Pompa ciepła jest urządzeniem pozwalającym na przepływ ciepła ze strefy o niższej temperaturze do strefy o temperaturze wyższej. W przypadku sprężarkowych elektrycznych pomp ciepła, do funkcjonowania takiego procesu niezbędna jest jednak energia elektryczna pełniąca rolę energii napędowej. Uogólniając można powiedzieć, że pompy ciepła pozyskują 75% potrzebnego ciepła ze środowiska naturalnego, natomiast pozostałe 25% stanowi energia elektryczna potrzebna, aby instalacja działała. W przypadku ogrzewania elektrycznego 100% stanowi energia elektryczna.

Koszty inwestycyjne a koszty eksploatacyjne

Te dwie technologie: pompy ciepła i ogrzewanie elektryczne, charakteryzują się zupełnie przeciwnym rozkładem kosztów.

Pompy ciepła charakteryzują się stosunkowo wysokimi kosztami inwestycyjnymi, ale bardzo niskimi kosztami eksploatacji, natomiast przy względnie niskich kosztach eksploatacyjnych, ogrzewanie elektryczne wiąże się z wysokimi kosztami eksploatacyjnymi.

To co pozwala zmniejszyć różnice w kosztach inwestycyjnych, to większa dotacja w programie Czyste Powietrze, zarówno pod kątem intensywności, jak i wartości. W przypadku pomp ciepła powietrze/woda jest możliwe uzyskanie dofinansowania nawet do 13500 zł, a w przypadku pomp gruntowych ponad 20 tys. zł. Uwzględniając ulgę termomodernizacyjną, wartość dofinansowania sięga nawet do około 55% – komentuje Paweł Lachman, Prezes PORT PC

Rodzaje ogrzewania elektrycznego i pomp ciepła

Inwestor ma do dyspozycji kilka rodzajów ogrzewania elektrycznego: grzejniki montowane tradycyjnie – na ścianie lub elektryczne maty podłogowe. Ogrzewanie elektryczne, polega na przemianie energii elektrycznej w ciepło w elemencie oporowym, którym może być drut, pręt lub taśma metalowa.

W kontekście pomp ciepła, inwestor ma również kilka opcji wyboru rozwiązania: pompy gruntowe, powietrzne, wodne, czy też hybrydowe, jednak ich zasada działania polega na podobnym mechanizmie. Pompa ciepła wykorzystuje niskotemperaturową energię zakumulowaną w gruncie, wodach podziemnych lub powietrzu, stanowiących dolne źródło ciepła, a następnie przekazuje energię cieplną o wyższej temperaturze do instalacji centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej, czyli tzw. górnego źródła ciepła. Transport ciepła z ośrodka o niższej temperaturze do ośrodka o wyższej temperaturze jest możliwy jedynie przy udziale energii elektrycznej dostarczonej z zewnątrz do napędu sprężarki jako jednego z elementów obiegu termodynamicznego.

Sprawność urządzeń

Do określenia chwilowej sprawności pompy ciepła wykorzystuje się współczynnik efektywności Ceofficient Of Performance, w skrócie COP. Z kolei wskaźnik, który określa sezonową efektywność to projektowy Sesonal Ceofficient Of Performance w skrócie SCOP lub pomierzony na instalacji SPF (Sesonal Performance Factor).

Współczynnik efektywności zależy od różnicy temperatur pomiędzy dolnym a górnym źródłem ciepła. Im mniejsza różnica temperatur, tym efektywniej pracuje pompa ciepła. COP można obliczyć korzystając z danych technicznych mocy grzewczej i poboru mocy elektrycznej pompy ciepła (moc grzewcza/moc elektryczna potrzebna do napędu sprężarki).

Wyróżnia się COP chwilowe i sezonowe (SPF). Sezonowy współczynnik efektywności jest uśrednioną wartością z pełnego okresu pracy pompy ciepła przy zmianie parametrów jej pracy i jest bardziej istotny z punktu widzenia klienta.

