Jaka pompa ciepła do domu 140 m2

2021-03-26 17:00 Piotr Laskowski
Pompa ciepła
Autor: DE DIETRICH Powietrzne pompy ciepła typu split składają się z dwóch jednostek. Jedną instaluje się na zewnątrz, żeby parownik pompy miał bezpośredni kontakt ze źródłem ciepła, którym jest powietrze atmosferyczne. W domu jest druga jednostka – ze skraplaczem i układem hydrauliczym, przez który przepływa woda zasilająca instalację grzewczą

Poprosiliśmy kilka firm o oferty pomp ciepła do ogrzewania nowo budowanego domu o powierzchni 140 m2. Oto wnioski, jakie wyciągnęliśmy z ich porównania.

Ten, kto zamierza wybudować dom wygodny, nowoczesny i energooszczędny, zapewne zastanawia się nad zastosowaniem do jego ogrzewania pompy ciepła. Poprosiliśmy więc producentów tych urządzeń o przedstawienie oferty przygotowanej w oparciu o przykładowy projekt. Płynące z tego wnioski powinny zainteresować każdego, kto rozważa zakup pompy ciepła do dobrze zabezpieczonego przed stratami ciepła domu jednorodzinnego o powierzchni około 140 m2. Chcieliśmy, żeby rozwiązanie było typowe – pompa ma zasilać instalację c.o. i zapewnić ciepłą wodę użytkową czwórce domowników. Interesował nas koszt wykonania kompletnego systemu grzewczego z urządzeniami w rozsądnej cenie (wszystkie ceny w artykule są z 2017 r.), w standardzie zapewniającym domownikom komfort. Zdecydowaliśmy, że w całym domu chcielibyśmy mieć niskotemperaturowe wodne ogrzewanie podłogowe, bo jest ono zalecane w przypadku instalacji z pompą ciepła ze względu na znaczny spadek jej efektywności wraz ze wzrostem temperatury podgrzewanej wody.

Pompa ciepła - Czym ogrzewać dom

Powietrzna czy gruntowa pompa ciepła – koszt inwestycji

Instalacje z pompami, których źródłem ciepła jest grunt, są droższe od odbierających ciepło od powietrza, ponieważ do ich działania jest potrzebny wykonywany na budowie gruntowy wymiennik ciepła.

Parownik pompy powietrznej ma bezpośredni kontakt ze źródłem ciepła – powietrzem. Żeby oddawało ono do parownika wymaganą ilość ciepła, wystarczy tylko wymusić odpowiednio intensywny przepływ powietrza – robi to wentylator fabrycznie zamontowany w urządzeniu. W pompie gruntowej jest to bardziej skomplikowane. Do odbioru ciepła z ziemi są potrzebne układane w niej długie pętle rur. Cyrkuluje w nich poruszany przez pompę obiegową płyn potocznie nazywany solanką – najczęściej jest nim wodny roztwór glikolu, niekiedy alkoholu (o mniejszej niż glikol lepkości przekładającej się na mniejszą energochłonność pompy obiegowej). Ogrzewa się on ciepłem zakumulowanym w gruncie, po czym oddaje je w parowniku pompy ciepła.

Wymiennik gruntowy może być poziomy – z rur ułożonych poziomo pod powierzchnią gruntu, na głębokości poniżej strefy przemarzania (im głębiej, tym lepiej). Obszar wykopu pod rury obejmuje kilkaset metrów kwadratowych, więc żeby ograniczyć koszty, zwykle umieszcza się je na niewielkiej głębokości 1-2 m, a przez to temperatura wymiennika jest niestabilna, co wpływa negatywnie na efektywność pompy ciepła. Dlatego producenci pomp rekomendują wymienniki pionowe – z rur umieszczanych w odwiertach głębokości kilkudziesięciu metrów.

Ich ważną zaletą jest to, że zajmują wielokrotnie mniejszą powierzchnię działki niż poziome. Z tego względu często odwierty okazują się jedynym możliwym rozwiązaniem. Ta technologia jest jednak droższa.

