Pompy ciepła i kotły gazowe to zupełnie różne urządzenia grzewcze. Niemniej jednak nieraz są porównywane pod kątem kosztów ogrzewania, kosztów inwestycji i wpływu na środowisko. Kotły gazowe wykorzystują jako paliwo gaz ziemny, czyli paliwo kopalne. Przy pompach ciepła w budynkach jednorodzinnych jest to energia elektryczna. Są to bowiem pompy sprężarkowe. No i tutaj zaczynają się schody. W Polsce (stan na luty wg danych Agencji Rynku Energii) moc zainstalowana w OZE to 23,4 GW, czyli 38,4%. Reszta to w dalszym ciągu paliwa kopalne, a więc pompy ciepła w Polsce w nieco mniej niż w ⅔ opierają się głównie o węgiel kamienny i brunatny.

To nie jest analiza kosztów wytwarzania ciepła. Chcemy skupić się przede wszystkim na najważniejszych różnicach w technologii, które mają najistotniejsze znaczenie dla planujących zakup lub wymianę źródła ciepła.

Temperatury zasilania

Pierwszą różnicą między tymi dwoma technologiami są temperatury zasilania. Kotły są w stanie wytworzyć dużo ciepła z dużą różnicą temperatur w bardzo krótkim czasie, dlatego nadają się do grzejników o wysokich temperaturach (50°C-70°C). Są one mniejsze, zajmują więc mniej miejsca na ścianie. Nowoczesne kondensacyjne kotły gazowe mogą działać przy temperaturach zasilania rzędu 40°C-50°C.

Pompy ciepła dostarczają ciepło przy mniejszej różnicy temperatur (średnio 35°C-55°C). Ponieważ temperatura pompy ciepła jest niska, wymaga ona większej powierzchni dla grzejnika lub emitera. Dedykowane jest ogrzewanie płaszczyznowe (głównie podłogowe). Sprawdzą się również klimakonwektory, a także grzejniki o dużej powierzchni. Według badań Instytutu Fraunhofera ISE wynika jednak, że wysokie temperatury zasilania nie przeszkadzają tej technologii. Szczegóły w artykule Jakie temperatury zasilania zapewniają pompy ciepła? Co wpływa na ich efektywność?

Aby lepiej zrozumieć tę koncepcję, należy wziąć pod uwagę, że system kotłowy może być zaprojektowany ze średnią temperaturą zasilania 70°C, ale różnica pomiędzy wodą wpływającą i wypływającą z grzejnika wynosi 10°C. Wyjaśniając to dalej, woda wchodząca do grzejnika ma zwykle około 75°C, a wychodząca 65°C, co daje spadek o 10°C.

Idealna temperatura dla systemu pompy ciepła to średnio 37,5°C, przy różnicy temperatur wynoszącej zaledwie 5°C. Aby to osiągnąć, temperatura wody wchodzącej do podłogówki lub grzejnika jest ustawiona na 40°C. Jednocześnie temperatura wody wychodzącej wynosi 35°C, co daje spadek o 5°C.

Dobór pompy ciepła a kotła gazowego

Wybierając pompę ciepła zamiast kotła gazowego, trzeba być bardzo skrupulatnym, jeśli chodzi o wymiarowanie grzejników i rur ogrzewania podłogowego. Dodatkowo ważne jest, aby móc regulować prędkość wody w systemie, jak również dostarczanie do niej ciepła, aby uzyskać optymalne rezultaty. Jest to trudne zadanie, szczególnie w starszych lub nieefektywnych energetycznie domach. Kocioł gazowy można bez problemu dobrać na podstawie powierzchni budynku i zapotrzebowania na c.w.u. Z pompą ciepła to nie jest takie proste, ponieważ trzeba wziąć pod uwagę możliwości dolnego źródła. Kotły charakteryzują się taką samą mocą nominalną przez cały rok, niezależnie od pory dnia. Inaczej jest w przypadku pomp powietrze/woda, gdzie moc urządzenia silnie zależy od temperatury zewnętrznej. Co więcej, przy gruntowych pompach ciepła dochodzi kwestia odpowiedniej eksploatacji dolnego źródła. Do pewnego stopnia utrudnia to odpowiedni dobór mocy. Odpowiedni wybór pompy ciepła wyjaśniliśmy w artykule Dobór pompy ciepła a powierzchnia budynku.