Ogólnie rzecz biorąc, im wyższe współczynniki wydajności, tym wyższa jest wydajność instalacji. Wraz z rozwojem technologii, wzrastają wartości COP urządzeń. Obecnie mogą przekroczyć nawet COP = 5. To oznacza, że pompa ciepła pobierając 1 kWh energii elektrycznej, może wygenerować nawet 5 kWh ciepła.

Przekładając ten sam współczynnik dla tradycyjnego ogrzewania elektrycznego, COP kotła elektrycznego jest poniżej odpowiednika wartości COP=1. Oznacza to, że ogrzewanie stricte elektryczne, pobierając 1 kWh energii elektrycznej, wygeneruje maksymalnie 1 kWh ciepła.
W związku z tym, koszty eksploatacyjne tradycyjnego ogrzewania elektrycznego mogą być nawet pięciokrotnie wyższe, niż ogrzewania pompą ciepła. Dodatkowo, prawdopodobny wzrost cen energii elektrycznej z biegiem lat będzie skutkował zwiększaniem się tych kosztów.

Połączenie z fotowoltaiką

Częstym argumentem zwolenników tradycyjnego ogrzewania elektrycznego, jest możliwość połączenia go z instalacją fotowoltaiczną. Należy jednak pamiętać, że instalacja fotowoltaiczna, która miałaby pokryć zarówno potrzeby gospodarcze, które w tradycyjnym domu jednorodzinnym wynoszą około 3500 kWh rocznie i oprócz tego potrzeby ogrzewania, musiałaby być relatywnie bardzo duża i najlepiej wyposażona w magazyn energii, co z kolei przekładałoby się na wysokie koszty inwestycyjne.

W związku z tym, że pompa ciepła pobierając 1 kWh energii elektrycznej generuje nawet kilka razy więcej energii cieplnej niż w przypadku kotła czy mat elektrycznych, instalacja fotowoltaiczna, która pozwoli na jej zasilenie, nie musi być więc tak duża jak w przypadku tradycyjnego ogrzewania elektrycznego. Warto dodać, że dotacja z programu Mój Prąd przysługuje instalacjom do 10 kWp.

Jeżeli porównamy wielkość instalacji fotowoltaicznej do rozwiązania z pompą ciepła to jest ona niższa nawet 3-krotnie. W typowym, nowym budynku 130 m2 z pompą ciepła wystarcza instalacja PV o mocy ok.8-9 kWp do zbilansowania kosztów energii elektrycznej, ogrzewania i chłodzenia. W przypadku rozwiązania w pełni elektrycznego (kocioł elektryczny, podgrzewanie wody użytkowej) będzie wymagana instalacja o mocy znacznie ponad 20 kWp – komentuje Paweł Lachman, Prezes PORT PC

Rysunek obrazuje, jak zmienia się wielkość instalacji fotowoltaicznej w zależności od wyboru rozwiązania dla budynku w standardzie 40 kWh/m2rok, przy modułach fotowoltaicznych o mocy 320 Wp i instalacji skierowanej na południe.

Ogrzewanie budynku i ciepłej wody pompą ciepła lub urządzeniem grzewczym elektrycznym, Opracowanie: Paweł Lachman

Podsumowanie

Zarówno pompy ciepła jak i tradycyjne ogrzewanie elektryczne potrzebują energii elektrycznej do prawidłowego funkcjonowania.Biorąc pod uwagę tendencję do przechodzenia na domy zużywające minimalne ilości energii oraz rosnące z biegiem lat ceny prądu, inwestując w ogrzewanie w swoim domu, warto pomyśleć o przyszłych oszczędnościach. Koszty inwestycyjne można zamortyzować korzystając z dotacji, a rachunki trzeba płacić tak czy inaczej, a im są mniejsze – tym lepiej.

Redakcja GLOBEnergia