Poniższy artykuł opracowano w oparciu o stan prawny obowiązujący w momencie powstania tego artykułu.
Redakcja nie gwarantuje aktualności tekstu w okresie późniejszym, jak również nie ponosi odpowiedzialności za ew. stosowanie się do zawartych w nim zaleceń.
Zastanawiając się nad wyborem sposobu uzyskiwania energii,
najczęściej najpierw pod uwagę bierzemy te rozwiązania, które
widzimy w naszym najbliższym otoczeniu. Być może czynimy tak, sądząc
że skoro dla naszego sąsiada jest to opłacalne, to dla nas również
będzie. W niektórych przypadkach takie rozumowanie okazuje się być
trafne. I możliwe, że właśnie dlatego z ekologicznych czy też
niekonwencjonalnych źródeł energii najczęściej wybierane są,
przynajmniej na razie, kolektory słoneczne i farmy wiatraków. My
natomiast przyjrzyjmy się technologii, która tylko częściowo wpisuje
się w ten „zielony” ruch, a mianowicie pompom ciepła. Częściowo,
ponieważ aby możliwe było pobranie ciepła z otoczenia, należy
dostarczyć energię elektryczną, a jest ona wytwarzana w
przeważającej większości ze spalania węgla, co jak wiemy ekologiczne
nie jest.
Zasady działania takiej pompy nie trzeba chyba nikomu wyjaśniać.
Przypomnijmy jedynie, że jej efektywność w dużej mierze zależy od
różnicy temperatur powietrza czy płynów, pomiędzy którymi ciepło
jest wymieniane. Z tego powodu istotne jest, by dolne źródło ciepła
naszej instalacji miało możliwie jak najwyższą temperaturę, a górne
niewiele od niej większą. W praktyce oznacza to, że taki sposób
uzyskiwania ciepła najlepiej nadaje się do ogrzewania podłogowego
lub ściennego. W przypadku tradycyjnych grzejników konieczne byłoby
zwiększenie ich powierzchni. Co więcej, problemu może również
nastręczać wybór dolnego źródła ciepła.
Do wyboru mamy kilka opcji.
Zakładając, że nie posiadamy zbyt dużej działki, jest ona zalesiona,
zabudowana lub nie chcemy niszczyć istniejącego na niej ogrodu, to
najlepszym rozwiązaniem prawdopodobnie będzie kolektor pionowy.
Zajmuje on niewielką powierzchnię, lecz nie w każdym miejscu warunki
geologiczne pozwalają na jego umieszczenie typowymi metodami, co
może powodować znaczny wzrost kosztów jego instalacji.
Jeżeli jesteśmy dopiero na etapie planowania zagospodarowania naszej
działki i możemy sobie pozwolić na pozostawienie sporej jej części
niezabudowanej, to pod uwagę warto wziąć kolektor poziomy lub
spiralny. Oba muszą zostać umieszczone na takiej głębokości, by
dochodziła do nich wystarczająca dla naszych potrzeb ilość ciepła, a
zarazem zimą nie przemarzał w tym miejscu grunt, co w polskich
warunkach klimatycznych przekłada się średnio na 1-2 m pod
powierzchnią. W zależności od naszego zapotrzebowania na energię,
rodzaju gleby, w której zostanie umieszczony wymiennik ciepła, jego
powierzchnia powinna być 1,5 do 4 razy większa od powierzchni, którą
zamierzamy ogrzać. Przy kolektorach spiralnych ta powierzchnia jest
nieco mniejsza, ale konieczna jest za to większa długość przewodów,
co ostatecznie powoduje, że koszt instalacji obu kolektorów jest
zbliżony.
Możliwe jest również wykorzystanie powietrza jako dolnego źródła
ciepła. Ze względu na prostotę montażu, brak konieczności
wykonywania jakichkolwiek robót ziemnych i, co jest z tym związane -
stosunkowo niski koszt instalacji w porównaniu z gruntowymi pompami,
jej zewnętrzną część można sporadycznie zauważać na niektórych
budynkach. Jednakże, w przeciwieństwie do gruntowych pomp cieplnych,
ten rodzaj pomp nie nadaje się do stosowania, gdy temperatura
powietrza wynosi poniżej -10ºC / -25ºC (w zależności od modelu).