Termomodernizacja - wybór źródła ciepła

W Wielkiej Brytanii działa Boiler Upgrade Scheme, czyli dofinansowanie do wymiany kotła gazowego na pompę ciepła. Nowa wersja programu Mój Prąd będzie zapewniała dotację na pompę ciepła dla istniejących budynków. W programie Czyste Powietrze jest to tylko możliwe przy okazji wymiany nieefektywnego kotła stałopalnego, tzw. kopciucha. Można więc powiedzieć, że brytyjski program i Mój Prąd 5.0 będą miały pewne punkty wspólne. Czy opłaca się wymienić kocioł gazowy? Trzeba zastanowić się m.in. nad wcześniejszą termomodernizacją. W materiale Pompa ciepła przed termomodernizacją – TAK czy NIE? wyjaśniliśmy, dlaczego warto najpierw docieplić dom zanim kupimy i zainstalujemy pompę. Jednym z argumentów była kwestia zmniejszenia zapotrzebowania na energię do ogrzewania. W efekcie pozwala to na zakup pompy o mniejszej mocy, czyli tańszej. Izolacja w budynku odgrywa dużą rolę w efektywności pompy ciepła, ponieważ optymalne działanie pompy wymaga powolnego zwiększania ilości ciepła przez dłuższy czas.

Starsze, mniej efektywne systemy grzewcze są lepiej przygotowane do szybkiego wytwarzania ciepła za pomocą kotłów. Dodatkowo gazowe kotły kondensacyjne można rozbudować do układów, w których mogą zapewniać ciepło niskotemperaturowe w sposób podobny do pomp ciepła. Tym samym są one kompatybilne z ogrzewaniem podłogowym. Tak czy inaczej - zmiana systemu w istniejącym domu jest trudniejsza niż stworzenie nowego w nowo powstałym budynku. Dlatego też trzeba iść na ustępstwa i zaadaptować istniejącą instalację tak, aby działała jak najlepiej. Dobrze sprawdzą się nawet grzejniki płytowe, choć są pewne warunki. Przede wszystkim należy zapewnić dużą powierzchnię wymiany ciepła. 

Sprawność kotła i współczynnik efektywności pompy ciepła

Komora spalania kotła na gaz ziemny posiada wymiennik ciepła. Woda przepływając przez wymiennik odbiera ciepło ze spalania gazu, a wymiennik jest w stanie odebrać 90% energii. W kotłach kondensacyjnych dodatkowo odbiera się również ciepło ze spalin poprzez ich wykroplenie. Dzięki temu sprawność kotła jest znacznie wyższa.

Energia elektryczna zużywana do zasilania pompy ciepła jest równoważona przez wydajność cyklu chłodniczego (sprężania pary), który może wytworzyć do pięciu razy więcej ciepła niż zużyta energia elektryczna. Do określenia efektywności wykorzystuje się współczynnik wydajności (Coefficient of Performance - COP). Jest on miarą efektywności pompy ciepła, którą określa się dzieląc ilość wyprodukowanego ciepła przez ilość zużytej energii elektrycznej. W skrócie: jeżeli pompa ciepła ma współczynnik COP w danych warunkach równy 4, to oznacza, że 80% energii pochodziło z dolnego źródła, a 20% to energia elektryczna wykorzystana przez sprężarkę. Szerzej poruszaliśmy ten temat w artykule COP, SCOP i SPF – co oznaczają współczynniki, które opisują pompę ciepła?

Porównując przyszłe systemy, trzeba być świadomym różnych komponentów i formuł używanych do pomiaru efektywności. Wiedza o tym, czego należy oczekiwać od systemu, jest niezbędna.

Czego potrzebuje kocioł, a czego pompa?

Kocioł gazowy wymaga podłączenia do sieci gazowej. Pompa ciepła jest uzależniona od energii elektrycznej. Zaletą kotła gazowego jest to, że zajmuje niewiele miejsca w budynku. Podobnie co jednostka wewnętrzna pompy ciepła typu split. 

Aby zapewnić odpowiednią liczbę załączeń pompy ciepła, niezbędnym elementem instalacji jest bufor, który magazynuje ciepłą wodę kotłową. Kondensacyjny kocioł gazowy nie potrzebuje zbiornika buforowego, ponieważ wystarczy go włączyć, aby rozpocząć ogrzewanie. Co więcej, zarówno w przypadku powietrznej, jak i gruntowej pompy ciepła należy liczyć się z koniecznością zagospodarowania miejsca na podwórku. Gruntowe pompy ciepła potrzebują wymienników - pionowych lub poziomych, co wymaga znacznej ingerencji w przestrzeń wokół domu. Który z nich jest lepszy? Sprawdź w materiale Gruntowa pompa ciepła – wymiennik poziomy czy pionowy?. Powietrzna pompa natomiast potrzebuje miejsca na jednostkę zewnętrzną, która niejednokrotnie emituje hałas, który może przeszkadzać. Ten problem może wystąpić zwłaszcza w miejscach, gdzie jest wiele pomp ciepła obok siebie, a szczególnie w mroźne dni.

Źródła: Termomodernizacja.pl, homebuilding.co.uk