Czy pompa ciepła to perpetuum mobile?

Wypowiedź na forum – pompa ciepła: „Ludzie nie wierzcie w perpetum mobile…”
Nikt kto nawet pobieżnie orientuje się o co chodzi w pompie ciepła, nie powie, że jest to perpetuum mobile. Bo, pompa ciepła to „normalne” urządzenie, które znane jest już od wielu lat. Co więcej, każdy z nas ma w domu pompę ciepła…

Zacznijmy od krótkiego rysu historycznego. 
Amerykanin Jacob Perkins, w roku 1835 opatentował pierwszą chłodziarkę kompresyjną – „pompę ciepła”. W ostatnich dziesięcioleciach XIX w. technika chłodnicza na stałe zajęła swoje miejsce w przemyśle, a w pierwszych dziesięcioleciach XX w. powstały pierwsze lodówki, również do zastosowań w gospodarstwach domowych. Dzisiaj każdy z nas ma w swoim domu pompę ciepła – jest nią lodówka.
Swój pierwszy „boom” pompa ciepła przeżyła w Niemczech w latach 70. XX wieku w wyniku kryzysu na rynku ropy naftowej. Kiedy ceny ropy ponownie spadły w latach 80., gwałtownie spadło też zapotrzebowanie na pompy ciepła.
Dopiero od około 15-stu lat, nowoczesna pompa ciepła znalazła stałe miejsce wśród urządzeń grzewczych instalowanych w domach. Znacznie wcześniej znalazła powszechne zastosowanie w urządzeniach chłodniczych, jakie do dzisiaj znajdziemy, np. w sklepach.

Zdj. Pompa ciepła Viesmann: L-08 z roku 1981.

Zdj. Pompa ciepła Viesmann: L-08 z roku 1981.

 

Perpetuum mobile

Perpetuum mobile (z łac. wiecznie ruchome) – hipotetyczna maszyna, której zasada działania, wbrew paradygmatom fizyki klasycznej, umożliwiałaby jej pracę w nieskończoność.
Źródło: Wikipedia.

Odpowiadając na pytanie w tytule – pompa ciepła nie ma nic wspólnego z perpetuum mobile, nie jest też magiczną skrzynką. Co więcej, sprawność pompy ciepła nie przekracza 100% – i od tego zacznijmy…
Ogólnie mówiąc, sprawność jakiegokolwiek urządzenia jest to stosunek tego co dostajemy, do tego co wkładamy.
W przypadku sprawności kotła gazowego:
– dostajemy: ciepło, które wykorzystujemy do ogrzewania domu i wody użytkowej
– wkładamy: energię paliwa (gazu)

Podobnie jest w pompach ciepła:
– dostajemy: ciepło grzewcze
– wkładamy: czyli doprowadzamy do pompy ciepło ze środowiska (z gruntu, wody lub z powietrza) i doprowadzamy również energię elektryczną

Może to wyglądać tak: pompa ciepła pobiera z gruntu 3 kW ciepła, zużywa przy tym 1 kW energii elektrycznej – oddaje ciepło grzewcze w ilości 4 kW.

PC_01

 

W tym konkretnym przykładzie, sprawność pompy ciepła wynosi:
dostajemy 4 kW ciepła grzewczego / (doprowadzamy: 3 kW z gruntu + 1 kW prądu) => sprawność = 100%.

W praktyce nie jest tak idealnie. Przykładowa pompa ciepła:
– moc grzewcza: 10,36 kW
– pobór ciepła z gruntu: 8,43 kW
– pobór mocy elektrycznej: 2,07 kW
Analogicznie jak wcześniej, obliczymy że sprawność pompy ciepła wynosi: 10,36 kW / (8,43 kW + 2,07 kW) = 0,987 => 98,7%.
Jak widać na przykładzie, sprawność pompy ciepła nie przekracza 100%.

Jak porównać więc pompę ciepła z tradycyjnym kotłem? Ile będzie kosztować ogrzewanie?

Pompa ciepła pobiera spore ilości ciepła ze środowiska, które „nic nas nie kosztuje” – pomijam tutaj koszt prądu do zasilania pompy przetłaczającej płyn przez wymiennik zakopany w gruncie (gruntowa pompa ciepła), czy prąd potrzebny do pracy wentylatora (pompa powietrzna).
Dlatego, do oceny efektywności pracy pompy ciepła, zamiast sprawności, wykorzystujemy tzw. współczynnik efektywności pompy ciepła: COP.
COP oblicza się jako stosunek tego do dostajemy (ciepło grzewcze), do tego co wkładamy do pompy ciepła i za co musimy zapłacić – energia elektryczna. Stąd łatwo policzyć COP przykładowej pompy ciepła: 10,36 kW / 2,07 kW => COP = 5
COP może nam powiedzieć jakiej klasy pompę ciepła mamy lub, pomoże porównać pompy ciepła, np. różnych producentów. Nie powie natomiast nic konkretnego o kosztach ogrzewania domu.

Koszty ogrzewania, czyli ile pompa ciepła zużyje prądu, określamy za pomocą współczynnika efektywności pracy instalacji z pompą ciepła: SCOP.
SCOP jest to ilość energii cieplnej dostarczonej do ogrzewania domu, do ilości zużytej przy tym energii elektrycznej w określonym czasie, np. w ciągu roku. Uwzględniamy przy tym pobór prądu: przez samą pompę ciepła, ale również przez pompy wody grzewczej, pompę wymiennika gruntowego, ewentualną grzałkę elektryczną, itd. Na tej podstawie możemy obliczyć SCOP naszej instalacji.

Przykładowo:
– dom o powierzchni ogrzewanej: 160 m2
– zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania budynku i wody użytkowej (4 osoby): 16 000 kWh/rok
– zużycie
energii elektrycznej przez pompę ciepła i inne urządzenia pracujące w instalacji: 3 478 kWh/rok- ogrzewanie podłogowe w całym domu
SCOP = 16 000 kWh/rok / 3 478 kWh/rok = 4,6

Aby instalacja z pompą ciepła dostarczyła 16 000 kWh potrzebnej do ogrzewania energii cieplnej w ciągu roku, zużyje 3 478 kWh energii elektrycznej (za którą trzeba będzie zapłacić). A, ok. 12 522 kWh energii cieplnej pobierze z gruntu – darmowe ciepło.
Przy cenie jednostkowej energii elektrycznej, np. 0,56 zł brutto/kWh, koszty ogrzewania wyniosą: 1 948 zł brutto/rok.
(3 478 kWh/rok x 0,56 zł brutto/kWh = 1 948 zł brutto/rok)

Dla porównania, jeśli rozważamy powietrzną pompę ciepła wspomaganą grzałką elektryczną, gdzie SCOP instalacji wynosi 3,2 – koszty ogrzewania mogą wynosić: 2 800 zł brutto/rok.
(16 000 kWh/rok / 3,2 = 5 000 kWh prądu x 0,56 zł/kWh = 2 800 zł brutto/rok)

Sama pompa ciepła nie gwarantuje niskich kosztów ogrzewania domu. A te, zależą od jakości pompy ciepła, rodzaju ciepła środowiska które chcemy wykorzystywać. Również rodzaj instalacji ogrzewania domu będzie mieć istotny wpływ na koszty jego ogrzewania.
Właściwie zaprojektowana i wykonana instalacja z pompą ciepła może zapewnić niskie koszty ogrzewania przez długie lata.

Krzysztof Gnyra (KG)

ViCare
Kreator doboru produktu
Mapa salonów firmowych
Ankieta

Czym ogrzewasz dom?

Loading ... Loading ...