainstalowania pompa ciepła jest całkowicie bezemisyjnym źródłem ciepła. W skali globalnej praca pompy ciepła wiąże się z emisją zanieczyszczeń przy wytwarzaniu energii elektrycznej. Jednak spalanie węgla w elektrowni lub elektrociepłowni odbywa się przy zdecydowanie niższej emisji zanieczyszczeń niż przy spalaniu węgla w kotle małej mocy. Redukcja emisji zanieczyszczeń sięga nawet 99%.
Ograniczanie skutków wzrostu cen paliw i energii jest możliwe na wiele sposobów. Do bardziej złożonych należy wymiana źródła ciepła na bardziej efektywne. A w przypadku nowych domów, wybór wysoko sprawnych źródeł ciepła, Szybki efekt daje zmiana taryfy z 1- na 2-strefową, np. G12w. Duży potencjał leży także w tzw. sterowaniu inteligentnym domu.
Nowoczesny standard komunikacji EEBus pozwala na współpracę urządzeń wielu producentów w ramach np. tzw. domu inteligentnego (Smart Home). Potrzeba stosowania takich rozwiązań zachodzi szczególnie przy współpracy źródeł energii elektrycznej (jak np. instalacja fotowoltaiczna) oraz odbiorników energii jakim jest tu w szczególności pompa ciepła. Standard EEBus jest otwarty dla wszystkich zainteresowanych. Pozwala to integrować szereg urządzeń domowych w jednym systemie. Celem jest zwiększenie komfortu, efektywności energetycznej i optymalne wykorzystanie dostępnej w domu energii elektrycznej.
Coraz wyższe wymagania w budownictwie pod względem efektywności energetycznej, a także komfortu użytkowania, stawiają nowe wyzwania przed architektami oraz projektantami. Z jednej strony w nowych budynkach dąży się do zmniejszania powierzchni "niemieszkalnych", a drugiej wymaga stosowania często złożonych systemów ogrzewania, chłodzenia i wentylacji domu. Integracja tych systemów stanowi dodatkowe wyzwanie dla systemów automatyki. Najnowszym rozwiązaniem jest pompa ciepła typu "All in One". Skupia ona w sobie nie tylko funkcję ogrzewania i chłodzenia pomieszczeń oraz podgrzewania ciepłej wody użytkowej, ale także wentylacji pomieszczeń. Pompa ciepła All in One należą do rozwiązań szczególnie estetycznych i funkcjonalnych. Efektywność energetyczną zwiększa tutaj możliwość wykorzystania ciepła z powietrza usuwanego z rekuperatora. Dzięki budowie typu monoblok, taka pompa ciepła jest szczególnie cicha. Poziom głośności na zewnątrz jest tak niski, że już w odległości 1,5 metra spada poniżej 40 dB(A). Pompa ciepła All in One jest szczególnie atrakcyjnym rozwiązaniem dla nowych domów budowanych według Warunków Technicznych WT 2017 bądź już WT 2021.
Magazynowanie energii produkowanej z instalacji PV jest koniecznością wobec nierównomiernego rozbioru energii i rozmijania się potrzeb z maksymalną wydajnością instalacji. Magazynowanie energii w instalacji OFF-GRID następuje w akumulatorach. W instalacji ON-GRID magazynem energii będzie sieć. Instalacja OFF-GRID jest wyraźnie droższa od ON-GRID ze względu na koszty zakupu akumulatora. W praktyce znajduje zastosowanie w domach letniskowych itp, gdzie wystarcza mała moc instalacji rzędu 1-2 kWp. Fotowoltaika z akumulatorami czy bez, jest w obecnych warunkach rozliczania energii oddawanej do sieci mało zasadna, Bardziej opłacalne okazuje się korzystanie z sieci jako magazynu energii pomimo pobierania przez operatora sieci "prowizji" (0,2 kWh za każdą 1 kWh energii magazynowanej).
Zużycie prądu przez pompę ciepła powietrze/woda stanowi jedno z głównych pytań klientów chcących zastosować takie urządzenie. Zużycie energii elektrycznej przez pompę ciepła będzie zależeć na wstępie od standardu energetycznego budynku (WT 2017, WT 2021) oraz efektywności średniorocznej pompy ciepła SCOP. Standard budynku decydujący o zużyciu energii przez pompę ciepła wynika z samej izolacji cieplnej, ale także od wielu innych czynników. Wpływ odgrywa tutaj rodzaj wentylacji - grawitacyjna lub mechaniczna. Wysokie znaczenie pełni także rodzaj systemu grzewczego - ogrzewanie podłogowe lub grzejnikowe. Koszty ogrzewania pompą ciepła należą i tak do najniższych spośród różnych źródeł ciepła. Mogą być one dodatkowo obniżone przez wybór odpowiedniej taryfy zakupu energii elektrycznej, np. 2-strefowej G12w. Na zużycie prądu przez pompę ciepła powietrze/woda będzie mieć także wpływ zastosowanie instalacji fotowoltaicznej lub solarnej.