W przypadku wybranego przez nas projektu domu firma Viessmann oszacowała koszt wymiennika poziomego na co najmniej 6 tys. zł, a pionowego na co najmniej 8 tys. zł. Dotyczy on pompy ciepła o mocy 5,6 kW – najmniejszej wśród wszystkich ofert. Firmy Vaillant i Vikersønn zaproponowały urządzenia o mocy blisko 8 kW i wobec tego większy wymiennik pionowy o łącznej długości rur około 170 m. Firma Vikersønn, która jako jedyna w zestawieniu nie tylko produkuje i sprzedaje pompy, ale też zajmuje się kompleksowym wykonywaniem instalacji dolnych źródeł, wyceniła montaż, podłączenie i napełnienie takiego wymiennika roztworem alkoholu etylowego na 13,4 tys. zł. Patrząc na te koszty, trzeba brać pod uwagę, że są one bardzo uzależnione od właściwości gruntu – im bardziej jest suchy, tym większy i wobec tego droższy musi być wymiennik. W skrajnych przypadkach różnica w kosztach jego wykonania może być ponad dwukrotna. Podane ceny są więc tylko orientacyjne.

Efektywność pompy ciepła

Instalacje z powietrznymi pompami ciepła są wprawdzie tańsze od tych z gruntowymi, ale więcej się płaci za ich eksploatację. Czy to znaczy, że zastosowanie pompy gruntowej bardziej się opłaca?

Spójrzmy na współczynniki efektywności COP zaoferowanych nam urządzeń. Mówią nam one, ile jednostek energii do ogrzewania zapewnia pompa, pobierając jednostkę energii elektrycznej. Na pierwszy rzut oka różnice między wartościami dla pomp powietrze-woda i glikol-woda są niewielkie. Jednak prezentowane wartości uzyskano w innych warunkach – parownik pompy gruntowej odbierał ciepło od solanki o temperaturze 0oC, a powietrznej – od powietrza o temperaturze 7oC (w obu przypadkach skraplacz podgrzewał wodę do 35oC). Gdyby temperatura parownika była taka sama, różnice w wartościach COP byłyby większe. Niejednakowy pobór energii elektrycznej wynika też z zastosowania innego osprzętu (pompy obiegowe i wentylatory) oraz różnic w sprawności podzespołów poszczególnych modeli – stąd wyraźnie wyższy COP pompy ciepła Vaillant, w której wykorzystano droższy, bardziej efektywny układ chłodniczy z dodatkowym wtryskiem pary EVI.

Jednak COP to wartość chwilowa, niewiele mówiąca o zużyciu energii elektrycznej do napędu pompy ciepła w całym okresie jej pracy. Temperatura gruntu, zwłaszcza na głębokości większej niż 20 m, jest stabilna i bliska zera, więc uśrednione współczynniki efektywności pomp gruntowych z pionowymi wymiennikami, zasilających wodne ogrzewanie podłogowe, nie różnią się bardzo od wartości COP dla B0/W35. Ale temperatura powietrza zmienia się w znacznie większym zakresie – można się spodziewać jej spadku nawet poniżej -20oC. Spadek temperatury powietrza przekłada się na zmniejszenie wartości COP, czyli zwiększenie zużycia energii elektrycznej przez pompę ciepła, co odbywa się dość gwałtownie po obniżeniu temperatury poniżej 0oC. Jednocześnie maleje wtedy moc cieplna urządzenia. Dlatego pompy ciepła powietrze-woda są sprzedawane w komplecie z grzałką, która dogrzewa wodę, gdy wydajność obiegu chłodniczego staje się niewystarczająca (w pompach gruntowych nie jest niezbędna, ale może się przydać do szybkiego podgrzania wody użytkowej). Jej działanie powoduje jednak zwiększenie zużycia energii elektrycznej, czyli zmniejszenie współczynnika efektywności pompy ciepła. Do tego w ujemnej temperaturze parownik pompy powietrznej pokrywa się lodem, który trzeba usuwać. Robi to działający automatycznie układ rozmrażający, który też pochłania energię. Jak duże różnice w kosztach eksploatacji wynikają z tego wszystkiego?