Oznacza to, że w okresie mroźnych zim, gdy jest największe
zapotrzebowanie na ciepło, korzystanie z pompy ciepła byłoby
całkowicie nieopłacalne - pobierałaby ona więcej energii niż
przekazywałaby do pomieszczeń. W naszym klimacie wymaga więc
zainstalowania jeszcze jakiegoś alternatywnego źródła ciepła, co
generuje kolejne koszty.
Co więc możemy zyskać decydując się na zainstalowanie pompy ciepła?
Na pewno większą korzyść odniesiemy, jeśli ogrzewanie za pomocą
pompy ciepła uwzględnimy już w planach wykonania domu. Nie będzie
wtedy konieczne wybudowanie np. komina do pieca, czy
wygospodarowanie miejsca na przechowywanie drewna. Wśród cech, które
cenią sobie (jeszcze nieliczni) posiadacze owej technologii,
wymienić należałoby również brak emisji zanieczyszczeń w miejscu
eksploatacji, możliwość wykorzystania urządzenia do chłodzenia
pomieszczeń oraz komfort użytkowania – cichość pracy i
bezobsługowość. Niestety, jeśli pod uwagę bierzemy przede wszystkim
aspekt ekonomiczny, to ogrzewanie wykorzystujące pompy cieplne nie
będzie dla większości z nas rozwiązaniem opłacalnym. Żeby nie być
gołosłownym, przedstawmy to, co najlepiej trafia do większości z
nas, czyli uproszczoną analizę porównawczą kosztów instalacji i
ewentualnych oszczędności wynikających z jej eksploatacji.
Najpierw przy pomocy strony internetowej
http://www.systemogrzewania.pl/
oszacujmy nasze zapotrzebowanie na ciepło. Wybierając odpowiednią
powierzchnię i zgadzając się na proponowaną moc potrzebną do
ogrzania 1 m2, której wartość została podana dla niedawno budowanego
domu jednorodzinnego z izolacją ścian o grubości 15 cm i oknami PCW
o niskim współczynniku przenikania ciepła, otrzymamy, co widać w
poniższej tabeli, zapotrzebowanie na ciepło w wysokości 16.500 kWh.
Budynek | jednostka | wartość |
Powierzchnia ogrzewana | m2 | 100 |
Średnia wysokość pomieszczeń | m | 2,6 |
Moc potrzebna do ogrzania 1 m2 pow. | W/m2 | 50 |
Moc potrzebna do ogrzania budynku | kW | 5 |
Sezonowe zapotrzebowanie na cele c.o. | kWh/m2 | 120 |
Roczne zużycie energii na ogrzewanie | kWh | 12.000 |
Zużycie energii do ogrzania wody | kWh | 4.500 |
Całkowite zużycie energii | kWh | 16.500 |
Koszt zakupu takiej ilości energii elektrycznej każdego roku, a
właściwie do czasu jakiejś podwyżki, wyniósłby 8.867 zł brutto
[(16.500 kWh * (0,2713+0,1509+0,007) zł/kWh + 12 miesięcy *
(4,5+4,13+1,95) zł/miesiąc) * 1,23 (VAT)].
Chcąc zmniejszyć ten wydatek, moglibyśmy zainwestować w pompę
ciepła. To, o ile jesteśmy w stanie go zminimalizować zależy od
współczynnika efektywności (COP[1]).
Zakładając, że temperatura gruntu jest stała i wynosi około 10ºC, a
temperaturę górnego źródła ciepła określimy na 50ºC, to COP wg badań
przeprowadzonych przez Politechnikę Gdańską wynosi około 2,6.
Producenci pomp ciepła umieszczają natomiast w swoich ofertach
wartość oscylującą między 3 a 5,5 [np. podawane są wartości: 4,77 (Danfoss);
5,42 (Danfoss); 5 (Buderus); 4,5÷4,7 (Dimplex)]. Obliczmy więc zyski
dla obu wariantów, w pierwszym „akademickie” COP równe 2,6; w drugim
przyjmijmy optymistycznie COP wynoszące 5.
W pierwszym przypadku zmniejszylibyśmy nasze wydatki na ogrzewanie
do 3.410 zł (8.867 zł / 2,6), a w drugim do 1.773 zł (8.867 zł / 5).
Z powyższego wynika, że co roku zaoszczędzilibyśmy około 5.457 zł
(8.867-3.410) dla wariantu pesymistycznego (COP=2,6) i około 7.094
zł (8.867-1.773) dla wariantu optymistycznego (COP=5). Całkiem
sporo, przyjmując nawet gorszy wariant. Sprawdźmy zatem po jakim
czasie nasza inwestycja rzeczywiście zaczęłaby przynosić nam zyski.
