POMPY CIEPŁA

( Bytówka [BYT] + Pompa ciepła [PQ] + fotowoltaika [PV] + bateria akumulatorów [AKU] )

Istotą tej części wywodu jest sposób określenia jak nasz system [ BYT+PQ+PV+AKU ] powinien być zbudowany przy dostępnych ograniczonych środkach. Fundamentem takiego systemu jest zawsze pompa ciepła. W warunkach PL najlepsza jest pompa gruntowa. Tylko taka umożliwia zbudowanie systemu monowalentnego i monoenergetycznego.

– monowalentny system- całe zapotrzebowanie na ciepło do ogrzania obiektu przy wszystkich możliwych temp zewnętrznych ( dla W-wy / strefa III to do  T= -20oC) pokrywa pompa ciepła. Nie potrzebujemy dodatkowego źródła ciepła wspomagającego pompę lub zamiast np. kominka, grzałki działających poniżej temp. zewnętrznej np. -10oC i niżej. Monowalentne źródło zawsze wystarcza.

– monoenergetyczny system- jeden typ nośników ciepła jest potrzebny do ogrzania obiektu. Często bywa to ekogroszek lub gaz. W przypadku pomp ciepła jest to en elekt. Zaletą en elekt wzg. innych nośników jest to, że możemy ją w znacznym zakresie wyprodukować własną instalacją [PV] na swoim dachu.

Dokonując modernizacji obiektu lub jego budowy od początku należy rozstrzygnąć na wstępie wiele kwestii dotyczących przyszłych zastosowanych rozwiązań w pewnej kolejności. Następne kroki i ponoszone na nie wydatki będą się zmieniać w zależności od wyborów wcześniejszych. Często nie da się naprawić wcześniejszych błędów. Najwyżej je zminimalizować.

 

ZAPOTRZEBOWANIE OBIEKTU NA CIEPŁO

(KROK O ZNACZENIU FUNDAMENTALNYM)

Przykładowe współczynniki mocy grzewczej na 1m2 powierzchni ogrzewanej

materiały STIEBEL –ELTRON

Z zestawienia widać, że dwa domy o takiej samej wielkości mogą występować w różnych standardach energetycznych. Np. niskoenergetyczny obiekt może potrzebować mocy grzewczej 30W/m2. Inny, nowo budowany potrzebuje 60W/m2 powierzchni ogrzewanej. Taka zmienność uzyskiwanych przypadków zmienia WSZYSTKO w bilansie. W tym drugim przypadku wzg. pierwszego, źródło ciepła np. pompa gruntowa rośnie x2, długość odwiertów się podwaja, podobnie zużycia en elekt w roku. Jednak dachu w obiekcie nam nie przybywa x2 i ogranicza to ilość paneli fotowoltaiki [PV] tylko do pewnej tej samej ilości w obu przypadkach. Roczna produkcja en elekt z [PV] starcza na dużo mniej potrzeb w drugim przypadku. Więcej musimy dokupić energii u dostawcy płacąc. Zmieniają się proporcje energii przez nas wyprodukowanej (najtańszej) do tej kupowanej z sieci (drogiej). Dodatkowo sytuację komplikuje fakt, że uzyski z [PV] w szczycie sezonu grzewczego zimą są znikome a nasze zapotrzebowanie na energię do pompy ciepła jest wtedy maksymalne. Lepiej mieć wtedy dom niskoenergetyczny. Mimo, że nie starcza nam naszej energii wyprodukowanej „na dachu” w danej chwili …to jednak niewiele jej dokupujemy przy domu niskoenergetycznym. Poniżej taki prawdziwy przykład funkcjonujący w Markach k. W-wy:

Zużycia energii elektrycznej w roku:

Dom: 330m2, trzykondygnacyjny, niskoenergetyczny, rodzina 2+2 , 22W/m2 (wartości zaokrąglone do setek)

– cele bytowe [BYT]………………….………..……………………………….. 3 000 kWh/a

– wentylacja – rekuperacja [REKU] …..…………………………………. 500 kWh/a

– pompa ciepła gruntowa [PQCO+CWU+ pasywne chło]…………. 5 000 kWh/a (*)

SUMA: …………………………………………………………………….. 8 500 kWh/a

Instalacja fotowoltaiczna [PV] 9.88 kWpeek (nie idealnie ukierunkowana / odchylenie od kierunku południowego +60o/ nachylenie dachu 42o ( dobre jakościowo panele) wytwarza 8 500 – 9 500 kWh/a en elekt w zależności od nasłonecznienia w roku.

UWAGA ! ! !

