Ile kosztuje podgrzewanie wody użytkowej przez powietrzną pompę ciepła?

Niniejsze opracowanie poświęcone jest analizie techniczno-ekonomicznej zastosowania w systemach podgrzewu ciepłej wody użytkowej sprężarkowych pomp ciepła, w których dolnym źródłem jest powietrze wentylacyjne (atmosferyczne).

Pompa ciepła podgrzewa ciepłą wodę użytkową, wykorzystując do tego celu energię cieplną z powietrza wentylacyjnego budynku.
W pełni pokrywa ona całkowite zapotrzebowanie domu jednorodzinnego na ciepłą wodę użytkową. Dzięki zastosowaniu pompy ciepła można jednocześnie osiągnąć dwa efekty energetyczne: bardzo oszczędnie podgrzewać ciepłą wodę i jednocześnie chłodzić wnętrze budynku latem.Pomieszczenie, w którym instaluje się urządzenie powinno być ciepłe (np. kotłownia,piwnica, poddasze).
Jednak najlepiej sprawdza się ona w pomieszczeniach, gdzie pracują już inne urządzenia emitujące ciepło: pralnia, suszarnia czy spiżarnia. W pomieszczeniach tych pompa ciepła będzie ochładzać powietrze i jednocześnie osuszać je. Ta ostatnia własność stanowi niewątpliwą zaletę pompy ciepła, szczególnie, gdy zainstalujemy ją w pralni, suszarni czy piwnicy. Okaże się szybko, że ciepła woda podgrzewana jest bardzo ekonomicznie, a pomieszczenia są suche, wolne od wilgoci, pleśni i nieprzyjemnych zapachów.
Powietrze z wnętrza budynku zostaje zassane przez pompę ciepła, ochłodzone i znowu wytłoczone do pomieszczenia. Jednocześnie z powietrza, na powierzchni parownika, zostaje wykroplona wilgoć, w konsekwencji czego powietrze wypływające z pompy ciepła jest suche i chłodne. W ten właśnie sposób realizowane jest ochładzanie budynku latem dzięki pompie ciepła.

Pompa ciepła pracująca na cele c.w.u (rys. 1 )

Wentylator pompy ciepła zasysa ciepłe powietrze  z pomieszczenia i przetłacza je przez parownik (wymiennik ciepła), na którym powietrze to jest ochładzane o ok. 5-7 K, a dalej usuwane jest np. na zewnątrz budynku lub do tego samego pomieszczenia. Dzięki temu niewielkiemu wychłodzeniu powietrza, pompa ciepła odbiera z niego dużą ilość ciepła, które wykorzystane będzie do podgrzewania ciepłej wody użytkowej w zasobniku np. 270-litrowym. Latem zaś, ciepłe powietrze zasysane jest z zewnątrz budynku, a to nieco schłodzone na parowniku może być kierowane do wnętrza budynku.

Pompy ciepła do podgrzewania ciepłej wody użytkowej sprawdzają się świetnie jako samodzielny lub uzupełniający system przygotowania ciepłej wody w budynku mieszkalnym. Pompa ciepła ma wbudowaną w zbiornik, stalową wężownicę, do której można podłączyć instalację słoneczną, kominek z płaszczem wodnym lub kocioł na paliwo stałe (rys. 2 ). Jest to niewątpliwa zaleta tego urządzenia, bo pozwala na wykorzystanie nadwyżkiciepła z kominka lub kotła do podgrzewania wody. Zimą (rys. 3 ), gdy palimy
w kominku lub kotle, woda podgrzewana jest przez wężownicę, a gdy kominek/kocioł zgaśnie, podgrzewanie wody przejmuje pompa ciepła.

 Analiza ekonomiczna podgrzewania wody użytkowej
Wyniki pomiarów cieplno-przepływowych na przykładzie pompy ciepła Logatherm WPT270

1. Temperatura podgrzewanej wody
Podczas prób, podgrzewana woda osiągnęła w zasobniku temperaturę ~ 60oC.
2. Zużycie energii elektrycznej
Całkowita ilość energii elektrycznej zużytej podczas podgrzewania wody przez pompę ciepła: (od temperatury +15,5oC do
+59,6oC) 4,9 kWh.
3. Czas podgrzewania wody
Temperatura początkowa wody w zasobniku: +15,5oC
Uzyskana podczas próby, temperatura podgrzewanej wody: ~ 60oC
Czas podgrzewania wody: ~ 7 godzin
4. Szybkość podgrzewania wody
Na wykresie nr 1 przedstawiono dynamikę przyrostu temperatury podgrzewanej wody w zasobniku w zależności od upływającego czasu pracy pompy ciepła.
Z wykresu można odczytać, że temperaturę podgrzewanej wody w zasobniku o wartości +49oC pompa ciepła osiąga po upływie 5 godzin i 50 minut od początku procesu jej podgrzewania.
5. Koszt podgrzewania wody w zależności od temperatury.
Na wykresie nr 2 przedstawiono koszty podgrzewania wody przez pompę ciepła w zależności od temperatury podgrzewanej wody.
Zatem koszt podgrzania 270 dm3 (litrów) wody od +15,5oC do +49oC wynosi około 1,77 zł, przy założeniu ceny energii elektrycznej na poziomie 0,52 zł za 1 kWh.

Podsumowując, pompa ciepła uzasadniona ekonomicznie…

Pompa ciepła pozyskuje około 70% potrzebnej energii cieplnej do podgrzewania c.w.u. z powietrza wentylacyjnego. W ten sposób
koszty podgrzewania ciepłej wody zostają zminimalizowane aż o 2/3. Do podgrzania 270 dm3 wody do temperatury 45oC powietrzną pompą ciepła potrzebujemy około 5 godzin, koszt zaś jej uzyskania wynosi około 1,50 zł (przy założeniu ceny energii elektrycznej na poziomie 0,52 zł/kWh).
Podgrzewa ona wodę niezależnie od warunków pogodowych, jedynym warunkiem jest temperatura powietrza zasysanego przez pompę ciepła powyżej -10oC, poniżej tej temperatury załącza się grzałka elektryczna lub dodatkowe źródło ciepła.
Do pompy ciepła można podłączyć instalację słoneczną, kominek z płaszczem wodnym lub kocioł na paliwo stałe dzięki wbudowanemu
wymiennikowi ciepła w postaci wężownicy wewnątrz pompy ciepła jako dodatkowe źródło ciepła. Idealnie omawiane urządzenie nadaje się do modernizacji istniejących instalacji c.w.u., dzięki niewielkiej cenie (około 9000 zł) i niskiej eksploatacji jest ona do tego celu uzasadniona pod względem ekonomicznym.
Fot., rys. Buderus