Pompa ciepła czy bufor z grzałką? ANALIZA

Przeglądając fora internetowe, spotykamy się z informacjami, że prostym i tanim rozwiązaniem na ogrzewanie domu jest bufor ciepła z grzałką elektryczną. Co więcej, pojawiają się głosy, że jest to rozwiązanie nawet lepsze niż pompa ciepła. Czy faktycznie tak jest, a właściwie – dlaczego tak nie jest? Komentuje i analizuje Adam Minikowski z NIBE Biawar.

Zdjęcie autora: Redakcja GLOBEnergia

Redakcja GLOBEnergia

Połączenie bufora z grzałką elektryczną, a także wykorzystanie jakiegokolwiek innego typu ogrzewania elektrycznego, takiego jak maty grzewcze, kotły indukcyjne itp. z bardzo dużym prawdopodobieństwem nie pozwoli na spełnienie wymagań określonych w Warunkach Technicznych 2021. A co się stanie, jeśli wymagania nie zostaną spełnione? Inwestor nie otrzyma pozwolenia na budowę. Wyjątkiem w tej kwestii będą budynki pasywne, w których zastosowanie każdego źródła ciepła pozwoli na spełnienie WT 2021.

Pomińmy jednak kwestie prawne i przyjrzyjmy się ekonomii - co bardziej się opłaca - pompa ciepła czy bufor z grzałką?

ANALIZA – założenia

W celu sprawdzenia, które rozwiązanie jest lepsze – bufor z grzałką elektryczną czy pompa ciepła – przeprowadzono analizę. Wzięto w niej pod uwagę następujące założenia:

  • dom wybudowany wg WT 2021,
  • powierzchnia użytkowa budynku: 150m2,
  • zastosowane instalacje: ogrzewanie podłogowe, rekuperacja,
  • ogrzewanie CWU dla 4 osób

Przy takiej charakterystyce budynku i przy spełnieniu obowiązujących Warunków Technicznych można założyć, że zapotrzebowanie na energię konieczną do pokrycia strat przez przenikanie i wentylację będzie oscylowało w okolicach 70 kWh/(m2*rok). Oprócz tego należy uwzględnić zapotrzebowanie na energię do przygotowania ciepłej wody użytkowej, które dla czteroosobowej rodziny może wynieść około 4 000 kWh/rok. Po zsumowaniu tych wartości okaże się, że do budynku o podanych założeniach należy dostarczyć około 14 500 kWh energii cieplnej dla zapewnienia odpowiedniego komfortu cieplnego i przygotowania CWU. 

Aby zapewnić komfort cieplny i ciepłą wodę użytkową, podaną ilość energii musi wyprodukować jakieś źródło ciepła. Może to być pompa ciepła, grzałka w buforze, a także dowolny kocioł grzewczy. My jednak skupiamy się na porównaniu pompy ciepła z grzałką elektryczną i buforem ciepła, by pokazać, które rozwiązanie jest bardziej opłacalne – komentuje Adam Minikowski.

Adam Minikowski, NIBE Biawar
Adam Minikowski, NIBE Biawar

Pompa ciepła a bufor z grzałką

W celu przeanalizowania, które rozwiązanie grzewcze jest lepsze, należy przyjąć pewne założenia. W analizie wzięto pod uwagę powietrzną pompę ciepła, gdyż to właśnie ten rodzaj urządzeń stanowi obecnie zdecydowaną większość na rynku pomp ciepła. Założono, że COP pompy ciepła wynosi 3,2.

Założone dla pompy ciepła COP na poziomie 3,2 nie jest zawyżoną wartością – wręcz przeciwnie. Na rynku mamy jednak bardzo dużo różnych pomp ciepła. Niektóre z nich mają lepszą, a inne gorszą sprawność. W związku z tym, chcąc tę wartość uśrednić, przyjąłem COP równe właśnie 3,2. W przypadku grzałki elektrycznej sprawa jest prosta – sprawność wynosi 100%, czyli COP wynosi 1 – komentuje Adam Minikowski

Takie poziomy COP oznaczają, że w przypadku grzałki elektrycznej z 1 kWh pobranej energii elektrycznej można otrzymać 1 kWh energii cieplnej. W przypadku pompy ciepła przy założeniu COP=3,2 z 1 kWh pobranej energii elektrycznej można otrzymać 3,2 kWh energii cieplnej.

Znając ilość energii, którą musi wytworzyć urządzenie – 14,5 tys. kWh – i sprawność tych urządzeń, możemy obliczyć zużycie energii elektrycznej – wystarczy podzielić zapotrzebowanie przez współczynnik efektywności pracy urządzenia i otrzymamy wartość energii, którą trzeba zużyć, by dostarczyć wymaganą w budynku ilość ciepła. Prosty rachunek i prosty wynik – pompa ciepła zużyje ponad 3 razy mniej energii elektrycznej niż grzałka elektryczna w buforze czy jakiekolwiek inne źródło ciepła zasilane energią elektryczną.