Nowoczesne budynki energooszczędne budowane według standardu np. WT 2017, czy WT 2021, muszą już ze względu na warunki techniczne posiadać system wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła. Rekuperator stanowi nieodzowny element domu szczególnie ze względu na potrzebę zapewnienia maksymalnego poziomu komfortu i jakości powietrza. Pomaga chronić mieszkańców przed niekorzystnymi czynnikami zewnętrznymi - także smogiem. W budynkach budowanych wg standardu WT 2017, czy WT 2021 może dochodzić do problemu z rozplanowaniem miejsc montażu urządzeń, np. pompy ciepła, podgrzewacza wody, a także rekuperatora. Wentylacja mechaniczna składająca się z rekuperatora oraz przewodów wentylacyjnych może zajmować znaczną powierzchnię budynku. Wybór miejsca zabudowy rekuperatora jest więc bardzo ważnym zagadnieniem dla architekta, a także projektanta i przyszłego użytkownika domu.
Koszty ogrzewania domu pompą ciepła należą do najniższych w porównaniu do innych rodzajów paliw. i energii. Dodatkowo niskie zużycie energii pierwotnej, pozwoli spełnić warunki techniczne WT 2017 lub WT 2021.
Już obecnie warto budować dom jednorodzinny według przyszłych warunków technicznych WT 2021. Warunki WT określają minimalne wymagania dla standardu energetycznego budynku. Należy zapewnić odpowiednio wysoki standard izolacji cieplnej oraz zastosować efektywny energetycznie system ogrzewania i wentylacji domu, a także podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Efektem ma być uzyskanie niskiego zużycia energii pierwotnej EK, poniżej 70 kWh/m2rok. Koszty budowy domu w standardzie WT 2021 powinny być nieznacznie wyższe w stosunku do standardu WT 2017. Z kolei można jeszcze uzyskać znaczące obniżenie kosztów eksploatacyjnych.
Pompy ciepła powietrze/woda instalowane na zewnątrz budynku stanowić źródło hałasu. Jest to nieuniknione ze względu na fakt, że w budowie pompy ciepła wykorzystane są takie elementy jak sprężarka, czy wentylator. Poprzez staranne zaprojektowanie pompy ciepła można wyciszyć jej pracę do minimum. Wiąże się to m.in. ze stosowaniem osłon akustycznych sprężarki i całej obudowy pompy ciepła. Dodatkowo wprowadza się tłumienie drgań w elementach orurowania obiegu chłodniczego, czy też wizbroizolatory dla posadowienia sprężarki w obudowie, a także całej jednostki zewnętrznej na podstawie (ściennej lub gruntowej). Produkowanych obecnie pomp ciepła wysokiej klasy nie trzeba dodatkowo wyciszać stosując np. obudowy dźwiękochłonne. Wystarczy w ich przypadku nawet 1,5 do 3 metrów, aby obniżyć ciśnienie akustyczne do poziomu 40 dB(A) - dopuszczalnego dla zabudowy jednorodzinnej w nocy.
Jak głośna jest pompa ciepła powietrze/woda zależnie od jej konstrukcji, warunków zabudowy, a także odległości? Pompy ciepła dobrej klasy nie są uciążliwe dla mieszkańców domu bądź sąsiadów. Zwykle wystarczy maksymalnie 5-6 metrów, aby poziom ciśnienia akustycznego (hałas) nie przekraczał dopuszczalnej wartości 40 dB(A). Najcichsze pompy ciepła mogą osiągać nawet 40-50 dB(A) poziomu mocy akustycznej (w źródle). Wówczas już po nieco ponad 1 m głośność znajduje się poniżej dopuszczalnego progu 40 dB(A).
