envelope redakcja@polskiinstalator.com.pl home ul. Wąski Jar 9
02-786 Warszawa








62Czy warto dodatkowo inwestować w instalację fotowoltaiczną, jeśli ma się dom jednorodzinny od ponad 10 lat obsługiwany przez pompę ciepła? Jak sprawuje się gruntowa pompa ciepła po tylu latach eksploatacji? Czy można stworzyć „Dom bez rachunków” z już istniejącego budynku? – Myślę, że w znalezieniu odpowiedzi na te pytania, oprócz wyników przeprowadzonych symulacji, kalkulacji i różnych analiz, niezwykle pomocne mogą być konkretne doświadczenia inwestorów. Dobrym przykładem jest historia mojego domu.

63Od ponad roku trwa zorganizowana przez PORT PC ogólnopolska akcja informacyjna „Dom bez rachunków”. Akcja dotyczy głównie promocji nowych budynków jednorodzinnych, które spełniają relatywnie dobre standardy izolacyjności i są wyposażane w kompleksowy układ: pompę ciepła, fotowoltaikę i wentylację z odzyskiem ciepła (rekuperacją). Celem jest uzyskanie domu blisko zeroenergetycznego, w którym opłaty eksploatacyjne związane ze zużyciem energii cieplnej i elektrycznej (także na cele chłodzenia budynku) spadają do niezbędnego minimum – kilkuset zł rocznie, czyli tylko kosztów stałych. A jak wygląda możliwość zastosowania podobnego rozwiązania w istniejących budynkach jednorodzinnych? Czy można uzyskać podobny efekt? Przyjrzyjmy się takiej inwestycji na konkretnym przykładzie mojego ponad 10-letniego domu jednorodzinnego.

Informacje o budynku
Dom jednorodzinny, w którym mieszkam, ma około 260 m2 powierzchni ogrzewanej. Jego projektowe obciążenie cieplne, zgodnie z normą PN-EN 12831, wynosi około 9,5 kW. Są w nim obecnie użytkowane dwie łazienki ze standardowymi natryskami.
Ze względu na dużą akumulacyjność cieplną budynku oraz niewielki udział ciepłej wody użytkowej, do mojego domu dobrana została pompa ciepła typu solanka-woda o mocy grzewczej 10 kW (dla parametrów B0W35), praktycznie bez zastosowania żadnego dodatku mocy grzewczej na potrzeby przygotowania c.w.u. Jako dolne źródło ciepła do pompy ciepła zastosowano dwa pionowe gruntowe wymienniki z pojedynczą u-rurką PE 40 mm, każdy o długości czynnej około 108 m. Od grudnia 2019 roku na dachu budynku zamontowana jest również instalacja fotowoltaiczna o mocy 9,5 kWp (28 modułów PV o mocy 340 Wp).

Dlaczego wybrałem gruntową pompę ciepła?
Przez moją posesję biegnie sieć gazu ziemnego. Nie występował też żaden techniczny problem z jej podłączeniem, a jednak 12 lat temu wybrałem jako optymalne rozwiązanie gruntową pompę ciepła i wynikało to z wielu istotnych powodów.
Przede wszystkim miała być to w pewnym sensie inwestycja w przyszłą emeryturę, gdy trzeba się liczyć z ograniczonymi przychodami – dlatego wybrałem najbardziej efektywny, niezawodny i najmniej awaryjny system grzewczy, czyli rozwiązanie przyszłości techniki grzewczej. Z przeprowadzonych przed inwestycją analiz wynikało, że pompa ciepła zapewni najniższe koszty eksploatacji budynku (ciepła i chłodu), a jednocześnie najniższe możliwe całkowite koszty roczne, uwzględniające koszt kredytu, serwisu i eksploatacji (co potwierdziło się w trakcie 10 lat jej użytkowania).
Nie bez znaczenia był fakt, że pompa ciepła jest praktycznie bezobsługowa. I rzeczywiście, w ciągu tych 10 lat nie był potrzebny żaden przegląd, mimo że ciągle i na bieżąco kontroluję parametry pracy urządzenia. Również dużym atutem była trwałość dolnego źródła ciepła wynosząca ponad 50 lat. Co ważne, dodatkowy koszt kredytu związany z tą inwestycją (w porównaniu do kotła gazowego z siecią gazową) zwracał się na bieżąco właśnie dzięki niższym kosztom eksploatacji i obsługi w stosunku do kosztów np. paliwa gazowego i serwisu kotła gazowego.
Był jeszcze jeden istotny powód wyboru pompy ciepła. Otóż w miejscowości, w której mieszkamy (blisko Krakowa), 80% budynków ma nieefektywne kotły na paliwa stałe. Inwestycja w pompę ciepła to był także mój wkład w ochronę środowiska i likwidację niskiej emisji zanieczyszczeń powietrza.