UrządzenieEnergia potrzebna do wytworzeniaCOPZużycie energii elektrycznej
Pompa ciepła14 500 kWh3,24 351 kWh
Pompa ciepła Grzałka elektryczna14 500 kWh11 4500 kWh

A jak to się przekłada na koszty?

Koszty energii elektrycznej 

Aby obliczyć koszty ogrzewania pompą ciepła i grzałką elektryczną, również musimy przyjąć pewne założenia. Dla gospodarstw domowych w Polsce najpopularniejszą taryfą energii elektrycznej jest taryfa G11. Pierwsza litera „G” oznacza, że tyczy się ona gospodarstw domowych, pierwsza liczba „1” świadczy o tym, że dotyczy obiektów o mocy umownej nieprzekraczającej 40 kW, a druga liczba „1” definiuje, że instalacja pracuje tylko w jednej strefie – w ciągu dnia. G11 jest więc taryfą jednostrefową, w ramach której cena kilowatogodziny jest stała przez całą dobę. Natomiast G12, dysponuje dwiema strefami, dzienną i nocną. Cena prądu w strefie nocnej jest mniejsza niż w dziennej. W analizie założono, że pompa ciepła pracuje w taryfie G11, a koszt 1 kWh energii elektrycznej potrzebnej do zasilenia urządzenia wynosi 70 groszy. 

W obliczeniach przyjąłem, że pompa ciepła pracuje w jednej taryfie z prostego powodu – głównym zadaniem pompy ciepła jest zapewnienie w budynku przede wszystkim komfortu, a w ciągu dnia w budynku potrzebujemy zwykle nieco wyższej temperatury niż nocą. Drugą kwestią jest fakt, że moim zdaniem ogrzewanie budynku pompą ciepła w układzie dwutaryfowym nie jest najkorzystniejszym rozwiązaniem. W II taryfie – nocą, choć korzystamy z niższej ceny energii elektrycznej, to równocześnie temperatura powietrza jako dolnego źródła, jest niższa, a więc i sprawność urządzenia jest niższa – komentuje Adam Minikowski.

Adam Minikowski, NIBE Biawar
Adam Minikowski, NIBE Biawar

Przy założeniu, że dom ogrzewany pompą ciepła korzysta z taryfy G11, roczny koszt ogrzewania wyniósłby 3 045 zł. Gdyby tę samą ilość energii, czyli 14,5 tys. kWh musiała wyprodukować grzałka elektryczna również w taryfie G11, to roczny koszt ogrzewania wyniósłby 10 150 zł. Częstym argumentem wykorzystywanym przez zwolenników grzałki z buforem jest możliwość zmiany taryfy na G12 i korzystanie z tańszej energii nocą. Jak to się przekłada na ceny? 

W systemie dwutaryfowym, w którym energia elektryczna byłaby w 40% zużywana w I taryfie, a w 60% w drugiej, koszt energii elektrycznej wyniósłby około 8 400 zł rocznie. Nawet gdyby cała energia elektryczna została zużyta w drugiej taryfie, to roczny koszt wyniósłby około 6 500 zł – komentuje Adam Minikowski.

Jak to się przekłada na oszczędności? Jeśli porównamy koszty ogrzewania przez pompę ciepła do grzałki elektrycznej w I taryfie, to oszczędności wyniosą aż 7 100 zł. Porównując pompę ciepła do grzałki elektrycznej, która pracuje w 40% w I taryfie i w 60% w II taryfie, oszczędności wyniosą 5 300 zł na korzyść pompy ciepła. Nawet względem grzałki działającej tylko w II taryfie oszczędności wyniosą prawie 3 500 zł.

Oszczędności
Pompa ciepłaGrzałka elektryczna – I taryfa7 100 zł
Pompa ciepłaGrzałka elektryczna – 40% – I taryfa, 60% – II taryfa5 300 zł
Pompa ciepłaGrzałka elektryczna – II taryfa3 500 zł

To pokazuje, że nawet przy maksymalnym obniżeniu kosztów energii elektrycznej, pompa ciepła w systemie jednotaryfowym dalej byłaby dwa razy 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, które wiążą się z zakupem i montażem całego systemu. To właśnie z tego względu pojawiły się pomysły, aby oprzeć system grzewczy w budynku o grzałkę elektryczną, która nagrzeje wodę w buforze w tańszej – nocnej taryfie. Zgromadzona w ten sposób energia mogłaby zostać wtedy wykorzystana w ciągu dnia. Przyjrzyjmy się technicznym i ekonomicznym aspektom tego rozwiązania.

