Pompa ciepła czy bufor z grzałką?

Odpowiemy na pytanie co jest lepsze: pompa ciepła czy bufor z grzałką?

Znaleźć można opinie, że prostym i ekonomicznym rozwiązaniem do ogrzewania domu jest bufor ciepła z grzałką elektryczną. Co więcej, niektórzy twierdzą, że to rozwiązanie jest nawet lepsze od pompy ciepła. Czy to faktycznie prawda, i jeśli tak, to dlaczego?

Odpowiedzi na te pytania poniżej.

Połączenie bufora z grzałką elektryczną oraz korzystanie z innych źródeł ogrzewania elektrycznego:

• maty grzewcze;
• kotły indukcyjne

może wydawać się atrakcyjne. Istnieje jednak duże prawdopodobieństwo, że nie spełnią one wymagań określonych w Warunkach Technicznych na rok 2021. A co się stanie, jeśli te wymagania nie zostaną spełnione? Wówczas inwestor nie otrzyma pozwolenia na budowę, chyba że budynkiem jest dom pasywny. W domu pasywnym zastosowanie każdego źródła ciepła pozwala spełnić wymagania WT 2021.

Pomijając kwestie prawne, przyjrzyjmy się ekonomii – które rozwiązanie jest bardziej opłacalne: pompa ciepła czy bufor z grzałką?

ANALIZA – założenia

W celu zrozumienia, które z tych rozwiązań jest lepsze – bufor z grzałką elektryczną czy pompa ciepła – przeprowadziliśmy analizę, uwzględniając następujące założenia:

• dom zbudowany zgodnie z Warunkami Technicznymi na rok 2021,
• powierzchnia użytkowa budynku wynosząca 150m2,
• zastosowane instalacje: ogrzewanie podłogowe, rekuperacja,
• ogrzewanie ciepłej wody użytkowej dla 4 osób.

Przy takich parametrach budynku i spełnieniu obowiązujących Warunków Technicznych, można zakładać, że zapotrzebowanie na energię do pokrycia strat przez przenikanie ciepła i wentylację wynosi około 70 kWh/(m2*rok). Dodatkowo, należy uwzględnić zapotrzebowanie na energię do przygotowania ciepłej wody użytkowej, które dla czteroosobowej rodziny wynosi około 4 000 kWh/rok. Sumując te wartości, otrzymujemy całkowite zapotrzebowanie na energię cieplną wynoszące około 14 500 kWh. Taka ilość energii jest potrzebna do zapewnienia komfortu cieplnego i przygotowania ciepłej wody użytkowej w budynku o wyznaczonych założeniach.

Aby dostarczyć taką ilość energii cieplnej, konieczne jest użycie źródła ciepła, które może być:

• pompą ciepła;
• grzałką elektryczną w buforze;
• lub kotłem grzewczym.

Jednak skoncentrujmy się na porównaniu pompy ciepła z grzałką elektryczną, aby ustalić, które z tych rozwiązań jest bardziej opłacalne.

Pompa ciepła kontra bufor z grzałką

Aby dokładnie ocenić, które z tych dwóch rozwiązań jest lepsze, musimy przyjąć pewne założenia. W naszej analizie zakładamy, że używamy powietrznej pompy ciepła, ponieważ jest to obecnie najpopularniejszy typ pompy na rynku. Założyliśmy również, że współczynnik wydajności (COP) pompy ciepła wynosi 3,2.

COP wynoszący 3,2 nie jest przesadnie wysoką wartością, biorąc pod uwagę różnorodność dostępnych na rynku pomp ciepła, które mogą mieć wyższą lub niższą sprawność. W celu uśrednienia tej wartości, przyjęliśmy COP na poziomie 3,2. W przypadku grzałki elektrycznej, sprawność wynosi 100%, co odpowiada COP równemu 1.

Oznacza to, że przy grzałce elektrycznej z 1 kWh energii elektrycznej można uzyskać 1 kWh energii cieplnej, podczas gdy w przypadku pompy ciepła o COP=3,2, z 1 kWh energii elektrycznej można uzyskać 3,2 kWh energii cieplnej.

Znając ilość energii potrzebnej do ogrzania budynku – 14,5 tys. kWh – oraz sprawność tych urządzeń, możemy obliczyć zużycie energii elektrycznej. Wystarczy podzielić zapotrzebowanie przez współczynnik wydajności urządzenia, aby uzyskać ilość energii elektrycznej potrzebnej do dostarczenia wymaganej ilości ciepła. Prosta matematyka pokazuje, że pompa ciepła zużyje ponad 3 razy mniej energii elektrycznej niż grzałka elektryczna w buforze, lub jakiekolwiek inne źródło ciepła zasilane energią elektryczną.