Standardy izolacji a dobór mocy pompy ciepła i DZC
W przypadku mojego domu grubość izolacji termicznej podłóg na gruncie wynosi minimum 12 cm, izolacji ścian zewnętrznych – 15 cm, a warstwa izolacyjna poddasza ma grubość 30 cm. Wykonanie izolacji ścian i poddasza przeprowadzały dwie różne ekipy budowlane. I z każdą z nich trzeba było przeprowadzać długie dyskusje, po co należy stosować tak grubą izolację cieplną.
Niestety w wielu przypadkach inwestorzy albo nie wiedzą, albo zapominają o tym, że dołożenie na początkowym etapie budowy np. 5 cm do grubości warstwy izolacji ścian zewnętrznych to dodatkowy wydatek rzędu zaledwie około 1000 zł (przy 200 m2 ścian zewnętrznych) oraz że może się on zwrócić wielokrotnie i to praktycznie natychmiast, umożliwiając dobór mniejszej pompy ciepła, o mniejszej mocy, czy też mniejszego dolnego źródła ciepła.

Optymalne rozwiązanie instalacji
Przy wyborze rozwiązania grzewczego wybór padł na pompę ciepła typu solanka-woda, z wbudowanym zasobnikiem c.w.u. o pojemności blisko 200 l, wykonanym ze stali szlachetnej, dającej możliwość realizacji funkcji pasywnego chłodzenia w całym budynku z wykorzystaniem instalacji ogrzewania podłogowego. W instalacji nie zastosowano bufora wody grzejnej. Wybrane zostało najprostsze rozwiązanie hydrauliczne – bezpośrednie zasilanie obiegu ogrzewania podłogowego z wykorzystaniem funkcji regulatora bilansującego.
Pojemność cieplna warstwy wylewki cementowej i wody w całym systemie grzewczym jest porównywalna z pojemnością około 1000 l wody w buforze. Działanie regulatora bilansującego energię przekazywaną do instalacji centralnego ogrzewania polega na ciągłej analizie wartości deficytu energii grzewczej oraz ilości energii dostarczanej do układu, co pozwala na znaczną redukcję dobowej liczby załączeń sprężarki praktycznie bez żadnego ubytku komfortu cieplnego w ogrzewanych pomieszczeniach.
W dobrze zaprojektowanych układach z bezpośrednim zasilaniem ogrzewania podłogowego liczba załączeń sprężarki to maksymalnie kilkanaście razy na dobę. Rozwiązanie to zapewnia dużą niezawodność i bezawaryjną pracę sprężarki w pompie ciepła. W przypadku mojej instalacji średnia liczba cykli załączeń sprężarki wynosi jedynie 12 na dobę. W porównaniu z typowymi systemami z buforem centralnego ogrzewania jest to wielokrotnie mniej. Średni czas pracy sprężarki wynosi około 1700 godz. na rok, z czego 1300 godz. to czas pracy sprężarki na potrzeby centralnego ogrzewania i około 400 godz. – na potrzeby ciepłej wody użytkowej.