Dobór pompy ciepła powietrze/woda wymaga sprawdzenia kilku ważnych warunków. Część z nich jest analogiczna jak dla doboru kotła grzewczego jak np. obliczenia cieplne budynku. Ale część wynika ze specyfiki urządzenia jakim jest pompa ciepła. Dotyczy to np. wyboru parametrów wody grzewczej. Wiąże się z tym wybór trybu pracy pompy ciepła - jako urządzenia samodzielnego albo do współpracy w układzie hybrydowym (z kotłem).
Sprawność paneli fotowoltaicznych jest jedną z podstawowych informacji świadczących o klasie paneli. Jeszcze kilka lat temu za korzystną, uznawano sprawność rzędu 13-15%. Obecnie dobrej klasy panele PV uzyskują sprawność co najmniej 18% wg warunków STC. Kluczową kwestią pozostają warunki dla jakich określa się sprawność paneli PV. Za główne uznaje się warunki STC (Standard Test Condition). Moc wytwarzana przez panel fotowoltaiczny w takich warunkach, uznaje się za moc szczytową (Wp, Watt peak). W praktyce sprawność paneli fotowoltaicznych jest często niższa od określanej w warunkach laboratoryjnych STC. Stąd także producenci podają sprawność odnoszoną do NOCT (Normal Operating Cell Temperature), a w USA i Kanadzie do PTC (PVUSA Test Conditions).
1. Przykłady zastosowania pomp ciepła
Przykładowe realizacje pomp ciepła
Zastosowanie pomp ciepła w budynkach nowych i modernizowanych
Uzyskane efekty dzięki zastosowaniu pomp ciepła
Wydanie 1/2012
18.12.2012
www.eko-blog.pl www.vaillant.pl
2. Możliwości zastosowania pomp ciepła
Pompy ciepła możliwe są do zastosowania zarówno w nowych, jak też
modernizowanych budynkach. Mogą pracować jako samodzielne źródła ciepła,
lub też współpracować z dodatkowym źródłem w sposób równoległy bądź też
zamienny. Wielkość obiektu nie odgrywa roli, a jedynie możliwości pozyskania
ciepła otoczenia – z sond pionowych, kolektora gruntowego, wody lub powietrza.
10 Przykładów realizacji…
2
3. Przykład 1: nowy dom jednorodzinny
Powierzchnia ogrzewana: 220 m2
Liczba mieszkańców: 5
Maksymalne zapotrzebowanie ciepła: 7,9 kW
Moc znamionowa pompy ciepła: 8,2 kW
Pojemność podgrzewacza wody: 300 dm3
System ogrzewania: podłogowe 35/30oC
Typ pompy ciepła: solanka/woda
Budynek oddany do użytku
w 1998 roku, ogrzewanie oraz
podgrzew wody użytkowej
Tryb pracy pompy ciepła: monowalentny
wyłącznie pompą ciepła typu
solanka/woda.
Budynek o przeciętnym Dolne źródło ciepła: sonda 1 100 metrów
standardzie izolacji cieplnej
(wskaźnik ok. 80 kWh/m2rok)
Zużycie energii elektrycznej: 4.387 kWh/rok
Źródło: „Planungsleitfaden Wärmepumpen”. Wärmepumpen-Marktplatz NRW, 08.2005
3
4. Przykład 2: nowy dom jednorodzinny
Powierzchnia ogrzewana: 250 m2
Maksymalne zapotrzebowanie ciepła: 11,7 kW
Moc znamionowa pompy ciepła: 11,8 kW
Pojemność podgrzewacza wody: 300 dm3
System ogrzewania: podłogowe
Typ pompy ciepła: solanka/woda
Budynek oddany do użytku
w 1999 roku. Jest ogrzewany tylko
przez pompę ciepła solanka/woda Tryb pracy pompy ciepła: monoenergetyczy
z sondami gruntowymi
Ciepła woda użytkowa ogrzewana Dolne źródło ciepła: sondy 3 47 metrów
jest miejscowo w punktach poboru
przez podgrzewacze przepływowe
Zużycie energii elektrycznej: 7.127 kWh/rok
Źródło: „Planungsleitfaden Wärmepumpen”. Wärmepumpen-Marktplatz NRW, 08.2005
4
5. Przykład 3: nowy obiekt – przedszkole
Powierzchnia ogrzewana: 450 m2
Maksymalne zapotrzebowanie ciepła: 20,8 kW
Moc znamionowa pompy ciepła: 22,8 kW
Pojemność podgrzewacza wody: 300 dm3
System ogrzewania: podłogowe
Typ pompy ciepła: solanka/woda
Budynek przedszkola (75 dzieci)
oddano do użytku w 2002 roku.
