Wymiana pieca na pompę ciepła – to musisz wiedzieć. Czy pompa ciepła nadaje się do starej instalacji?
Wymiana pieca na pompę ciepła wymaga przystosowania instalacji do zasilania jej przez nowe źródło ciepła. Efektywność pompy ciepła jest tym mniejsza, im wyższa jest temperatura, do jakiej podgrzewa ona wodę. Czy pompa ciepła ogrzeje dom z grzejnikami i jakie kwestie trzeba przemyśleć przed jej zakupem?
Autor: Piotr Mastalerz
Jedną z zalet pomp ciepła powietrze-woda jest to, że nie zajmują miejsca na działce jak to ma miejsce w przypadku pomp gruntowych
Spis treści
- Wymiana pieca. Czy pompa ciepła nadaje się do starej instalacji?
- Czy pompa ciepła ogrzeje dom z grzejnikami? Mogą być za małe
- Termomodernizacja domu przed zakupem pompy ciepła
- Ogrzewanie hybrydowe, czyli układ z dwoma źródłami ciepła
- Jakie przyłącze do domu jednorodzinnego z pompą ciepła?
- Uzyskaj dofinansowanie do pompy ciepła
Wymiana pieca. Czy pompa ciepła nadaje się do starej instalacji?
Większość typowych pomp ciepła może podgrzewać wodę do temperatury najwyżej 55°C i to przy względnie wysokiej temperaturze ośrodka będącego źródłem energii. Zapewnia ją grunt bądź zbiornik wodny, których temperatura już na niezbyt dużej głębokości pod powierzchnią nie spada poniżej zera.
Jeżeli jednak rozważamy zastosowanie powietrznej pompy ciepła, to trzeba wiedzieć, że zastąpienie nią kotła na węgiel, jeśli w domu jest instalacja grzewcza ze starymi grzejnikami, może spowodować, że efektywność takiego układu nie będzie najwyższa, a to przełoży się na duże zużycie energii elektrycznej do zasilania pompy ciepła. Co prawda są na rynku pompy ciepła, które mogą zapewnić wyższą temperaturę zasilania, rzędu nawet 70ºC, produkowane właśnie z myślą o zastosowaniu w budynkach ze starą instalacją grzewczą. Jednak są to urządzenia o większym stopniu skomplikowania i wyższej cenie niż standardowe. Dlatego zawsze najlepszym kierunkiem jest dążenie do uzyskania jak najniższej temperatury zasilania instalacji.
Przekazywanie ciepła z ośrodka o niższej temperaturze do ośrodka o wyższej temperaturze (wody w instalacji c.o.) jest możliwe dzięki temu, że w pompie ciepła zwiększa się ciśnienie w układzie obiegu płynu pośredniczącego w wymianie ciepła. Im wyższą temperaturę chce się uzyskać, tym większy wzrost ciśnienia musi zapewnić sprężarka. Ciśnienie nie może być jednak zbyt wysokie, choćby z powodu wytrzymałości podzespołów pompy. Trzeba też brać pod uwagę właściwości płynów dających się zastosować jako czynniki robocze w tego typu urządzeniach – płyn musi w całości odparować, odbierając ciepło, i skroplić się, oddając je, a jest to ściśle związane z temperaturą i ciśnieniem. I wreszcie, im wyższe ciśnienie wytwarza sprężarka, tym większą wykonuje pracę, także przeciwko siłom tarcia. Wysoki wzrost temperatury przekłada się więc na dużo większy pobór energii elektrycznej.
Pompy ciepła najefektywniej pracują z ogrzewaniem podłogowym, bądź innym płaszczyznowym (na przykład ściennym). Wynika to z możliwości zasilania takiego systemu wodą o stosunkowo niskiej temperaturze (około 35ºC), co wynika z dużej powierzchni grzewczej (cała podłoga lub ściana). A im niższa jest temperatura zasilania, z tym wyższą efektywnością pracuje pompa. Wysoka efektywność przekłada się natomiast na mniejsze zużycie energii elektrycznej, czyli niższy koszt ogrzewania. Można oczekiwać, że z ogrzewaniem podłogowym pompa ciepła uzyska średnioroczny współczynnik efektywności COP = 4,2, zaś z grzejnikami będzie to raczej COP = 3,0. To znaczy, że do uzyskania 1 kWh ciepła w pierwszym przypadku wystarczy 1/4,2 = 0,24 kWh energii elektrycznej, a w drugim potrzeba jej 1/3 = 0,33 kWh. Do wygenerowania potrzebnych przez cały rok na przykład 15000 kWh ciepła potrzeba zatem odpowiednio 3600 kWh (ogrzewanie podłogowe) i 5000 kWh (grzejniki) energii elektrycznej. Inaczej mówiąc, ogrzewanie pompą ciepła może kosztować około 30% mniej, gdy zasila ona instalację ogrzewania podłogowego.