Ogrzewanie podłogowe
W całym budynku zastosowano instalację ogrzewania podłogowego. Zakładane (projektowe) parametry pracy (zasilanie/powrót) wynosiły 30/25°C dla projektowej temperatury zewnętrznej -20°C, a rzeczywiste parametry przy dużych mrozach wyniosły nie więcej niż 28/23°C.
Powodem wyboru instalacji ogrzewania podłogowego było z jednej strony dążenie do osiągnięcia maksymalnego komfortu cieplnego, z drugiej zaś strony – maksymalnej efektywności energetycznej pompy ciepła. Rozstaw rur wynosi 10 cm praktycznie we wszystkich pomieszczeniach i przy tym rozstawie ogrzewanie podłogowe sprawdziło się również w pomieszczeniach otwartych, przeszklonych i przy wysokości pomieszczeń ponad 5 m. W większości pomieszczeń posadzka została wykonana z płytek ceramicznych. W sypialniach zastosowaliśmy specjalną posadzkę drewnianą. Długo i starannie wybieraliśmy zarówno sam parkiet na ogrzewanie podłogowe, jak i najbardziej odpowiednią technologię jego układania. Po długich rozważaniach wybór padł na dedykowaną do ogrzewania podłogowego dębową, dwuwarstwową klepkę o grubości 10 mm, która została przyklejona klejem elastycznym dwuskładnikowym, co tylko nieznacznie zwiększa opór cieplny posadzki. W teorii zakłada się, że opór cieplny (R) wykładziny podłogowej na ogrzewaniu podłogowym nie może przekraczać 0,17 m2 · K/W. Opór cieplny wybranej przez nas posadzki drewnianej wynosi tylko 0,6 m2 · K/W. W trakcie pracy instalacji ogrzewania podłogowego różnica temperatury płytek ceramicznych i powierzchni posadzki drewnianej wynosi tylko około 1 K. Mogę polecić takie rozwiązanie jako w pełni sprawdzone (również w sypialniach).

Efekt samoregulacji podłogówki
Temperatura w pomieszczeniach utrzymywana jest na poziomie około 20°C. Temperatura podłogi waha się od 21 do maksymalnie 23°C, co oznacza, że realna jednostkowa moc ogrzewania podłogowego nie przekracza 30 W/m2. Przy tak niskiej temperaturze powierzchni niezwykle sprawnie działa efekt samoregulacji ogrzewania podłogowego. Nieznaczny wzrost temperatury w pomieszczeniu, np. z 20 do 21°C, powstały np. na skutek miejscowych zysków ciepła, powoduje, że od razu spada moc ogrzewania podłogowego o około 33% (przy wyjściowej temperaturze podłogi wynoszącej 23°C). Z tego powodu w mojej instalacji ogrzewania podłogowego nie mam zamontowanych zaworów termostatycznych w żadnej pętli ogrzewania podłogowego.

Chłodzenie pasywne
Bardzo dobrze sprawdziło się zastosowanie chłodzenia pasywnego budynku z wykorzystaniem instalacji ogrzewania podłogowego.
Funkcja chłodzenia pasywnego załącza się automatycznie, przeciętnie przez około 30 dni w roku. Pompy obiegowe dolnego i górnego źródła pracują jednocześnie, bez udziału pracy sprężarki. Urządzenie, sterując mieszaczem w pompie ciepła, pilnuje temperatury wody podawanej na instalację ogrzewania płaszczyznowego. W moim przypadku jest to temperatura zasilania – około 18°C. Temperatura powrotu osiąga wartość od 19 do 21°C.
Funkcja chłodzenia pasywnego uruchamiana jest w moim domu w niezwykle gorące dni i zapewnia znaczne polepszenie komfortu cieplnego. Przy temperaturze powietrza około 25°C i temperaturze podłogi około 21°C temperatura odczuwalna wynosi około 23°C.
Muszę również zaznaczyć, że w ciągu 10 lat nie wystąpił problem kondensacji na powierzchni posadzki na ogrzewaniu płaszczyznowym. Praktycznie nigdy temperatura powierzchni posadzki nie spadała poniżej 21°C i nie zachodziło ryzyko kondensacji.
Chłodzenie pasywne oczywiście zwiększa efektywność całego systemu. Temperatura dolnego źródła pompy ciepła w okresie od maja do sierpnia wzrastała do poziomu 12-13°C, co pozwoliło obniżyć również koszty podgrzewania wody użytkowej w okresie letnim i zwiększyć efektywność ogrzewania pompą ciepła w październiku i listopadzie. Koszt eksploatacji chłodzenia pasywnego wynosił około 100 zł rocznie i był ponad 5-krotnie niższy niż koszt działania typowej klimatyzacji typu Split.