Pojemność bufora – problemy techniczne

W pierwszej kolejności należałoby się zastanowić, jaką pojemność powinien mieć bufor, który mógłby zgromadzić odpowiednią ilość energii do ogrzania budynku przez dobę za pomocą ogrzewania podłogowego. Przy powierzchni budynku wynoszącej 150 m2, układając pętle o długości 80 m, uzyskamy około 1 400 m.b. rur. Przy średnim przepływie wody wynoszącym 1,2 l/m okaże się, że w ciągu minuty układ ogrzewania podłogowego musi przepompować prawie 22 litry wody.

Przy założeniu temperatury początkowej w buforze na poziomie 30 st. C i temperatury końcowej na poziomie 70 st. C, wygrzanie bufora o pojemności 1 000 l zajmie około 5 godzin. Taka ilość wody pozwoli na ogrzewanie budynku przez około 4,5 godziny. Po tym czasie, niestety cały proces nagrzewania trzeba będzie rozpocząć od nowa.

Widzimy więc, że w buforze o pojemności 1 000 litrów nie da się przygotować tak dużej ilości ciepła, aby ogrzać budynek przez całą dobę – komentuje Adam Minikowski.

Popatrzmy jeszcze na ten przykład od strony energetycznej. Gdyby przez 24 godziny temperatura zewnętrzna utrzymywała się na poziomie -10 st. C, to przy zapotrzebowaniu budynku na moc wynoszącym 6 kW, zapotrzebowanie tego budynku na energię w ciągu doby wyniosłoby 144 kWh. Wspomniany bufor o pojemności 1 000 litrów nagrzany do temperatury 70 stopni pozwoliłby na dostarczenie 37 kWh energii, a więc około 25% zapotrzebowania. Praca bufora pozwoliłaby na ogrzewanie budynku przez maksymalnie 6 godzin i to przy założeniu, że nie ma żadnych strat ciepła związanych z magazynowaniem energii. Pozostałe 18 godzin byłoby czasem bez ogrzewania. 

Aby dostarczyć wspomniane 144 kWh do budynku, potrzebny byłby nie jeden, a cztery bufory o pojemności 1 000 litrów, gdyż wymagana pojemność bufora do pokrycia 100% zapotrzebowania na energię cieplną w budynku wynosi 3 900 l. Trudno mi sobie wyobrazić, by inwestor do domu o powierzchni 150 m2 kupił aż 4 bufory – komentuje Adam Minikowski.

Mówiliśmy już o kosztach eksploatacyjnych i o ograniczeniach technicznych, a co z kosztami inwestycyjnymi?

Inwestycja

Koszt inwestycji w pompę ciepła typu powietrze-woda wraz z jednostką wewnętrzną, niezbędnymi materiałami i montażem dobraną do budynku o podanych wyżej założeniach, oszacowano na 33 tys. zł brutto. Z kolei koszt bufora o pojemności 1 000 l z grzałką elektryczną, zbiornikiem CWU o pojemności 200 l, pompą C.O., sterownikiem, grupą bezpieczeństwa, niezbędnymi materiałami i robocizną oszacowano na 13 000 zł brutto. Różnica jest więc dosyć spora, bo koszty inwestycyjne w pompę ciepła są o 20 tys. zł wyższe. Jeżeli jednak weźmiemy pod uwagę oszczędności uzyskane w kosztach eksploatacyjnych, to okaże się, że pompa ciepła względem bufora o pojemności 1 000 l z grzałką w I taryfie zwróci nam się po 3 latach. W porównaniu z grzałką, która działa w 40% w I taryfie i w 60% w II taryfie, pompa ciepła zwróci się po 4 latach.

Bufor o pojemności 1 000 litrów nie będzie w stanie zapewnić odpowiedniej energii, by ogrzewać dom prądem tylko w II taryfie. Pozwoliłby na to dopiero zakup 4 buforów, a taka inwestycja byłaby już droższa, niż koszt pompy ciepła.

Dowiedz się więcej!

Jak wygląda porównanie opłacalności pompy ciepła z innymi źródłami ciepła? Zapraszamy na webinar!

3.08.2022 r. o godzinie 10:00 zapraszamy na Webinarową Środę, której tematem będzie: "Pompa ciepła - porównanie opłacalności z innymi źródłami ciepła". Webinar poprowadzi Adam Minikowski z NIBE. Nie zwlekaj! Zarejestruj się już dziś!

REJESTRACJA: https://globenergia.clickmeeting.com/153216628/register


Materiał został opracowany na podstawie webinaru z cyklu Webinarowa Środa: „Pompa ciepła czy bufor z grzałką? ANALIZA”, który prowadził Adam Minikowski z NIBE Biawar

Zobacz również