Pompa ciepła pokrywa 75%
rocznych potrzeb ciepła. Dalsze Tryb pracy pompy ciepła: monoenergetyczny
25% - przez dogrzew elektryczny
Woda użytkowa podgrzewana Dolne źródło ciepła : sondy 7 50 metrów
przez oddzielną pompę ciepła
poprzez odzysk ciepła z powietrza
usuwanego z budynku. Zużycie energii elektrycznej: 7.800 kWh/rok
Źródło: „Planungsleitfaden Wärmepumpen”. Wärmepumpen-Marktplatz NRW, 08.2005
5
6. Przykład 4: nowy obiekt – budynki biurowe
Powierzchnia ogrzewana biura (+21oC): 75 m2
Powierzchnia ogrz. magazynu (+18oC): 565 m2
Maksymalne zapotrzebowanie ciepła: 29 kW
Moc znamionowa pompy ciepła: 35 kW
System ogrzewania: podłogowe/grzejnikowe
Typ pompy ciepła: solanka/woda
Budynki oddano do użytku w 2003
roku. Ogrzewanie zapewnia
w całości pompa ciepła typu
solanka/woda Tryb pracy pompy ciepła: monowalentny
Zastosowano rozprowadzenie
wody deszczowej bezpośrednio Dolne źródło ciepła: kolektor gruntowy 1.200 m2
nad kolektorem gruntowym dla
poprawy warunków regeneracji
cieplnej kolektora Zużycie energii elektrycznej: b.d.
Źródło: „Planungsleitfaden Wärmepumpen”. Wärmepumpen-Marktplatz NRW, 08.2005
6
7. Przykład 5: modernizowane domy szeregowe
Powierzchnia ogrzewana domu: 100 m2
Maksymalne zapotrzebowanie ciepła: 5 kW
Kolektory słoneczne: 5,3 m2
System ogrzewania: podłogowe
Typ pompy ciepła: powietrze/woda
ze zintegrowanym podgrzewaczem c.w.u.
(w każdym domu szeregowym)
Budynki szeregowe (8 domów
po 100 m2 każdy) z roku 1937.
Dodatkowo zastosowano kolektory Tryb pracy pompy ciepła: monowalentny
słoneczne dla podgrzewu c.w.u.
Budynki są nie podpiwniczone,
stąd pompy ciepła zainstalowano Dolne źródło ciepła: powietrze atmosferyczne
w pomieszczeniach pomocniczych
na 1-szych piętrach. Zużycie energii elektrycznej: ok. 5.300 kWh/rok
Źródło: „Planungsleitfaden Wärmepumpen”. Wärmepumpen-Marktplatz NRW, 08.2005
7
8. Przykład 6: modernizowany dom jednorodzinny
Powierzchnia ogrzewana domu: 208 m2
(+ zaplanowana rozbudowa o 60 m2)
Moc znamionowa pompy ciepła: 13 kW
Typ pompy ciepła: solanka/woda
Poniżej -5oC: wspomaganie grzałką 6,6 kW
W starym budynku 20-letni kocioł
opalany gazem płynnym.
Tryb pracy pompy ciepła: monoenergetyczny
W ciągu 20 lat, cena 1m3 gazu
wzrosła 3-krotnie, a uzupełnianie
zbiorników konieczne było nawet Dolne źródło ciepła: sondy gruntowe
4-krotnie w ciągu roku.
Zużycie energii elektrycznej: b.d. (koszty niższe 8-krotnie)
Źródło: „Planungsleitfaden Wärmepumpen”. Wärmepumpen-Marktplatz NRW, 08.2005
8
9. Przykład 7: modernizowany dom jednorodzinny
Powierzchnia ogrzewana: 160 m2
Maksymalne zapotrzebowanie ciepła: 12,0 kW
Moc znamionowa pompy ciepła: 14,4 kW
Pojemność podgrzewacza wody: 300 dm3
System ogrzewania: grzejnikowe
Typ pompy ciepła: solanka/woda
Szczytowo wspomaganie grzałką elektryczną
W budynku wymiana 16-letniego
kotła olejowego, usunięcie dwóch
zbiorników oleju po 1500 litrów
Tryb pracy pompy ciepła: monoenergetyczny
Zastosowany zbiornik buforowy
dla pompy ciepła i podgrzewacz
pojemnościowy c.w.u. 300 litrów Dolne źródło ciepła: powietrze atmosferyczne
Instalacja grzejnikowa bez
wymiany na nową Zużycie energii elektrycznej: b.d.