Jak wynika z powyższego przykładu, do ogrzania naszych 100 m2
potrzebujemy urządzenia o mocy 5 kW. Jako że pompą cieplną mamy
zamiar ogrzewać również wodę, obieramy jako adekwatną moc pompy
wartość 6,5 kW. Koszt takiego urządzenia waha się pomiędzy 15 a 20
tys. zł. Nie jest to jednak jedyny wydatek. Spójrzmy, jakie koszty
dodatkowe musimy ponieść na cały system, by prawidłowo pracował:
Opcje | Produkt | Cena ok. | |
![]() |
Gruntowa pompa ciepła 6 kW | 18.000 zł | |
![]() |
Zestaw instalacyjny dolnego źródła oraz instalacja pompy ciepła - pompa obiegowa, grupa bezpieczeństwa, naczynie przeponowe dolnego źródła - dostawa wraz z montażem | 2.500 zł | |
![]() |
System odwiertów dolnego źródła 110 m | 8.000 zł | |
![]() |
(+10%) Przewymiarowany system odwiertów dolnego źródła 120 m | 9.000 zł | |
![]() |
(+20%) Przewymiarowany system odwiertów dolnego źródła 130 m | 10.000 zł | |
Górne źródło pompy ciepła - Ogrzewanie podłogowe/ścienne | |||
![]() |
Ogrzewanie podłogowe/ścienne dla domu 100 m² | 9.000 zł | |
![]() |
Zestaw instalacyjny c.o. - pompa obiegowa, grupa bezpieczeństwa, naczynie przeponowe centralnego ogrzewania - dostawa wraz z montażem. Podłączenie pompy ciepła do istniejącej (napełnionej oraz odpowietrzonej) instalacji c.o. | 1.500 zł | |
![]() |
Zasobnik do ciepłej wody użytkowej dwuwężownicowy o pojemności 200 dm³ z dodatkową grzałką 2 kW | 2.000 zł | |
![]() |
Zestaw instalacyjny c.w.u. - zawór trójdrożny, grupa bezpieczeństwa, naczynie przeponowe ciepłej/zimnej wody użytkowej - dostawa wraz z montażem | 1.000 zł | |
Suma | 33.000 zł |
Z łatwością zauważymy, że nasza kwota wzrośnie mniej więcej
dwukrotnie. Doliczając do otrzymanego wyniku podatek w wysokości 8%,
do zapłacenia mamy jedyne 35.640 zł. Dodajmy, że jest to wynik
przeciętny. Przyjmując więc 36 tys. zł za nasz koszt inwestycyjny,
zakładając bezawaryjność i niepogarszającą się sprawność naszej
instalacji, niezmienność cen na rynku paliw i parę innych
drobniejszych uproszczeń, otrzymamy, że w pesymistycznym przypadku
inwestycja zacznie przynosić zyski po bagatela 7 latach (36.000 zł :
5.457 zł = 6.597). Jeżeli zaś pod uwagę weźmiemy dane podawane przez
producentów pomp ciepła, wartość ta zmniejszy się do 5 lat (36.000
zł : 7.094 zł = 5.074).
Tyle, że energia elektryczna jest przeważnie jednym z najdroższych
rozwiązań otrzymywania energii do ogrzewania i rzadko kto z niego
korzysta. By otrzymany wynik uczynić bardziej „życiowym”, porównajmy
go z innym źródłem ciepła – chociażby gazem.
Jako że nasze roczne zapotrzebowanie na ciepło wynosi 16.500 kWh, a
gwarantowane ciepło spalania 1 m3 gazu ziemnego
wysokometanowego wynosi nie mniej niż 38 MJ, nasze zapotrzebowanie
na gaz jest równe około 1.563 m3
[(16.500*103*3,6*103 J):(38*106
J/m3) = 1.563,16 m3].
Koszt uzyskania takiej ilości gazu obliczymy z poniższego wzoru
zaczerpniętego z taryfy Polskiego Górnictwa Naftowego i Gazownictwa[2]
(za dystrybutora obieramy Mazowiecką Spółkę Gazownictwa; nasz
przypadek mieści się w przedziale pomiędzy 1.200 a 8.000 m3/rok
oznaczonym przez jeden z symboli W-3.6, W-3.9 oraz W-3.12.T ;
wybieramy pierwszą opcję).