Oznacza to, że można zbudować współcześnie duży, przestronny dom (nie pasywny). Produkować „na dachu” własną en elekt z PV-ki która wystarczy:

– na wszystkie potrzeby bytowe rodziny 2+2 (TV, lodówka, pralka, oświetlenie ..itd)

– na całoroczną pracę wysokosprawnej wentylacji z rekuperacją

– na grzanie CO+CWU i pasywne chłodzenie domu gruntową pompą ciepła

 

W skali roku ilość wyprodukowana en elekt z PV bilansuje się z całorocznym zapotrzebowaniem na energię elekt tej rodziny. W praktyce są neutralni wobec środowiska i Mamy Ziemi.  Czerpią z tego faktu dużą satysfakcje życiową. Jest to realnym potwierdzeniem ich właściwych wyborów inwestycyjnych od samego początku. Na początku wątpliwości były ogromne (magistrala gazowa w ulicy, podpowiedzi sąsiadów już „wybudowanych”). Są prosumentami net-metering więc nie dokupują en elekt lecz odbierają „swoją” oddaną latem do sieci, pomniejszoną o 20%. Gdyby zrobili dom 2 razy zimniejszy a składnik bilansu (*) był by dwa razy większy, nie zaistniał by przypadek 100%-wego bilansowania produkcji en elekt i jej zużyć. Nawet przy pompie ciepła gruntowej. Do końca obecnej umowy z dostawcą en elekt., czyli jeszcze przez wiele lat, koszty kWh en elekt nie będą ich dotyczyć. Czy wzrosną 3, 4 czy więcej razy będzie to bez znaczenia. Wzrastające progresywnie opłaty za emisję CO2 w en elekt., gazie, oleju będą im obce. Dzięki podjętym określonym i właściwym wyborom. Obecny system odkupu en elekt (prosument net-billingowy) jest mniej korzystny dla Inwestorów. Wynika to z 4-5 krotnie niższych zwrotów pieniężnych za dostarczone do sieci kWh en elekt niż cena ich zakupu. Obecnie ta sama rodzina miała by w systemie net –billingu wydatki roczne parę tys PLN/rok. Można je zmniejszyć inwestując w baterie akumulatorów [AKU]. W zakładce „Analiza opłacalności zastosowań…” jest przedstawiony ich przypadek z i bez PV i z i bez AKU. 

Rozliczenia PV zmieniły się z zasady net-meteringu na net-billing. Dotyczy to rozliczeń złotówkowych. Jednak cały czas można zbudować taki sam dom w którym w skali roku bilansuje się produkcja en elekt i jej zużycie i jest on neutralny dla środowiska. Warunkiem jest by był on domem niskoenergetycznym z przemyślaną izolacją zewnętrzną, odpowiednimi oknami, wysokosprawną rekuperacją, likwidacją mostków cieplnych, rezygnacją z wszelkich grzałek elektrycznych w pompach ciepła i wentylacji. Dom o zapotrzebowaniu na moc grzewczą 20-30W/m2 powierzchni ogrzewanej. Wówczas nawet opłaty wynikające z mniej korzystnego systemu net-billingu będą akceptowalnie niskie.

Zużycie en elekt i jej produkcja narastająco w czasie dla powyższego przypadku w Markach.

Kliknij na tabelkę aby powiększyć

A. Linia żółta– produkcja en elekt w [kWh ee] dla PV-ki 9.88 kWpeek / 26 paneli *380 Wpeek. Czerwone punkty to kontrolne odczyty z falownika.

B. Linia ciemno niebieska– zużycie en elekt w [kWh ee] przez pompę ciepła gruntową na grzanie CO +CWU +pasywne chłodzenie

C. Linia jasno niebieska– to zużycia na cele bytowe dodana do zużycia pompy ciepła.

Taka relacja (A.) > (C.) określa dom o zbilansowanej produkcji i zużyć en elekt w skali roku. Widać, że w miesiącach zimowych [PV] produkuje mało en elekt. Linia żółta (A.) rośnie ale jest prawie pozioma. Pompa ciepła zużywa wtedy najwięcej en elekt. Szybki wzrost (C.). W letnich miesiącach jest odwrotnie. Ostatecznie w skali roku (A.) > (C.) Podstawowe parametry domu zakreślone czerwonymi kółkami.

