Ile prądu zużywa pompa ciepła?

Pompa ciepła to ekologiczne źródło energii

Każdy kto buduje bądź modernizuje dom, stanie w końcu przed wyborem odpowiedniego systemu ogrzewania. Nie jest to proste zważywszy na to, że wybór urządzeń grzewczych dostępnych na rynku jest ogromny. W Polsce nadal 70 proc. domów jest ogrzewanych paliwami stałymi, głównie węglem. Z roku na rok jednak obserwuje się wzrost zainteresowania ekologicznymi i energooszczędnymi pompami ciepła. Tylko w 2020 roku łącznie sprzedano ich w naszym kraju ok. 56.500 sztuk (analiza PORT PC). Jeśli natomiast wierzyć optymistycznym prognozom, do 2030 roku liczba zainstalowanych u nas pomp ciepła ma wynieść ok. 2,08 mln sztuk. Przy czym zgodnie z planami Europejskiego Zielonego Ładu - urządzenia te tylko do 2030 roku zainstalowane mają być w ok. 40 proc. budynków mieszkalnych, zaś do 2050 roku już w 70 proc. z nich.

Wpływ na tak ogromną popularność pomp ciepła, ma przede wszystkim to, że są one przyjazne środowisku. W przeciwieństwie bowiem do konwencjonalnych systemów grzewczych, pobierają one energię cieplną z otoczenia budynku (powietrza, gruntu lub wody) i nie emitują do atmosfery szkodliwych substancji. Ponadto na korzyść pomp ciepła przemawia również:

• ich długa żywotność (niektórzy producenci wspominają nawet o 50 latach);
• doskonałe parametry techniczne;
• wielofunkcyjność, ponieważ służą one nie tylko do ogrzewania pomieszczeń i wody użytkowej, ale również do chłodzenia w czasie upalnych, letnich dni;
• możliwość ubiegania się o dofinansowanie do pompy ciepła np. w ramach rządowego programu Czyste Powietrze (w planach jest również nowy program Moje Ciepło).

Pompa ciepła do swej pracy potrzebuje energii

Jednak w aspekcie ekologicznym, jedynym mankamentem tych urządzeń jest to, że do podtrzymania pracy systemu (czyli napędzania sprężarki) muszą pobierać energię elektryczną z sieci konwencjonalnej, co przy systematycznie rosnących cenach prądu może okazać się problematyczne. Warto tu jednak zauważyć, że jedynie 25 proc. energii pochodzi z elektrowni, natomiast ok. 75 proc. ciepła ogrzewającego dom dostarczane jest z odnawialnych źródeł energii. Co więcej, pompy ciepła w przeważającej większości instalowane są w energooszczędnych i pasywnych domach, w których zużycie prądu do ogrzewania jest zdecydowanie mniejsze niż w starym budownictwie. W końcu idea domu pasywnego polega na maksymalnym wykorzystaniu zysków słonecznych i bytowych do jego ogrzewania przy ekstremalnie zminimalizowanym zapotrzebowaniu obiektu na energię.

Ponadto miesięczne rachunki za prąd można w tym przypadku znacznie obniżyć decydując się na połączenie pompy ciepła z panelami fotowoltaicznymi. Dzięki takiemu rozwiązaniu można bowiem zwiększyć stopień wykorzystania na własne potrzeby całej wyprodukowanej przez instalację fotowoltaiczną energii elektrycznej, przez co inwestycja w oba te ekologiczne urządzenia jest bardziej opłacalna. W rezultacie inwestor nie ponosi strat związanych z oddawaniem nadmiaru prądu do sieci. Dodatkowo, w wyniku inwestycji w pompę ciepła i fotowoltaikę, ogrzewanie budynku staje się praktycznie bezobsługowe i mniej zależne od dostaw energii z zewnętrznych źródeł. Jest to także inwestycja w spokojną przyszłość, ponieważ na emeryturze nie trzeba będzie się już martwić opłacaniem rachunków za energię i ogrzewanie.