Ciepła woda użytkowa
Temperatura ciepłej wody użytkowej w zasobniku o pojemności 175 l osiąga maksymalnie wartość około 55°C. Co jest istotne, w ciągu 10 lat użytkowania nigdy nie zabrakło ciepłej wody. Podgrzewanie zasobnika odbywa się wtedy, gdy temperatura ciepłej wody spada poniżej 43°C. Typowy czas ładowania zasobnika od 43 do 55°C wynosi około 20 min. Brak jakichkolwiek niedogodności jest oczywiście także zasługą zamontowania dobrej klasy baterii i słuchawek natryskowych.
Zgodnie z zasadami sztuki instalacyjnej, nie zastosowałem podłączenia cyrkulacji c.w.u. do zlewozmywaka w kuchni. Pod zlewem jest zamontowany zasobnikowy podgrzewacz elektryczny o pojemności 10 l. Taka pojemność zasobnika c.w.u. jest w pełni wystarczająca, kiedy codziennie używa się zmywarki do naczyń.
Bardzo dobrze przebiega również praca pompy cyrkulacyjnej na żądanie. W każdej łazience jest przycisk dzwonkowy podłączony równolegle do odpowiedniego zacisku elektroniki pompy ciepła. Po krótkotrwałym zwarciu, pompa cyrkulacyjna c.w.u. pracuje do 5 min i wyłączana jest termostatem.

Sezonowy współczynnik efektywności SPF i SEER
W przypadku systemu z pompą ciepła działającego w moim budynku wartość rocznego współczynnika SPF wynosi około 4,6. W obliczeniach uwzględniona została energia pompy obiegowej c.o., dolnego źródła ciepła i regulator. Na tak wysoką wartość współczynnika SPF wpływają przede wszystkim:

  • niskie parametry projektowe temperatury zasilania/ powrotu c.o. (maks. 28/23°C);
  • niski udział energii do podgrzania ciepłej wody w całości systemu grzewczego (ok. 20%);
  • funkcja chłodzenia pasywnego zwiększająca efektywność pompy ciepła, zarówno w zakresie podgrzewania wody w lecie, jak i efektywności centralnego ogrzewania na początku sezonu grzewczego.

Według moich obliczeń sezonowy współczynnik efektywności chłodzenia SEER przekracza w tym przypadku wartość 15, co znacząco przewyższa typowe wartości dla klimatyzacji (ok. 3,5).

Koszty inwestycyjne i eksploatacyjne
Roczny koszt zużycia energii elektrycznej w pierwszym roku eksploatacji mojego domu, rozliczanej w taryfie G11, wynosił około 2500 zł. Obecnie jest to już około 3000 zł rocznie.
Różnica w kosztach inwestycji w gruntową pompę ciepła w stosunku do kosztów, jakie musiałbym ponieść na instalację z dobrej klasy kotłem gazowym, nowe przyłącze gazowe i komin oraz dodatkową klimatyzację multisplit, wynosiła około 20 000 zł. O tyle więcej zainwestowałem. Jeżeli teraz uwzględnić dodatkowo wykorzystywaną przeze mnie funkcję chłodzenia pasywnego, to poziom oszczędności eksploatacyjnych w stosunku do rozwiązania z kotłem gazowym i klimatyzacją multisplit wynosi około 2500 zł rocznie. Prosty okres zwrotu mojej inwestycji wyniósł zatem około 8 lat. Warto dodać, że typowy okres użytkowania pompy ciepła wynosi 20-25 lat, zaś typowy okres użytkowania wymienników gruntowych wynosi znacząco ponad 50 lat.

Inwestycja w instalację fotowoltaiczną
Po 10 latach mieszkania w swoim domu zdecydowałem się na istotną zmianę, czyli inwestycję w instalację fotowoltaiczną zlokalizowaną na dachu, który czekał na nią tak długo. Pierwotnie dach był przygotowany instalacyjnie (przygotowane przewody) pod termiczną instalację słoneczną do c.w.u., ale ponieważ potencjalnie realna roczna oszczędność przy inwestycji w kolektory słoneczne mogła sięgać nie więcej niż 200 zł rocznie, zdecydowałem się poczekać na montaż instalacji fotowoltaicznej. Warto tu przypomnieć, że w ciągu ostatnich 10 lat koszt typowej inwestycji w instalację fotowoltaiczną spadł prawie czterokrotnie! Ze względu na kwestię odpisu inwestycja została zrealizowana późną jesienią 2019 roku, tak aby zdążyć z odpisem podatkowym w ramach ulgi termomodernizacyjnej za 2019 r. 