- Zobacz galerię: Wymiana pieca na pompę ciepła – rady ekspertów
Autor: Piotr Mastalerz
Jedną z zalet pomp ciepła powietrze-woda jest to, że nie zajmują miejsca na działce jak to ma miejsce w przypadku pomp gruntowych
Czy pompa ciepła ogrzeje dom z grzejnikami? Mogą być za małe
Instalacje c.o. do współpracy z kotłami na paliwo stałe dawniej projektowano tak, żeby moc cieplną grzejników potrzebną do ogrzewania pomieszczeń w najzimniejszym okresie osiągnąć, zasilając je wodą o temperaturze 80-90ºC. Tę stosunkowo wysoką temperaturę przyjmowano w celu bezproblemowego – bez wykraplania się pary wodnej ze spalin – działania tradycyjnych kotłów na węgiel czy drewno. Poza tym dzięki wysokiej temperaturze zasilania grzejniki mogą mieć względnie małe rozmiary, więc instalacja jest tańsza i zajmuje mniej miejsca. Jednak w przypadku zmiany źródła ciepła na tak zwane niskotemperaturowe pojawia się kłopot: grzejniki, których wielkość dobrano przy założeniu zasilania ich wodą o temperaturze 90ºC, okazują się za małe.
Pojedynczy człon (tak zwane żeberko) bardzo popularnego kiedyś grzejnika żeliwnego T-1, zasilany wodą o parametrach 90/70ºC (typowych dla instalacji ze starymi kotłami), w pomieszczeniu z temperaturą 20ºC generuje moc cieplną około 140 W. Z kolei przy parametrach 55/45ºC jest to już tylko około 59 W. To oznacza, że po wymianie kotła na pompę ciepła do wygenerowania tej samej mocy przez grzejnik potrzeba blisko dwa i pół razy więcej członów. A gdyby chcieć zasilać instalację wodą o temperaturze 35ºC, przy której pompa ciepła uzyskuje bardzo wysoką efektywność, grzejniki trzeba by było powiększyć aż siedmiokrotnie (moc cieplna pojedynczego członu T-1 spada wtedy do 20 W).
Jest jeszcze możliwość wymiany starych grzejników na płytowe. W tym wypadku powierzchnię wymiany ciepła można zwiększyć nie tylko przez zastosowanie grzejnika o większej szerokości i wysokości, ale też o większej liczbie płyt (są grzejniki jedno-, dwu- i trzypłytowe). Głębokość grzejnika trzypłytowego jest większa niż jednopłytowego jedynie o niespełna dziesięć centymetrów, a jego moc jest blisko trzy razy większa przy tej samej szerokości i wysokości. Niemniej jednak w wielu przypadkach wymiana grzejników może być kłopotliwa, do tego taka modernizacja może się okazać bardzo droga. Zwłaszcza wtedy, gdy do kosztu zakupu grzejników trzeba doliczyć też koszt przerobienia doprowadzonych do nich rur. Dlatego taką inwestycję warto rozważać tylko wtedy, gdy jest niezbędna z powodu złego stanu całej instalacji – jeśli i tak trzeba ją wymienić.
Termomodernizacja domu przed zakupem pompy ciepła
Przed wymianą kotła na pompę ciepła zawsze najlepiej zainteresować się stanem zabezpieczenia budynku przed stratami ciepła. Po zaizolowaniu ścian, dachu i wymianie okien na nowe bardzo często się okazuje, że wymiana grzejników na takie o większej powierzchni przestaje być konieczna. Ich wydajność staje się wtedy wystarczająca przy zasilaniu czynnikiem o znacznie niższej temperaturze niż przed termomodernizacją.
Co ważne, termomodernizacja budynku sprawia, że odpowiednia do jego ogrzewania staje się wtedy pompa ciepła o mniejszej mocy, a więc często znacznie tańsza. A przede wszystkim spada zapotrzebowanie na energię do ogrzewania, dzięki czemu koszt eksploatacji systemu staje się niższy.
Jak ocenić zapotrzebowanie na ciepło budynku przed termomodernizacją i po niej? Można się posługiwać szacunkowymi wskaźnikami dla danego standardu ocieplenia budynku, ale to mało dokładna metoda. Instalatorzy często opierają się w obliczeniach na dotychczasowym zużyciu paliwa. Jednak profesjonalna droga to wykonanie precyzyjnych obliczeń zapotrzebowania na ciepło (OZC) zgodnie z normą PN-EN 12831 i sporządzenie audytu energetycznego przez specjalistę. Wartość jest określana dla każdego pomieszczenia (w celu doboru grzejników), a suma daje projektowe obciążenie cieplne całego budynku, czyli wartość szczytowej mocy potrzebnej do jego ogrzania w najbardziej niekorzystnych warunkach występujących w danej strefie klimatycznej – na tej podstawie dobiera się moc źródła ciepła.
