Jak cienka jest granica między pompą ciepła a kotłem węglowym? Świadectwa energetyczne wymagają zmian!

Wszelkie obliczenia przeprowadzono zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 27 lutego 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej.

Nie tylko pompa ciepła - założenia analizy

Do analizy wzięto budynek jednorodzinny o powierzchni 150 m², który na cele ogrzewania charakteryzuje się wskaźnikiem zapotrzebowania na energię użytkową na poziomie 80 kWh/(m²·rok). Jest to budynek charakterystyczny dla standardu WT 2017. Ogrzewanie, jak i przygotowanie ciepłej wody użytkowej będzie odbywać się przy pomocy tego samego urządzenia. Wybrano najbardziej popularne, czyli:

• powietrzna pompa ciepła (55/45°C),
• gruntowa pompa ciepła (55/45°C),
• kondensacyjny kocioł gazowy (55/45°C),
• kocioł na pellet z podajnikiem automatycznym,
• kocioł na węgiel wyprodukowany przed 2000 r.

Samo ogrzewanie odbywać się będzie przy wykorzystaniu grzejników płytowych z regulacją centralną i miejscową przy pomocy zaworów termostatycznych. Ciepła woda w każdym przypadku będzie akumulowana w zasobniku wyprodukowanym po 2005 r.

Tak więc roczne zapotrzebowanie na EU w przykładzie wynosi 12 000 kWh na cele grzewcze. Na potrzeby c.w.u. natomiast jest to kolejne 3613 kWh (podążając za wzorem z rozporządzenia, które uzależnia to zapotrzebowanie od powierzchni budynku).

Energia końcowa

Nie będziemy również przyjmować sprawności poszczególnych instalacji, ale za podstawę posłużą wartości wyszczególnione w rozporządzeniu. To właśnie te wartości wykorzystuje się wtedy, gdy nie ma dostępu do informacji o systemie grzewczym. Sam dokument określa m.in. cztery sprawności, których iloczyn daje całkowitą sprawność instalacji. Dzięki temu będziemy mogli określić zapotrzebowanie na energię końcową, czyli tę, którą faktycznie musimy wykorzystać, aby dostarczyć do budynku odpowiednią ilość ciepła. Ponadto uwzględnimy charakterystykę poszczególnych źródeł ciepła, jak np. to, że pompa ciepła powinna działać z zbiornikiem buforowym. Wyniki prezentują się następująco:

Należy tutaj zaznaczyć, że na sprawność całkowitą składa się sprawność:

• wytwarzania ciepła,
• wykorzystania i regulacji, 
• przesyłu,
• akumulacji.

Samą energię końcową oblicza się poprzez podzielenie energii użytkowej przez całkowitą sprawność. W przypadku pomp ciepła sytuacja się różni, ponieważ sprawność obniża EK względem EU. Dzieje się tak z uwagi na wykorzystywanie energii ze źródeł odnawialnych, którymi są powietrze lub grunt. Z tego samego powodu sprawności proponowane przez rozporządzenie są powyżej 100%. Klasyczna definicja sprawności nie do końca oddaje charakter działania pompy ciepła, dlatego też w branży i nauce stosuje się współczynnik SCOP. 

Zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną

Następnym krokiem jest obliczenie zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną. O mankamentach tej energii pisaliśmy w artykule Co jest nie tak ze współczynnikiem zapotrzebowania na energię pierwotną? Aby otrzymać najważniejszy parametr budynku, który będzie odpowiadał za przypisanie obiektu do klasy energetyczne należy pomnożyć energię końcową przez współczynnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej w_i. Końcowym etapem jest podzielenie otrzymanej wartości przez powierzchnię budynku - wówczas uzyskamy wskaźnik zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną.

Wnioski nasuwają się same - ustalane odgórnie wartości współczynnika w_i nie mają zbyt dużego sensu. Tyle dobrze, że od 28 kwietnia wartość dla sieciowej energii elektrycznej została obniżona z 3 na 2,5. Prawdopodobnie, gdyby wykorzystać wyższą wartość SCOP, to wyniki bardziej przemawiałyby na korzyść pompy ciepła. Jednak w dalszym ciągu nie miałaby szans z kotłem na pellet. Aby wskaźnik zapotrzebowania na EP był zbliżony do tego dla kotła na biomasę, SCOP musiałoby wynosić aż 9, co jest technicznie niemożliwe. Nadzieje oczywiście tkwi w zmniejszaniu się wraz z rozwojem OZE współczynnika nakładu. Oczywiście wykorzystanie własnej mikroinstalacji fotowoltaicznej zdecydowanie może pomóc w drastycznym obniżeniu zapotrzebowania na energię pierwotną, ponieważ w_i dla źródeł odnawialnych wynosi 0.

Kocioł węglowy w sąsiedniej klasie energetycznej co pompa ciepła!

Krajowa Agencja Poszanowania Energii (KAPE) przedstawiła grafikę z proponowanym podziałem na klasy energetyczne:

Doskonale widać, że ten sam budynek znajdzie się aż w trzech klasach energetycznych w zależności od posiadanego źródła ciepła. Najwyżej znalazłby się ten wyposażony w kocioł na pellet (klasa A). Następnie, czyli w klasie B byłby budynek wyposażony w pompę ciepła - zarówno gruntową, jak i powietrzną. Kocioł gazowy i węglowy znalazłby się w klasie C. 

Trudno to nawet skomentować. Ten sam dom z pompą ciepła i kotłem węglowym w sąsiadujących klasach - to mówi samo za siebie. Z jednej strony dużo w Polsce zaczęło się mówić o wymianie kopciuchów, termomodernizacji i pompach ciepła. Należy wziąć margines błędu na wartości z rozporządzenia, ale to powinna być najwyższa pora, aby je unowocześnić. Gdyby pozostał stary współczynnik w_i, to ten budynek byłby w klasie C - ze wskaźnikiem zapotrzebowania na energię pierwotną równym 160 kWh/(m²·rok).

Nie chodzi, aby pompy ciepła stawiać w niesamowicie korzystnym świetle, ale aktualne modele tych urządzeń mogą pochwalić się znacznie wyższymi wartościami SCOP niż 2,6. Z drugiej strony trzeba pamiętać, że jeśli sprawność źródła ciepła jest znana, to wówczas się ją wykorzystuje do wyznaczenia świadectwa charakterystyki energetycznej. Niemniej metodologia z pewnością wymaga rewizji.