Źródło: „Planungsleitfaden Wärmepumpen”. Wärmepumpen-Marktplatz NRW, 08.2005
9
10. Przykład 8: modernizowany dom jednorodzinny
Powierzchnia ogrzewana: 320 m2
Liczba mieszkańców: 4
Moc znamionowa pompy ciepła: 24 kW
Pojemność podgrzewacza wody: 400 dm3
Typ pompy ciepła: woda/woda
Szczytowo wspomaganie grzałką elektryczną
W budynku z 1980 roku, dokonano
w 2004 roku wymiany 10-letniego
kotła olejowego na pompę ciepła Tryb pracy pompy ciepła: monoenergetyczny
Pompa ciepła pokrywa 80%
rocznych potrzeb ciepła. Dolne źródło ciepła: 2 studnie po 40m, woda 10oC
Dodatkowe 20% ciepła dostarcza
grzałka elektryczna.
Zużycie energii elektrycznej: b.d.
Źródło: „Planungsleitfaden Wärmepumpen”. Wärmepumpen-Marktplatz NRW, 08.2005
10
11. Przykład 9: modernizowany kompleks biurowy
Powierzchnia ogrzewana: 4.900 m2
Typ pompy ciepła: solanka/woda
Wygrzew higieniczny ciepłej wody użytkowej
przez istniejący kocioł olejowy
Dodatkowo tryb pracy pomp ciepła
z chłodzeniem naturalnym sal konferencyjnych
Oszczędność miejsca po modernizacji: 50%
Centrum konferencyjne ogrzewane
było przez pompę ciepła typu
powietrze/woda i kocioł olejowy.
Tryb pracy pompy ciepła: monowalentny
20-letni system wymagał wymiany
Nowy układ pomp ciepła pokrywa Dolne źródło ciepła: sondy 33 145 metrów
w całości potrzeby ciepła obiektów
Zużycie energii elektrycznej: b.d.
Źródło: „Planungsleitfaden Wärmepumpen”. Wärmepumpen-Marktplatz NRW, 08.2005
11
12. Przykład 10: nowy dom jednorodzinny
Powierzchnia ogrzewana: 220 m2
Liczba mieszkańców: 4
Maksymalne zapotrzebowanie ciepła: 7,9 kW
Moc znamionowa pompy ciepła: 10,2 kW
Pojemność podgrzewacza wody: 300 dm3
System ogrzewania: podłogowe 35/30oC
Typ pompy ciepła: solanka/woda
Budynek nowy w standardzie
niskoenergetycznym, wraz
z wentylacją z odzyskiem ciepła
Tryb pracy pompy ciepła: monowalentny
Dla podgrzewania ciepłej wody
użytkowej 2 płaskie kolektory
słoneczne Dolne źródło ciepła: sonda 3 75 metrów
Dodatkowo funkcja chłodzenia
naturalnego w okresie letnim Zużycie energii elektrycznej: ok. 5.600 kWh/rok
12
13. Możliwości zastosowania pomp ciepła
Pompy ciepła znajdują zastosowanie przede wszystkim w budynkach nowych.
Wówczas częstym rozwiązaniem są pompy ciepła typu solanka/woda, ze
względu na możliwości dogodnego przeprowadzenia prac ziemnych przy
wykonywaniu odwiertów lub kolektora gruntowego.
W przypadku istniejących budynków, zastosowanie pompy ciepła jest
atrakcyjną inwestycją przy wymianie źródeł ciepła wykorzystujących energię
elektryczną, olej opałowy lub gaz płynny. Modernizacja polega często na
zastąpieniu istniejącego źródła ciepła, np. kotła olejowego. W przypadku, gdy
np. kocioł olejowy jest w dobrym stanie technicznym, pozostawia się go jako
szczytowe i awaryjne źródło. Dobiera się pompę ciepła na niższą od
maksymalnej mocy grzewczej, co zmniejsza koszty inwestycyjny.
Dla budynków modernizowanych, z racji ograniczeń dla prowadzenia prac
ziemnych, częstym wariantem jest zastosowanie pompy ciepła typu
powietrze/woda – często w wykonaniu zewnętrznym (zabudowa poza
budynkiem).
13
14. Ogrzewanie
Kotły gazowe
Chłodzenie Kotły olejowe
Pompy ciepła
Energia odnawialna
Kolektory słoneczne
Systemy wentylacji
www.eko-blog.pl www.vaillant.pl