Jak to wpływa na koszty?

Koszty energii elektrycznej

Aby obliczyć koszty ogrzewania pompą ciepła i grzałką elektryczną, musimy również przyjąć pewne założenia. W Polsce najpopularniejszą taryfą energetyczną dla gospodarstw domowych jest taryfa G11. Pierwsza litera „G” oznacza, że taryfa ta jest przeznaczona dla gospodarstw domowych, pierwsza cyfra „1” wskazuje, że dotyczy obiektów o mocy umownej do 40 kW, a druga cyfra „1” definiuje, że instalacja pracuje tylko w jednej strefie czasowej – w ciągu dnia. Taryfa G11 jest więc jednostrefowa, a cena za kilowatogodzinę pozostaje stała przez całą dobę. Z kolei taryfa G12 obejmuje dwie strefy czasowe: dzienną i nocną, z tańszym prądem w nocy. W naszej analizie założyliśmy, że pompa ciepła działa w taryfie G11, a koszt 1 kWh energii elektrycznej wynosi 70 groszy.

Przyjęliśmy, że pompa ciepła działa w jednostrefowej taryfie z dwóch powodów. Po pierwsze, głównym celem pompy ciepła jest utrzymanie komfortu cieplnego w budynku, co zazwyczaj wymaga nieco wyższej temperatury w ciągu dnia. Po drugie, ogrzewanie budynku pompą ciepła w układzie dwustrefowym nie jest zazwyczaj optymalnym rozwiązaniem ze względu na niższą temperaturę powietrza w nocy, co obniża sprawność urządzenia.

W dwustrefowym systemie, w którym 40% energii elektrycznej zużywanej jest w strefie 1., a 60% w strefie 2. W takim systemie koszt energii elektrycznej wyniósłby około 8 400 zł rocznie. Nawet jeśli cała energia elektryczna byłaby zużywana w strefie 2., roczny koszt wyniósłby około 6 500 zł.

Jak to wpływa na oszczędności? Porównując koszty ogrzewania pompą ciepła do grzałki elektrycznej w jednostrefowej taryfie, oszczędności wynoszą aż 7 100 zł. W przypadku porównania pompy ciepła do grzałki elektrycznej, która działa w jednostrefowej taryfie w 40% i w dwustrefowej taryfie w 60%, oszczędności wynoszą 5 300 zł na korzyść pompy cieplnej. Nawet w porównaniu do grzałki, która działa tylko w dwustrefowej taryfie, oszczędności wynoszą prawie 3 500 zł.

To pokazuje, że nawet przy maksymalnym obniżeniu kosztów energii elektrycznej, pompa ciepła w jednostrefowej taryfie nadal byłaby o wiele mniej kosztownym rozwiązaniem pod względem kosztów eksploatacyjnych.

Koszty eksploatacyjne to jednak nie wszystko. Niektórzy inwestorzy obawiają się, że niskie koszty eksploatacyjne w przypadku pompy ciepła nie zrekompensują kosztów inwestycyjnych związanych z zakupem i montażem całego systemu. To właśnie z tego powodu pojawiły się pomysły, aby zainstalować w budynku grzałkę elektryczną w buforze, która nagrzeje wodę w tańszej nocnej taryfie. Energia zgromadzona w ten sposób mogłaby zostać wykorzystana w ciągu dnia. Przeanalizujmy teraz techniczne i ekonomiczne aspekty tego rozwiązania.

Pojemność bufora – problemy techniczne

Na początek rozważmy, jaką pojemność musiałby mieć bufor, aby zgromadzić wystarczającą ilość energii do ogrzania budynku na całą dobę za pomocą ogrzewania podłogowego. Przy powierzchni budynku wynoszącej 150 m2 i układaniu pętli ogrzewania podłogowego o długości 80 m, uzyskalibyśmy około 1 400 metrów bieżących rur. Przy średnim przepływie wody wynoszącym 1,2 litra na minutę, układ ogrzewania podłogowego musiałby przepompować prawie 22 litry wody na minutę.

Zakładając temperaturę początkową w buforze na poziomie 30 stopni Celsjusza i temperaturę końcową na poziomie 70 stopni Celsjusza, wygrzanie bufora o pojemności 1 000 litrów zajęłoby około 5 godzin. Taka ilość wody pozwoliłaby na ogrzewanie budynku przez około 4,5 godziny. Niestety po tym czasie konieczne byłoby rozpoczęcie procesu nagrzewania od nowa.

