Nabici w pompę…?

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.

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).

O_k = C * Q + S_zs * Q + S_ss * k + S_a * 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, S_zs = 0,3049 zł/m³, S_ss = 48,30 zł/miesiąc, S_a = 8,20 zł/miesiąc, k = 12 miesięcy, a obliczone wcześniej Q = 1.563,16 m³ , więc w przybliżeniu Q_k = 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.