Co jeszcze przemawia za kupnem pompy ciepła?

Kolejną ważną kwestią przemawiającą za montażem pompy ciepła są coraz wyższe standardy energetyczne dla budynków, powodujące znaczne obniżanie strat ciepła. Szczególnie w budynkach o standardzie WT 2021, potrzeby cieplne dla ogrzewania pomieszczeń stają się bardzo niskie (znacznie bliżej jest im do spełnienia norm budownictwa pasywnego). Ilość energii pierwotnej (Ep) w przypadku wytwarzania energii elektrycznej określa się jako 3-krotność energii końcowej potrzebnej dla budynku. Przy czym od 2021 roku wskaźnik Ep nie może dla domu jednorodzinnego przekraczać 70 kWh/m² na rok.

Co to oznacza dla inwestora? Otóż tyle, że zbudowana lub zmodernizowana przez niego nieruchomość, będzie musiała być nie tylko dobrze zaizolowana termicznie, ale i jednocześnie być zasilana energią, która nie ma negatywnego wpływu na środowisko naturalne (to właśnie system grzewczy i wentylacyjny ma największy udział w zużyciu energii pierwotnej). Tak więc, osiągnięcie wymaganych wartości współczynnika Ep nie będzie możliwe przy posiadaniu tradycyjnych kotłów węglowych, jak i nowoczesnych olejowych. Także tak popularne dzisiaj kotły gazowe (nawet najnowszej generacji) mogą mieć z tym duży problem (wszystkie wymienione wcześniej źródła ciepła są nieodnawialne i mają pochodzenie kopalne). Aby możliwe było spełnienie wymagań dyrektyw, konieczna jest inwestycja w odnawialne źródła energii lub zakup nowoczesnego kotła. Nowe warunki techniczne 2021 bez większych przeszkód będą natomiast mogły spełnić dwa następujące systemy grzewcze:

• kotły na biomasę;
• pompy ciepła w połączeniu z panelami fotowoltaicznymi.

Warto tu zaznaczyć, że zgodnie z pomiarami dokonywanymi na pracujących powietrznych pompach ciepła, energooszczędny dom z tym ekologicznym urządzeniem grzewczym potrzebuje zwykle tylko 10-15 kWh/(m²/rok) energii elektrycznej. Przy czym rocznie na 1 mieszkańca, na podgrzewanie wody użytkowej przypada około 200-350 kWh energii. Dlatego też udział ciepła dla przygotowania c.w.u. uznaje się za wysoki (we wcześniej przytoczonych pomiarach wynosi średnio 25 proc. całkowitej ilości ciepła wytwarzanego przez pompę ciepła).

Ile prądu zużywa powietrzna pompa ciepła?

Pomimo tego, że wokół pomp ciepła narosło wiele mitów, to należy podkreślić, że urządzenia te stanowią obecnie najtańszy sposób pozyskiwania energii cieplnej do ogrzewania domu i c.w.u. (więcej na ten temat w artykułu: ogrzewanie elektryczne domu – które opłaca się najbardziej?). Pompy ciepła bowiem wykorzystują energię w najbardziej efektywny sposób.

Co oznacza współczynnik COP?

Sama wartość współczynnika COP (ang. Coefficient Of Performance), wskazuje to, w jakim stopniu pompa ciepła wykorzystuje ciepło pozyskane z otoczenia, w stosunku do zużytego prądu w danym momencie. A prościej mówiąc - ile energii cieplnej jest oddawane przy wykorzystaniu 1 kWh energii elektrycznej. Współczynnik COP powietrznych pomp ciepła przeznaczonych do grzania i chłodzenia oscyluje w zakresie od 3,5 do 5,5. Oznacza to zatem, że z 1 kWh pobranej energii pompa ciepła oddaje do układu grzewczego domu odpowiednio 3,5 - 5,5 kWh energii cieplnej. Im więc COP wyższe, tym mniej kosztowna eksploatacja urządzenia.