WYBÓR POMPY CIEPŁA

POMPA CIEPŁA GRUNTOWA. To drugi kluczowy element domu o niskich kosztach eksploatacji. Dobrze wykonana instalacja z taką pompą daje roczny SCOP = 3.6 – 4.0 licząc dla całego systemu (z uwzględnieniem nie tylko samej pompy ciepła ale i pompek obiegowych sterowników, zaworów przełączających, pompek podłogówki itd). Wszystkich urządzeń stanowiących zamknięty działający kompletny system. Uzyskujemy wtedy ciepła 3.6 – 4.0 [kWh grz] (kWh grzewczych) z  1 [kWh ee] en elekt pobranej z sieci elektrycznej lub PV. Stabilność dolnego gruntowego źródła ciepła umożliwia całoroczną sprawną pracę systemu bez względu na zmieniające się temp zewnętrzne. Przez całą zimę …pobierając ciepło z ziemi ….grunt wokół kolektora wychładza się 3-4oC a przez miesiące letnie regeneruje się o tyle samo wracając do poprzednich temperatur. Wówczas zaczyna się kolejny sezon grzewczy… i proces pobierania ciepła zaczyna się od nowa. Jeżeli wybudujemy/termozmodernizujemy dom do poziomu niskoenergetycznego o zapotrzebowaniu małym na ciepło do ogrzewania a wiec i z małą pompą gruntową to nie jest ona droga. Możliwość otrzymania dopłat z lokalnych funduszy miejskich lub ośrodków ochrony środowiska poprawia znacznie efektywność takich inwestycji. Taka gruntowa pompa ciepła umożliwia również uzyskanie dodatkowej funkcjonalności systemu. Można obiekty chłodzić pasywnie. Jest to chłodzenie 10-12 razy tańsze w eksploatacji od chłodzenia aktywnego pompą ciepła/klimatyzacją. Bilans en elekt PL ma dwa krytyczne momenty. Gdy temp w PL spadają poniżej -10oC , -15oC. Zaczynamy się wówczas dogrzewać grzałkami elektrycznymi (słoneczka, farelki, piecyki olejowe). Drugi moment to upały ponad 32oC. Biurowce w dużych miastach załączają klimatyzacje, podobnie właściciele domów jednorodzinnych …itd. Przeciętny cały dom 200m2 potrzebuje klimatyzację o mocy chłodniczej ok. 22 [kW chłod]. Taka pracująca klimatyzacja pobiera wówczas 7.8 [kW] = 7 800 [W] z sieci lub PV. Taka „klima” pracuje wiele godzin w ciągu upalnego dnia. Bywa wówczas, że cała okolica „bez klimatyzacji” pobiera mniej w takiej chwili niż „tylko” nasza klimatyzacja. Stąd upały i mrozy w PL zbliżają nas do granicy możliwości systemu energetycznego. Oczywiście posiadanie w lecie odpowiedniej mocy własnej fotowoltaiki PV ogranicza nasze zakupy energii. Wtedy „klima” pobiera dużo energii ….ale i PV produkuje dużo. Jednak inwestycja w klimatyzację by ją eksploatować latem 4 m-ce z przerwami gdy mamy już gruntową pompę ciepła która może robić to samo i wykorzystać ją praktycznie 12 m-cy do grzania i chłodzenia ….to zdecydowanie lepsze podejście. Chłodzenie pasywne jest chłodzeniem przejściowym. Na jakiś czas. Na początek sezonu letniego. Wykorzystuje dostępny do dyspozycji chłód z kolektora gruntowego ( glikol 7-11oC). Glikol płynący przez kolektor gruntowy odbiera wówczas ciepło z wody z podłogówki czyli z domu w wymienniku płytowym. Nie pracuje wówczas sprężarka pompy ciepła a tylko pompki obiegowe podłogówki i glikolu kolektora. Stąd te 10-12 krotne oszczędności eksploatacyjne en elekt. Ponad to pasywne chłodzenie domu powoduje szybszą regenerację kolektora gruntowego. Już w połowie lata w pełni zregenerujemy te 3-4oC obniżonej temperatury gruntu zimą i do ok. końca sierpnia zaczynamy lekko przegrzewać kolektor gruntowy. Powoduje to, że kolejny sezon grzewczy nasza pompa ciepła rozpoczyna działać z większą sprawnością niż by to było bez funkcji chłodzenie pasywnego . Mamy odrobinę cieplejszą ziemię wokół kolektora niż nasz sąsiad który nie ma gruntowej pompy ciepła z pasywnym chłodzeniem. Sumarycznie w roku funkcjonalność „chłodzenie pasywne” mamy za darmo. Użytkownicy systemów z chłodzeniem pasywnym uważają klasyczną aktywną klimatyzacje (z pracującymi sprężarkami) za ZBĘDNE „PRZEPALANIE” CENNEJ ENERGII. …bo jak „coś” potrzebuje jej 10-12 razy mniej …to właśnie to należy zrobić. Wirtuozeria w projektowaniu wymiany ciepła i jej bilansowania w domach sprowadza się do tego by moment w który powinniśmy przejść z chłodzenia pasywnego (taniego) na aktywny (drogi) występował około 1-7 września. Czyli w momencie gdy kończy się lato i nie będziemy potrzebować więcej klimatyzacji. Więc aktywnego chłodzenia nie instalujemy wcale. Kolektor gruntowy jest „przegrzany” o 1-2 oC wzg. parametrów ziemi u sąsiada. My zaczynamy powoli grzanie i dodatkowo z większą sprawnością. Na wszystkie powyższe potrzeby w roku wystarcza en elekt wyprodukowana z naszej PV. Wszystko jest idealnie. Nawet obecnie w systemie net-billingu gdy „sieć” odkupuje od nas nadwyżki en elekt za 1/ 4 – 1/5 ceny naszego zakupu „u nich” …to i tak jest świetnie … bo na próżno nie „przepaliliśmy” naszej wyprodukowanej energii na nieefektywną klimatyzację aktywną. W naszym „małym gospodarstwie” klimatyzacja aktywna też nas przybliża do „kolapsu energetycznego” jak całą PL w tym czasie. Klimatyzacja pasywna jest zupełnie neutralna dla bilansu energetycznego w naszym „małym gospodarstwie” a wnosi super istotną funkcjonalność wpływającą na wartość naszego obiektu, jego atrakcyjność, komfort użytkowania. 

