Porównanie 2 systemów pomp ciepła: ocena kosztów i wydajności przy przejściu na grzejniki niskotemperaturowe

Systemy z pompą ciepła w projektach modernizacyjnych

Na potrzeby naszej symulacji porównaliśmy dwa systemy pomp ciepła w domu jednorodzinnym z lat 70-tych zlokalizowanym w środkowej Finlandii. Dom ma powierzchnię 150 m², a jego zapotrzebowanie na ciepło, w tym na ogrzewanie pomieszczeń i ciepłą wodę użytkową, wynosi 9,5 kW. Warunki klimatyczne są dość wymagające, a projektowa temperatura zewnętrzna wynosi -29°C.

Pierwszy system składa się z pompy ciepła powietrze-woda początkowo połączonej ze starym systemem grzejników o temperaturach projektowych 78/64/21 °C, a następnie z nowoczesnymi grzejnikami płytowymi dostosowanymi do ogrzewania niskotemperaturowego o temperaturze 55/40/21 °C. Drugi przypadek to gruntowa pompa ciepła, również najpierw połączona ze starym systemem grzejników o temperaturze projektowej 78/64/21°C, a następnie z nowym systemem grzejników niskotemperaturowych o temperaturze 55/40/21°C. 

Obliczenia dla tych systemów zostały wykonane przy użyciu oprogramowania do wymiarowania pomp ciepła NIBE DIM. Wybrane modele pomp ciepła to pompa ciepła powietrze-woda Nibe S2125-8 i gruntowa pompa ciepła Nibe F1155-12.

Wyniki wydajności pompy ciepła

Powodem, dla którego nie porównujemy tylko dwóch pomp ciepła, ale także ich wydajność w połączeniu z różnymi grzejnikami, jest ponowne pokazanie, jak ważne jest rozważenie systemu grzewczego jako całości. Mikko Iivonen, emerytowany doradca ds. badań i rozwoju w Grupie Purmo, mówi: "Podczas wymiany źródła ciepła w systemie grzewczym, takiego jak kocioł gazowy lub olejowy, na pompę ciepła, nie zawsze rozumie się, jak ważna jest również wymiana emiterów ciepła, aby dopasować je do systemu niskotemperaturowego. Pozwoli to na obniżenie temperatury systemu, co z kolei zapewni efektywność energetyczną i oszczędność systemu grzewczego opartego na pompie ciepła".

"Co więcej, często uważa się, że tylko ogrzewanie podłogowe nadaje się do pomp ciepła. Jest to jednak błąd. Grzejniki niskotemperaturowe są doskonałym rozwiązaniem, szczególnie w przypadku renowacji. Grzejniki są bardzo energooszczędne. Szybko reagują na zmiany temperatury w pomieszczeniu pod kontrolą termostatu, a straty ciepła są niższe niż w przypadku konkurencyjnych systemów".

Czytaj więcej: Pompa ciepła i systemy niskotemperaturowe

W naszej symulacji wyraźnie widać, że gdy temperatura projektowa systemu grzewczego zostanie zmieniona z 78/64/21 °C na 55/40/21 °C, a stare grzejniki zostaną zastąpione nowymi, wydajność systemu znacznie się poprawi, a zużycie energii elektrycznej proporcjonalnie spadnie.

Pompa ciepła powietrze-woda: Pompa ciepła gruntowa:

- SPF pompy ciepła: +19,7% - SPF pompy ciepła: +26,4%

- SPF systemu: +17,2% - SPF systemu: +29,6%

- Oszczędność energii: 17,2% - Oszczędność energii: 29,6%

SPF = Seasonal performance factor - sezonowy współczynnik efektywności

 

	Powietrze-woda		Pompa ciepła gruntowa
	78/64/21 °C	55/40/21 °C	78/64/21 °C	55/40/21 °C
Całkowita energia grzewcza	2,4631 kWh (of which 4,500 kWh for domestic hot water)
Moc pompy ciepła	21,661	22,096	24,244	24,631
Dodatkowe zapotrzebowanie na ciepło	2,969	2,533	3,87	0
Zużycie energii przez pompę ciepła	8,163	6,954	7,896	6,319
Zakupiona energia elektryczna	11,246	9,596	8,451	6,519
Współczynnik SPF pompy ciepła	2,654	3,178	3,070	3,879
Współczynnik SPF systemu SPF	2,190	2,567	2,915	3,778

Table: performance results of the heat pump calculations in simplified form. Energy unit = kWh/a

Wykresy

System 1: pompa ciepła powietrze-woda

Projektowane temperatury: 78/64/21 °C

Projektowane temperatury: 55/40/21 °C

 

System 2: pompa ciepła gruntowa

Projektowane temperatury 78/64/21 °C

Projektowane temperatury: 55/40/21 °C

Analiza wyników obliczeń

Roczny współczynnik ciepła całego systemu grzewczego (systemu SPF) zapewnia lepszy obraz efektywności energetycznej i zużycia energii elektrycznej w porównaniu z rocznym współczynnikiem ciepła pompy ciepła (SPF). W podanych przykładach, gdy wszystkie funkcje elektryczne, w tym dodatkowe ogrzewanie, są zasilane zakupioną energią elektryczną, zmiany w systemie SPF odpowiednio odzwierciedlają zużycie energii elektrycznej. 