Dobrze jednak pamiętać o tym, że współczynnik COP uwzględnia ilość zużytej energii elektrycznej i dostarczonej energii cieplnej w danej chwili. Parametr ten nie jest więc wartością stałą, przez co nie wskaże nam, ile kosztować będzie ogrzewanie domu wybraną przez nas pompą ciepła. Trzeba zatem uważać na deklaracje w rodzaju "COP do 4,5", ponieważ w stwierdzeniu tym najważniejsza jest przyimek "do", podobnie jak w reklamach wyprzedaży. Współczynnik ten może nam jednak służyć do wstępnego porównania pomp ciepła różnych producentów. Należy jednak pamiętać o tym, że porównanie tego współczynnika dla różnych urządzeń tego typu nie jest miarodajne, ponieważ producent uzyskał go w warunkach laboratoryjnych, które jednak znacznie odbiegają od warunków rzeczywistych, charakteryzujących się dużą zmiennością (chociażby sporymi wahaniami temperatury).

Co oznacza współczynnik SCOP?

Aby określić koszty eksploatacji tego urządzenia grzewczego niezbędna będzie znajomość współczynnika SCOP (Seasonal Coefficient Of Performance), który jest bliższym rzeczywistym parametrom efektywności pompy ciepła (więcej na ten temat w artykule: COP czy SCOP w pompach ciepła - który ze współczynników lepiej określa ich sprawność?). Parametr ten bowiem odnosi się do całego sezonu grzewczego, im wyższa jest jego wartość, tym większa jest oszczędność energii elektrycznej (tak samo zresztą, jak w przypadku parametru COP).

Szacunkowe zużycie energii przez pompę ciepła powietrze/woda na ogrzewanie domu. Na podstawie wykresu można oszacować jednostkowe zużycie energii przez pompę ciepła w zależności od jej rocznej efektywność SCOP oraz standardu energetycznego domu(źródło: Vaillant)

Porównując jednak wysokość współczynnika SCOP, dobrze jest pamiętać o tym, że przedstawia on wartości szacowane, a nie mierzone. Wyliczone zostały one bowiem na podstawie pewnych przyjętych założeń mających odzwierciedlać warunki panujące podczas całego sezonu grzewczego, co oznacza, że dla tej samej pompy ciepła zainstalowanej w dwóch podobnych, jednak nie takich samych domach, otrzymać można kompletnie inny współczynnik sezonowy. Wpływ na wartość SCOP będą mieć m.in.

• rodzaj systemu grzewczego (podłogowe/grzejnikowe);
• typ wentylacji budynku (naturalna/mechaniczna);
• preferencje, co do temperatury panującej w domu.

Wszystko to oznacza, że również sezonowy współczynnik SCOP nie jest wskaźnikiem, który idealnie określa sprawność tego urządzenia. Owszem, o ile współczynnik COP pokazuje nam, ile prądu zużywa pompa ciepła w danym momencie, o tyle już za pomocą parametru SCOP obliczyć można zużycie energii elektrycznej w ciągu całego roku lub w ciągu sezonu grzewczego (a więc w określonym czasie). Dzięki czemu uzyskamy informacje, dotyczącego tego, ile zapłacimy za ogrzewanie domu pompą ciepła.