Z informacji, które otrzymaliśmy od producentów pomp ciepła, wynika, że roczny koszt ogrzewania dobrze ocieplonego domu o powierzchni 140 m2 pompą gruntową jest niższy niż powietrzną w najlepszym razie o 700 zł. To sporo, więc jeśli się bierze pod uwagę najtańsze z rekomendowanych nam rozwiązań z pompą gruntową (za mniej więcej 31 tys. zł netto) i najdroższe z pompą powietrzną (za blisko 30 tys. zł netto), niewątpliwe lepiej wybrać pierwszy wariant. Ale w porównaniu z najtańszą w zestawieniu pompą powietrze-woda Hewalex pompy gruntowe przegrywają, bo po uwzględnieniu ceny najtańszego wymiennika gruntowego i 8% VAT inwestycja jest droższa co najmniej o 10 tys. zł. Pytanie, czy oszczędności rzędu nawet 700 zł/rok są warte tak dużego wydatku. Pamiętajmy jednak, że są to obliczenia teoretyczne. Gdyby energia elektryczna w przyszłości znacznie zdrożała, inwestycja w pompę gruntową okazałaby się bardziej opłacalna.

Zobacz galerię zdjęć: ogrzewanie domu pompą ciepła

Sposób instalacji pompy ciepła

Zaoferowane nam pompy powietrze-woda to urządzenia typu split, czyli składające się z dwóch jednostek. W jednej jest parownik pompy ciepła – instaluje się ją poza domem, żeby miała bezpośredni kontakt ze źródłem ciepła, czyli powietrzem. Jego przepływ przez parownik wymusza wentylator o sporej wydajności (rzędu 3000 m3/h), więc dość hałaśliwy – w prezentowanych modelach generuje moc akustyczną 62-65 dB(A). Warto to mieć na uwadze, wybierając miejsce montażu pompy. Lepiej nie ustawiać jej w pobliżu okien sypialni. W drugiej jednostce znajduje się skraplacz w postaci wymiennika ciepła, przez który przepływa woda zasilająca instalację grzewczą. Woda nie może być narażona na zamarznięcie, dlatego tę jednostkę należy zainstalować w ogrzewanym pomieszczeniu. Oprócz skraplacza znajdują się w niej pompa obiegowa instalacji c.o., naczynie przeponowe i sterownik pompy ciepła.

W pompach ciepła Daikin i De Dietrich jest też zintegrowany duży pojemnościowy podgrzewacz wody zapewniający (zapewne z nadwyżką) jej zapas dla czwórki mieszkańców. Dlatego jednostki wewnętrzne tych pomp ciepła mają rozmiary dużych lodówek. Hewalex PCCO Split znacznie się pod tym względem różni – jednostka wewnętrzna jest mniejsza i przeznaczona do zawieszenia na ścianie (przypomina gazowy kocioł wiszący). Nie oznacza to jednak, że dzięki temu mamy w domu więcej wolnego miejsca, bo do przygotowywania ciepłej wody jest potrzebny osobny podgrzewacz. Oferowany w zestawie ma pojemność 250 l i zajmuje podobną powierzchnię (średnica 584 mm) jak jednostki wewnętrzne konkurentów (Daikin – 600 x 728 mm, De Dietrich – 600 x 720 mm). Podgrzewacze De Dietrich i Hewalex są emaliowane i chronione przed korozją przez zastosowanie anody magnezowej, którą co jakiś czas trzeba wymienić. Daikin takiej ochrony nie potrzebuje, bo jest ze stali nierdzewnej.

Pompy gruntowe są urządzeniami monoblokowymi, przeznaczonymi do zainstalowania w ogrzewanym pomieszczeniu, przy czym Vaillant kryje w swej obudowie także podgrzewacz wody z zasobnikiem o pojemności 185 l. Pozostałe dwie pompy mają osobny podgrzewacz, ale dostarczany z nimi w komplecie wraz z akcesoriami potrzebnymi do jego podłączenia. Duża pojemność zbiorników na wodę (300 l) oznacza, że zajmują one sporo miejsca – trzeba je ustawić obok pompy ciepła. Pod tym względem kompaktowe urządzenie Vaillant ma nad nimi przewagę. Zaletą jest również wykonanie jego zbiornika ze stali nierdzewnej.

Za to podgrzewacze c.w.u. Viessmann i Vikersønn są biwalentne, czyli przygotowane do zasilania przez dwa urządzenia grzewcze (są w nich dwie wężownice). Ma to umożliwić łatwe dołączenie kolektorów słonecznych zastępujących działanie pompy ciepła w słoneczny dzień. Do ich obsługi są przygotowane także sterowniki zamontowane w pompach ciepła. Zatem żeby mieć system solarny, w tym wypadku wystarczy dokupić i zainstalować same kolektory, co kosztuje o parę tysięcy złotych mniej niż kompletna instalacja.