  • 64
    65
    Idea „Domu bez rachunków” i dodatkowe bodźce ekonomiczne. Celem mojej nowej inwestycji było zrealizowanie rozwiązania „Dom bez rachunków”, czyli obniżenie kosztów ogrzewania, ciepłej wody i chłodzenia oraz zużywanej energii elektrycznej do poziomu kosztów stałych, czyli kilkuset złotych rocznie. Realne zużycie roczne energii elektrycznej w moim domu w ciągu roku to około 8300 kWh, z czego:
  • około 5000 kWh to zużycie energii na cele ogrzewania, ciepłej wody i chłodzenia pasywnego z pompy ciepła;
  • około 3200 kWh jest zużywane na inne cele.

Przy założeniu średniej ceny energii elektrycznej w taryfie G11 z 2019 r. oznacza to koszty na poziomie około 5100 zł/rocznie.
Decyzję o inwestycji w fotowoltaikę na dachu mojego domu zdecydowanie przyspieszyła analiza kosztów opłacalności. Wprowadzenie ulgi termomodernizacyjnej w 2019 r. oraz programu „Mój prąd” znacząco skróciło w moim przypadku przewidywany okres zwrotu inwestycji: z 9 lat do trochę poniżej 5 lat. Przy koszcie inwestycji około 36 tys. zł brutto za moc PV 9,5 kWp, prawie 15 tys. zł wróciło do mnie w postaci ulgi termomodernizacyjnej (odpis ok. 10 tys. zł) i dofinasowania z programu „Mój prąd” (5 tys. zł). Szczegółową kalkulację pokazuje rys. 2. W moim przypadku okres zwrotu wynosi tylko 4,5 roku (przy realnym odpisie podatkowym rzędu 32% wynikającym z ulgi termomodernizacyjnej). Co jest istotne – gwarancja na elementy systemu (moduły PV i falownik) jest znacząco dłuższa niż ten okres.

66Prognozy i realne uzyski. Pewnym ograniczeniem w przypadku mojej inwestycji wydawał się kierunek połaci dachu odbiegający od kierunku południowego o 60° (na zachód). Według symulacji obniża to uzysk energii z PV o około 10% w stosunku do kierunku południowego. Prognozy wykonane zarówno programem komputerowym WP-OPT, jak i za pomocą narzędzia PVGIS w oparciu o statystyczne lata meteorologiczne pokazały, że w moim przypadku produkcja energii elektrycznej będzie wynosić około 8050-8300 kWh/rok (rys. 673). Tymczasem wyniki monitoringu pracy instalacji z pierwszych 5 miesięcy (rys. 4) pokazują, że rzeczywista produkcja jest wyższa od prognoz o około 15-20%. W samym tylko kwietniu 2020 r. była ona wyższa o 55% od prognoz z wykresu na rys. 3! Mogę więc liczyć z dużym prawdopodobieństwem na to, że roczna produkcja energii elektrycznej z mojej instalacji PV osiągnie w 2020 r. wartość na poziomie 9000-9500 kWh (rys. 4). Tak duże zwiększenie produkcji energii z fotowoltaiki w stosunku do prognoz uzysku z 1 kWp mocy widać wyraźnie w Polsce od kilku lat. W przypadku osiągnięcia rocznej produkcji energii z domowej instalacji PV na poziomie 9500 kWh/rok, realny rozkład produkcji i konsumpcji tej energii, a także szacowane roczne koszty zużycia energii w budynku będą się prezentować tak jak na rys. 5. Koszty te będą wówczas wynosić około 260 zł rocznie, a to oznacza, że miesięczny koszt ogrzewania mojego budynku, przygotowania ciepłej wody, chłodzenia pasywnego oraz energii elektrycznej zużywanej na inne cele wyniesie około 20 zł. Natomiast jeżeli produkcja energii z PV będzie jedynie na poziomie prognozy, czyli około 8300 kWh/rok, to miesięczny koszt energii na wymienione cele wzrośnie z 20 do około 80 zł.

Sposób na zwiększenie autokonsumpcji. Warto zwrócić uwagę, że w okresach przejściowych, takich jak październik, listopad, marzec, kwiecień czy czasami także chłodny maj, można przełączyć pompę ciepła w tryb pracy ekonomicznej, co oznacza, że w nocy będzie ona praktycznie wyłączona (przy temp. zewnętrznej powyżej 4°C). Pozwala to zdecydowanie zwiększyć autokonsumpcję energii elektrycznej z instalacji PV przez pompę ciepła, nawet do poziomu 50-70% (rys. 4 b).


 

pi