Aby oszacować wartość tego sezonowego współczynnika, można np. skorzystać z gotowych ogólnodostępnych kalkulatorów efektywności SCOP. To nic innego jak zapotrzebowanie na ciepło dzielone przez zużycie energii elektrycznej:

SCOP = zapotrzebowanie na ciepło/zużycie energii elektrycznej

Po wprowadzeniu założeń eksploatacyjnych inwestor uzyskuje wynik obliczeń - wartość SCOP dla trybów pracy c.o. i c.w.u. oraz łączną. Następnie zaś, jeśli znana jest ilość ciepła wymaganego rocznie dla danego budynku, można już w prosty sposób określić, ile energii zużyje pompa ciepła o danej efektywności SCOP. Koszty związane z poborem energii elektrycznej można obliczyć przy zastosowaniu następującego wzoru:

Zużycie energii elektrycznej przez pompę ciepła = zapotrzebowanie na ciepło budynku/ SCOP

Następnie mnożąc zużycie energii przez koszt 1 kW otrzymamy szacowany koszt ogrzewania pompą ciepła.

Od czego zależy koszt zużycia prądu przez pompę ciepła?

Przy czym kluczową wartością jest w tym przypadku najbardziej indywidualny parametr, jakim jest zapotrzebowanie na ciepło, który zależy m.in. od:

• wielkości gospodarstwa;
• rodzaju ocieplenia budynku;
• rodzaju zastosowanej w niej wentylacji (na niższe zużycie prądu wpłynie zastosowanie wentylacji mechanicznej, zamiast grawitacyjnej), czy ewentualnej klimatyzacji;
• lokalizacji nieruchomości;
• jakości i energochłonności wszystkich urządzeń domowych;
• liczby mieszkańców;
• trybu osób przebywających w domu.

Warto również pamiętać o tym, że to, ile prądu realnie zużyje powietrzna pompa ciepła będzie w dużym stopniu zależne od:

• jakości i energochłonności pompy ciepła;
• warunków, w jakich działa urządzenie;
• rodzaju zastosowanego ogrzewania (na niższe zużycie prądu wpłynie współpraca pompy ciepła z niskotemperaturowym ogrzewaniem podłogowym);
• prawidłowego wykonanie całego systemu grzewczego;
• mocy urządzenia grzewczego;
• temperatury zewnętrznej;
• ilości potrzebnej wody;
• temperatury wody;
• ceny energii elektrycznej;
• czasu trwania sezonu grzewczego.

Pompa ciepła zużycie energii - przykład

Zużycie energii elektrycznej przez pompę ciepła w domu jednorodzinnym jest sprawą mocno indywidualną i zależy od wielu wymienionych powyżej czynników. Przykładowych obliczeń dokonamy dla domu jednorodzinnego z poddaszem użytkowym:

• o powierzchni ogrzewanej 160 m² i kubaturze (objętości) 781 m³;
• w którym mieszka 4 - osobowa rodzina;
• roczne zapotrzebowanie na energię użytkową (ogrzewanie, wentylację i c.w.u.) wynosi w nim ok. 12.210 kWh;
• z powietrzną pompą ciepła typu split, w której grzałka elektryczna stanowi dodatkowe źródło ciepła;
• wentylacją grawitacyjną;
• z zapotrzebowaniem na energię użytkową na ogrzewanie i wentylację: 8.388 kWh/rok
• zapotrzebowaniem na energię użytkową na c.w.u.: 3.822 kWh/rok.

Założyliśmy, że we wspomnianym budynku mieszka czteroosobowa rodzina, dla której zapotrzebowanie na energię to roczne ok. 12.210 kWh, a średnioroczny współczynnik efektywności użytkowanej przez nich pompy ciepła wynosi 3,5. Aby zatem odpowiedzieć na pytanie, ile prądu rocznie potrzebuje pompa ciepła, by pokryć zapotrzebowanie budynku na ogrzewanie, wentylację i c.w.u., konieczne będzie zastosowanie prostego, wspomnianego już wcześniej wzoru:

Zużycie energii elektrycznej przez pompę ciepła = Zapotrzebowanie na ciepło/SCOP

Zużycie energii elektrycznej przez pompę ciepła = 12.210 kWh/3,5

Zużycie energii elektrycznej przez pompę ciepła = 3.488,57 kWh

Jeśli zatem przyjmiemy, że obecnie średnia cena prądu w Polsce wynosi 0,63 zł/kWh, to roczny koszt ogrzewania budynku i c.w.u. dla pompy ciepła powietrznej typu split będzie wynosił ok. 2.198 zł.