W budynkach o niskim standardzie energetycznym – bez odpowiedniej izolacji – grzejniki zamontowane w pomieszczeniach muszą dostarczać dużą ilość ciepła. Ich moc jest wprost zależna od temperatury czynnika grzewczego. Gdy z obliczeń wynika, że w celu zapewnienia komfortu cieplnego musi ona wynosić 80°C, zastosowanie pompy ciepła jako samodzielnego źródła ciepła nie jest dobrym pomysłem. Należy wtedy rozważyć zwiększenie powierzchni wymiany ciepła, na przykład przez wymianę grzejników na większe albo zamontowanie dodatkowych. Alternatywą może być zastosowanie klimakonwektorów, czyli – w dużym uproszczeniu – grzejników z wentylatorem, który znacznie poprawia efektywność przekazywania ciepła. Takie rozwiązanie pozwala dostarczać do pomieszczeń jego wymaganą ilość, mimo niewysokiej, odpowiedniej dla pompy ciepła, temperatury czynnika grzewczego. Do tego klimakonwektory nadają się też do chłodzenia pomieszczeń – pompa zasila je wtedy schładzaną wodą.
Ogrzewanie hybrydowe, czyli układ z dwoma źródłami ciepła
Jeżeli mimo wszystko nie zamierzamy przeprowadzać większych zmian w instalacji grzewczej, możemy rozważyć zainstalowanie pompy ciepła bez rezygnacji z dotychczas używanego kotła. Warunkiem jest to, że nadaje się on do dalszej eksploatacji, co może być problemem, gdy jest to stary kocioł na paliwo stałe. W ostateczności zastanówmy się, czy nie zastąpić go innym źródłem, na przykład nowym kotłem na paliwo stałe lub kotłem elektrycznym.
Maksymalna moc cieplna jest w naszym klimacie potrzebna tylko przez krótki okres, gdy temperatura na zewnątrz spada poniżej -10°C, co na większości obszaru Polski oznacza tylko kilka dni w roku. Przez mniej więcej 30% sezonu grzewczego temperatura waha się między 0 a -10°C, a przez blisko 2/3 jest dodatnia. Wtedy instalacja zasilana tylko przez pompę ciepła powinna bez problemów zapewnić wymaganą temperaturę w pomieszczeniach – moc cieplna potrzebna przy 0°C na zewnątrz jest o około połowę mniejsza niż przy -20°C (temperatura obliczeniowa dla większości obszaru Polski). Teoretycznie działanie tego dodatkowego urządzenia grzewczego będzie potrzebne przez 1/3 sezonu, ale w ostatnich latach w praktyce ten okres był znacznie krótszy (zimy były ciepłe).
Tak czy inaczej, korzyści wynikające z zastosowania pompy ciepła wspomaganej działaniem kotła są znaczne. Inwestycja jest względnie tania, bo do takiego hybrydowego (nazywanego też biwalentnym – w przypadku użycia dodatkowego źródła zasilanego inaczej niż energią elektryczną) sytemu grzewczego wystarczy pompa o niewielkiej mocy, a w instalacji centralnego ogrzewania nie trzeba wprowadzać istotnych zmian.
- Dowiedz się więcej: Ogrzewanie hybrydowe. Czy można mieć pompę ciepła i piec, a do tego jeszcze fotowoltaikę? Dom hybrydowy ma zalety
Jakie przyłącze do domu jednorodzinnego z pompą ciepła?
Moc przyłączeniowa oraz zabezpieczenie główne to bardzo ważne aspekty przy analizie możliwości zastosowania pompy ciepła w modernizowanym budynku. Należy bowiem pamiętać, że to urządzenie korzysta z energii elektrycznej i trzeba mu zapewnić odpowiednie zasilanie.
Pod uwagę trzeba brać moc potrzebną do pracy układu sprężarkowego pompy ciepła oraz elektrycznej grzałki wspomagającej, w którą na ogół jest wyposażona pompa ciepła, szczególnie typu powietrze-woda. W przypadku urządzeń odpowiednich dla domu jednorodzinnego sam układ sprężarkowy potrzebuje 2,5-5 kW, a grzałka 3-9 kW i choć może być bardzo rzadko używana, trzeba zapewnić jej możliwość poboru prądu.
Należy też sprawdzić, jakiego zasilania wymaga wybrane urządzenie: jedno- czy trójfazowego. W praktyce przyłącze jednofazowe małej mocy zazwyczaj jest niewystarczające, żeby zasilać pompę ciepła i równocześnie sprostać potrzebom własnym budynku. Każdy producent pompy ciepła określa wymagany rodzaj zasilania elektrycznego, rodzaj i moc bezpiecznika czy przekrój przewodu zasilającego. Rozważając instalację pompy ciepła w budynku, warto mieć na uwadze to, że konieczna będzie analiza nie tylko instalacji hydraulicznej, ale też elektrycznej.
- Sprawdź również: Pompa ciepła – warto poznać fakty i mity o tych źródłach ciepła
Uzyskaj dofinansowanie do pompy ciepła
Decydując się na wymianę starego źródła ciepła na ekologiczną pompę ciepła, warto przeanalizować możliwe formy wsparcia finansowego tej inwestycji. W całej Polsce dostępny jest program „Czyste Powietrze”, istnieje również wiele lokalnych programów wsparcia. Warto również zorientować się w zakresie możliwości skorzystania z ulgi termomodernizacyjnej.
- Zobacz galerię: Wzorowa przebudowa starego domu z cegły
Autor: Małgorzata Góra
Większość ścian zewnętrznych pozostawiono murowanych, tylko jedną docieplono i wykończono oblicówką drewnianą