Widać więc, że bufor o pojemności 1 000 litrów nie byłby w stanie dostarczyć wystarczającej ilości ciepła do ogrzania budynku przez całą dobę.

Spójrzmy jeszcze na ten problem z perspektywy energetycznej. Gdyby przez 24 godziny temperatura na zewnątrz utrzymywała się na poziomie -10 stopni Celsjusza, to przy zapotrzebowaniu budynku na moc wynoszącej 6 kW, zapotrzebowanie na energię w ciągu doby wyniosłoby 144 kWh. Wspomniany bufor o pojemności 1 000 litrów, nagrzany do temperatury 70 stopni Celsjusza, pozwoliłby dostarczyć 37 kWh energii, co stanowiłoby około 25% zapotrzebowania na energię. To daleko jeszcze do osiągnięcia komfortu cieplnego.

Chcąc dostarczyć potrzebną ilość ciepła, bufor musiałby być znacznie większy, a jego pojemność wyraźnie przewyższałaby 1 000 litrów. Jednak zwiększenie pojemności bufora wiązałoby się z kosztami związanymi z zakupem i montażem większego zbiornika, co zmniejszałoby atrakcyjność finansową tego rozwiązania. Ponadto, większy bufor zajmowałby więcej miejsca, co również może być problematyczne w przypadku niewielkich pomieszczeń technicznych.

Bufor z grzałką elektryczną – koszty operacyjne

Kolejnym aspektem, który warto rozważyć, są koszty eksploatacyjne bufora z grzałką elektryczną. Zakładając, że bufor ma pojemność 1 000 litrów i jest wykorzystywany do podgrzewania wody w nocy, występują pewne utraty ciepła w trakcie przechowywania. Bufor musi być doskonale izolowany, aby te straty były minimalne, ale i tak zdarzają się one w pewnym stopniu.

Bufor musi być też podłączony do źródła zasilania elektrycznego, co generuje koszty związane z instalacją oraz koszty związane z energią elektryczną potrzebną do podgrzania wody. Dla bufora o pojemności 1 000 litrów, podgrzanie wody z temperatury 30 stopni Celsjusza do 70 stopni Celsjusza może kosztować około 10-20 zł, w zależności od lokalnych cen energii elektrycznej.

Jednak to nie koniec kosztów. Bufor z grzałką elektryczną musi być również regularnie serwisowany, aby zapewnić jego prawidłowe działanie. To dodatkowe koszty, które trzeba uwzględnić w analizie. Ostatecznie koszty eksploatacyjne bufora z grzałką elektryczną mogą być znaczące, a wydajność takiego systemu jest ograniczona ze względu na pojemność bufora.

Porównanie ekonomiczne

Podsumowując, analiza ekonomiczna wskazuje, że pompa ciepła jest znacznie bardziej opłacalnym rozwiązaniem niż bufor z grzałką elektryczną. Nawet przy uwzględnieniu potencjalnych oszczędności na kosztach inwestycyjnych, koszty operacyjne i techniczne ograniczenia bufora z grzałką elektryczną sprawiają, że pompa ciepła jest bardziej efektywnym i ekonomicznym źródłem ciepła dla domu.

Warto również zwrócić uwagę na aspekty ekologiczne. Pompa ciepła, szczególnie ta oparta na źródłach odnawialnych, jest znacznie bardziej przyjazna dla środowiska niż grzałka elektryczna zasilana energią ze spalania paliw kopalnych.

Podsumowanie

Pompa ciepła pozostaje bardziej opłacalnym i efektywnym rozwiązaniem w porównaniu do bufora z grzałką elektryczną, szczególnie w przypadku nowych budynków spełniających aktualne normy budowlane. Pompa ciepła oferuje znaczne oszczędności na kosztach eksploatacyjnych i jest bardziej przyjazna dla środowiska. Dzięki temu jest atrakcyjnym wyborem dla inwestorów poszukujących efektywnego i zrównoważonego systemu ogrzewania.

Jednak każdy projekt jest unikalny, a wybór odpowiedniego systemu ogrzewania zależy od wielu czynników, takich jak:

• lokalizacja geograficzna;
• dostępność paliw i źródeł energii;
• koszty inwestycyjne;
• preferencje inwestora.

Dlatego zawsze warto skonsultować się z nami profesjonalistami w dziedzinie HVAC (ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja), którzy pomogą wybrać najlepsze rozwiązanie dla konkretnego projektu.