Gruntowa pompa ciepła - zużycie prądu

Najwyższym współczynnikiem efektywności COP, charakteryzują się pompy ciepła gruntowe (szczególnie te z wymiennikiem pionowym). Średnie COP najczęściej kupowanych urządzeń grzewczych tego typu wynosi bez wartości ekstremalnych ok. 4,8 (gruntowa pompa ciepła pobierając 1 kWh energii elektrycznej są w stanie wygenerować średnio 4,8 kWh ciepła). Wszystko dzięki temu, że posiada ona ogromny bufor ciepła w postaci gruntu, z którego czerpią swoją energię, nawet gdy temperatura na zewnątrz spada poniżej -20°C. Grunt ma bowiem zawsze dodatnią temperaturę, która poniżej 10 metrów cały czas utrzymuje się w granicach 10°C.

A jak już wiemy, im niższa jest różnica pomiędzy temperaturą dolnego źródła, a temperaturą zasilania obiegów grzewczych, tym pompa ciepła działa efektywniej. Warto tu jednak zaznaczyć, że pomimo znacznie wyższych kosztów inwestycyjnych niż np. w przypadku powietrznych pomp ciepła, ich gruntowe odpowiedniki są nie tylko tańsze w eksploatacji, ale też są prawie całkowicie odporne na zmieniające się warunki zewnętrzne, co sprawia, że pracują one na swojej maksymalnej sprawności praktycznie przez cały czas (wyróżniają się również długą żywotnością, nawet do 50-80 lat).

Jeszcze niższe koszty ogrzewania pompą ciepła

Koszt eksploatacji pompy ciepła można jeszcze dodatkowo obniżyć:

• wybierając odpowiednią taryfę energetyczną. Jedną z popularnych wykorzystywanych w domach jednorodzinnych jest taryfa G12w, która oprócz prądu tańszego w godzinach 13:00-15:00 oraz nocą (tak jak jest to w przypadku taryfy G12), oferuje dodatkowo całe weekendy oraz dni ustawowo wolne od pracy w niższej stawce. Natomiast w pozostałych okresach stawka zakupu energii elektrycznej jest już wyższa niż w podstawowej taryfie dla odbiorców indywidualnych, oferowanej przez większość sprzedawców prądu, czyli uniwersalnej taryfie G11. Odpowiednio skonfigurowany system i ustawienie czasów pracy urządzenia umożliwi mu zużywanie większej części energii elektrycznej w tańszej taryfie nocnej;
• decydując się na połączenie pompy ciepła z panelami fotowoltaicznymi. Takie rozwiązanie bowiem może ograniczyć do minimum rachunki - koszty ogrzewania i chłodzenia pomieszczeń, jak i przygotowywania ciepłej wody użytkowej, które mogą wynieść nie więcej niż 20 zł miesięcznie. To obecnie najbardziej ekologiczny i ekonomiczny pod względem rocznych kosztów eksploatacyjnych system grzewczy. Jest to opcja, która w perspektywie czasu umożliwia zaoszczędzenie nawet kilkudziesięciu tysięcy złotych (bez uwzględnienia wzrostu cen paliw). Dodatkowo, aby obniżyć koszt początkowy inwestycji w pompę ciepła i instalację fotowoltaiczną można skorzystać z różnych form dofinansowań na inwestycje OZE (zarówno w postaci pożyczek jak i rządowych dotacji). Jedną z nich jest chociażby program Czyste Powietrze, w ramach którego inwestor może otrzymać maksymalną kwotę dotacji do pompy ciepła wynoszącą 20.000 zł, a w przypadku gdy zdecyduje się na mikroinstalację fotowoltaiczną - do 25.250 zł.