Zobacz galerię zdjęć: instalacja powietrznej pompy ciepła

Sprężarka w pompie ciepła

Sprężarka to jeden z najdroższych i najważniejszych elementów pompy ciepła w największym stopniu decydujący o jej efektywności. W porównywanych urządzeniach zastosowano sprężarki różniące się zasadą działania elementu sprężającego – śrubowe (scroll) i podwójne rotacyjne (twin rotary). W pompach powietrznych wykorzystano dodatkowo technologię DC Inverter umożliwiającą płynne zmiany wydajności sprężarki – standardowy prąd przemienny z sieci 230 V, 50 Hz jest zmieniany w stały o napięciu 300 V, a prędkość obrotowa wirnika zmienia się na skutek zmian częstotliwości prądu w zakresie 20-120 Hz. W pompach gruntowych zainstalowano tradycyjne sprężarki o stałej prędkości obrotowej wirnika (On/Off).

Najwyższą sprawnością, stabilnością, trwałością i cichą pracą charakteryzują się sprężarki typu Scroll DC Inverter. To urządzenia najdroższe, stosowane zwykle w przypadku pomp ciepła o mocy powyżej 10 kW, ale jak widać – także w pompie ciepła De Dietrich Alezio o mocy znamionowej 8 kW. Z powodu niższej ceny w urządzeniach małej mocy częściej są umieszczane sprężarki Twin Rotary DC Inverter – o niewiele gorszych właściwościach. Ich zaletą jest nieco większy niż w sprężarkach śrubowych zakres zmian prędkości obrotowej. Są też nieco sprawniejsze przy pracy w częstotliwości poniżej 65 Hz.

Ponieważ temperatura robocza parownika pompy gruntowej zmienia się w dużo mniejszym zakresie niż pompy powietrznej, w urządzeniach solanka-woda rzadko stosuje się sprężarki inwerterowe. Wprawdzie przyczyniłoby się to do zmniejszenia poboru energii i wydłużenia trwałości urządzenia dzięki wyeliminowaniu jego gwałtownego rozruchu (obroty sprężarki inwerterowej zwiększają się stopniowo, a sprężarka standardowa rusza od razu na pełnych obrotach), jednak nie miałoby aż tak dużego przełożenia na koszt eksploatacji. Dlatego wszystkie prezentowane pompy gruntowe są wyposażone w znacznie tańsze sprężarki o stałej wydajności – śrubowe, uznawane za lepsze od tradycyjnych rotacyjnych.

Pompa ciepła
Autor: Piotr Laskowski Koszt wykonania gruntowego wymiennika ciepła sprawia, że instalacja z pompą ciepła solanka-woda kosztuje znacznie więcej niż z pompą powietrze-woda

Tym, co odróżnia pompę ciepła Vaillant od pozostałych dwóch gruntowych, jest technologia EVI. Dzięki zmodyfikowanemu obiegowi czynnika chłodniczego i zastosowaniu dodatkowego zaworu rozprężnego umożliwia ona uzyskanie wyższego ciśnienia, a z tego wynikają wyższa wydajność cieplna i temperatura w skraplaczu dochodząca do 65oC (w standardowych pompach około 55oC). Regulacja wydajności może się odbywać przez sterowanie wtryskiem pary, co jest alternatywą dla zastosowania sprężarki inwerterowej.

Zalety tej technologii odczuwa się zwłaszcza w przypadku użycia pompy ciepła do zasilania instalacji grzewczej, w której konieczne jest uzyskanie temperatury zasilania przekraczającej 60oC – można wtedy zrezygnować ze wspomagania działania pompy przez inne urządzenie.

Ciekawostką jest, że urządzenia Vaillant z serii flexoCOMPACT mogą być stosowane nie tylko jako pompy gruntowe. Po zainstalowaniu dodatkowego modułu fluoCOLLECT (za około 5 tys. zł) stają się pompami woda-woda, a jednostka zewnętrzna aroCOLLECT (za około 18,5 tys. zł) zmienia je w pompy powietrze-woda o bardzo wysokiej efektywności (i niestety cenie) wynikającej właśnie z wykorzystania technologii EVI.

Czy artykuł był przydatny?
Przykro nam, że artykuł nie spełnił twoich oczekiwań.
KOMENTARZE