Przejście na system niskotemperaturowy (55/40/21°C) poprawia roczny współczynnik ciepła systemu gruntowej pompy ciepła o około 30%. Ma to znaczący wpływ na roczne zużycie energii elektrycznej, zmniejszając je o około 30%. Przy taryfie energii elektrycznej w wysokości 0,17 €/kWh, średniej cenie energii elektrycznej bez podatków w Finlandii w czerwcu 2024 r., przekłada się to na około 430 € rocznych oszczędności. 

Zużycie energii elektrycznej przez system pompy ciepła powietrze-woda spada o około 17% po przejściu na system niskotemperaturowy, co przy taryfie 0,17 €/kWh przekłada się na około 280 € rocznych oszczędności.

Konkluzja i podsumowanie

Nasza symulacja potwierdza, że przy przejściu z tradycyjnego systemu grzewczego zasilanego olejem, gazem lub energią elektryczną na ogrzewanie pompą ciepła, kluczowa jest zmiana rozmiaru grzejników na system niskotemperaturowy, w którym temperatura wody wynosi 55°C lub mniej. Zapewnia to znaczne oszczędności energii i pozwala na dostosowanie grzejników do aktualnego zapotrzebowania na ciepło w pomieszczeniu, które mogło się zmniejszyć po interwencjach energetycznych, takich jak nowe okna lub dodatkowa izolacja, a także do układu pomieszczenia lub wystroju wnętrza. Ponadto zaobserwowano, że żywotność pompy ciepła wydłuża się po przejściu na system niskotemperaturowy. Niższe ciśnienie sprężarki powoduje mniejsze zużycie pompy ciepła. Należy jednak zauważyć, że zmiana rozmiaru grzejników jest zadaniem wykwalifikowanego specjalisty z branży instalacyjnej, który bierze pod uwagę zarówno wymagania energetyczne, jak i estetyczne.

Zgodnie z przykładami, w średniej wielkości domu jednorodzinnym z lat 70-tych, wybór pompy ciepła powietrze-woda skutkuje około 17% rocznymi oszczędnościami energii elektrycznej wynikającymi z wymiany grzejników, co odpowiada około 250-300 € rocznych oszczędności przy obecnych cenach energii elektrycznej. Z kolei w przypadku gruntowej pompy ciepła roczne oszczędności energii elektrycznej wynoszą około 30%, czyli 400-450 euro.

Mikko zauważa: "W Finlandii koszty inwestycyjne pomp ciepła zainstalowanych w domu jednorodzinnym, takim jak nasz przykład, wynoszą zazwyczaj od 12 000 do 16 000 euro w przypadku systemu pompy ciepła powietrze-woda i od 25 000 do 32 000 euro w przypadku systemu gruntowej pompy ciepła. Rentowność i czas zwrotu inwestycji można obliczyć znając roczne koszty operacyjne starego systemu, koszt inwestycyjny nowego systemu i roczne koszty operacyjne. W kilku krajach europejskich istnieją krajowe dotacje na przejście z kopalnych źródeł ciepła na systemy pomp ciepła".

Cena energii elektrycznej w Finlandii prawdopodobnie wzrośnie, ponieważ obecnie jest jedną z najniższych w Europie. Przyszłe wyższe ceny energii elektrycznej będą również sprzyjać bardziej energooszczędnym rozwiązaniom, takim jak przejście na system niskotemperaturowy. Mikko dodaje: "Powyższe obliczenia opierają się na warunkach klimatycznych środkowej Finlandii. Należy jednak pamiętać, że na wybór pompy ciepła, typu i modelu, ma wpływ kilka czynników, takich jak charakterystyka budynku, warunki klimatyczne, wartości ekologiczne, cena energii i perspektywy jej rozwoju, a kluczowym czynnikiem są koszty inwestycji. Można stwierdzić, że pompa ciepła powietrze-woda jest generalnie bardziej opłacalnym wyborem w cieplejszym klimacie, więc jeśli przeprowadzimy podobne obliczenia dla tego typu klimatu, spodziewamy się, że pompa ciepła powietrze-woda przyniesie lepsze wyniki".

Oszczędność energii

Jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące łączenia pompy ciepła z grzejnikami, zalecamy przeczytanie naszych dedykowanych artykułów poradnikowych. Jeśli potrzebujesz porady, jak najlepiej połączyć pompę ciepła z innymi komponentami systemu grzewczego, skontaktuj się z naszymi ekspertami. Chętnie udzielimy porad dostosowanych do indywidualnych potrzeb.

Kontakt