Ok = C * Q + Szs * Q + Sss * k + Sa * k
gdzie:
Ok – opłata za dostawę paliwa gazowego w ramach umowy kompleksowej [zł] C – cena paliwa gazowego [zł/m3] Q – ilość paliwa gazowego dostarczonego w okresie rozliczeniowym [m3] Szs – stawka sieciowa opłaty zmiennej [zł/m3] Sss – stawka sieciowa opłaty stałej [zł/miesiąc] k – liczba miesięcy w okresie rozliczeniowym Sa – stawka opłaty abonamentowej [zł/miesiąc]
Z tego samego dokumentu[2]
odczytujemy, że w naszym przypadku C = 1,1207 zł/m3, Szs
= 0,3049 zł/m3, Sss = 48,30 zł/miesiąc, Sa
= 8,20 zł/miesiąc, k = 12 miesięcy, a obliczone wcześniej Q =
1.563,16 m3 , więc w przybliżeniu Qk = 2.906 zł
(1,1207*1.563,16 + 0,3049*1.563,16 + 48,30*12 + 8,20*12 = 2.906,04)
Do tego doliczamy należny podatek VAT w wysokości 23% VAT, co daje
ostatecznie 3.574 zł.
Porównując więc instalację z pompą ciepła z instalacją działającą na
gaz, sprawdzamy „od kiedy” zachodzi nierówność 36.000 + 3.410x <
3.574x , gdzie „x” to lata, po których instalacja z pompą ciepła
będzie bardziej opłacalna
(tzn. koszt instalacji pompy + koszt uzyskiwania energii z pompą
ciepła przez rok * liczba lat
ma być mniejszy niż koszt uzyskiwania energii w instalacji gazowej *
liczba lat).
Po przekształceniach otrzymujemy x>36.000:(3.574-3.410), czyli nasza
inwestycja zwróci się... po… uwaga 220 latach (!).
Jeżeli zaś przyjmiemy nasz optymistyczny scenariusz, otrzymamy 20
lat (36.000 + 1.773x < 3.574x, czyli x>19,989). W naszych obliczeniach powinniśmy dodać jeszcze koszt kotła gazowego (przyjmijmy - 8 000 zł), wówczas przy optymistycznym wariancie czas zwrotu kosztów zmniejszy się do 15,5 lat.
Ani pierwszy, ani drugi okres oczekiwania na zwrot kosztów nie
wymaga chyba dla nikogo żadnego komentarza...
Zapewne możliwe byłoby takie „dopasowanie” wartości, że pompa ciepła
okazałaby się bardziej ekonomicznym wyborem niż tak popularny
obecnie gaz. Miałoby to zapewne miejsce w sytuacji, gdy nie
posiadamy jeszcze żadnego systemu grzewczego i nasze zapotrzebowanie
na ciepło byłoby wystarczająco duże, a dodatkowo latem
wykorzystalibyśmy pompę ciepła do obniżenia temperatury pomieszczeń.
Nie będziemy jednak szukać takich rozwiązań. Bezsensem byłoby
analizowanie kolejnych przypadków, uwzględniających coraz to
bardziej szczegółowe zmienne i stałe. Co warto natomiast zrobić, to
oczywiście przeanalizować własną sytuację, posługując się powyższymi
obliczeniami.
Tak czy inaczej, nie należy się spodziewać, że inwestycja w pompę
ciepła będzie cudownym rozwiązaniem. Pozwoli ona co prawda na
ograniczenie rocznych kosztów na zakup energii, ale jednocześnie
wymaga sporych nakładów „na wejściu” (chyba, że ktoś nam to
urządzenie podaruje). Ja, póki co, idę szukać kolejnych rozwiązań
technologicznych, które summa summarum dogonią kosztowo
najpopularniejsze wciąż rozwiązania gazowo-węglowe.
[1] COP – z ang. Coefficient of Performance, to stosunek mocy grzewczej wyprodukowanej przez pompę ciepła do mocy elektrycznej pobranej przez nią.
[2] Taryfa w zakresie dostarczania paliw gazowych Nr 4/2011 dotyczy rozliczeń z Odbiorcami pobierającymi paliwa gazowe z sieci dystrybucyjnej Mazowieckiej Spółki Gazownictwa sp. z o.o.; Warszawa, lipiec 2011 r.