POMPA CIEPŁA POWIETRZNA. Grzeje CO +CWU. Umożliwia klimatyzowanie obiektu TYLKO w sposób aktywny czyli energochłonny. Ponad to ma wbudowaną grzałkę elektryczną. Rolą jej jest dogrzewanie domu od temperatury punktu biwalentnego i poniżej np. -5oC -10oC. Dla spadających temp na zewnątrz powietrzne pompy ciepła tracą moc grzewczą. Dodatkowo generują ją coraz mniej sprawnie. W pewnym momencie zapotrzebowanie domu na ciepło przewyższa to dostarczane przez powietrzną pompę ciepła i dom zaczyna się wychładzać. Wtedy dołącza się grzałka elektryczna pompy ciepła (punkt biwalentny) uzupełniając niedobory ciepła. W pompach powietrznych o mocy grzewczej ok 8.5 [kW grz] dla domów do 200m2 jest grzałek 3 szt. Każda po 2900W. Włączają się stopniowo wraz ze spadkiem temp zewnętrznej. Oczywiście im większe mrozy tym więcej grzałek jest załączanych. W skali sezonu grzewczego godzin pracy pompy z załączonymi grzałkami może być setki. Wtedy en elekt pobranej z sieci robi się koszmarnie dużo. Zimowa produkcja z PV jest minimalna. Nie starcza nawet na cele bytowe BYT a co dopiero na niezbyt sprawnie pracującą pompę powietrzną i dodatkowo z włączającymi się grzałkami elektrycznymi. PV-kę często pokrywa śnieg który trudno usunąć z wysokiego dachu. Wtedy przychodzi moment prawdy „co nam wyszło” z inwestycji w budowę/termomodernizację i „zdziwienie nad rachunkiem” za en elekt. Nie tak to miało wyglądać. Warto porównać moc grzałek (3*2 900W= 8 700W) w takiej powietrznej pompie ciepła z informacją:

….by lepiej zrozumieć skalę zagrożeń.

Latem pompa powietrzna umożliwi chłodzenie obiektu. Jednak będzie zbytnio „przepalać” cenne zasoby tworzone przez PV. Jedyną zaletą w PL takiej pompy wzg. gruntowej …JEST JEJ CENA. Nic więcej. Przewaga istotna powietrznych pomp ciepła wzg. gruntowych ujawnia się gdzieś od Budapesztu ku południowi EU. Mniej zimnych dni (pompa pracuje sprawniej i z większą mocą), dłuższe lato-krótsza zima (mniej godzin pracy pompy), PV wyprodukuje więcej en elekt (bardziej słoneczne lata). 

W przypadku PL wyliczenia korzyści/oszczędności wzg. funkcjonalności systemu są dość uwikłane. Mnogość możliwych rozwiązań i duża zmienność możliwych warunków pogodowych utrudniają decyzje Inwestorom. Dlatego stworzyliśmy tę stronę. Problemem jest nie tylko podjęcie decyzji „co ma jak wyglądać” na końcu budowy/termomodernizacji. Można się zdecydować na konkretny standard. Np. „dom niskoenergetyczny” z początku jego przedziału lub końca zapotrzebowania mocy. Może „dom nowy” (wg. tabelki STIEBLA) …będzie tańszy. Istota sprowadza się do tego by na końcu otrzymać to co założyliśmy. By w procesie budowy/termomodernizacji liczni wykonawcy krok po kroku nie „pogarszali” wybranego projektu/rozwiązania. Umieć to skontrolować i wyegzekwować. Ostatecznie co nam wyszło poznamy po 2-3 latach eksploatacji. Jak ? …opisaliśmy w zakładce „Kontrola pracy systemu”. Wtedy jednak będzie już za późno na poprawki i ich egzekwowanie.

 

TYM SIĘ ZAJMUJEMY.

Mariusz / Hoxterm Pompy Ciepła