pompa ciepła i kominek

Pompa ciepła powietrze/woda i kominek

– aspekty techniczne i ekonomiczne

Możliwości techniczne współpracy pompy ciepła z kominkiem

Wpływ rodzaju kominka na układ sterowania pompą ciepła

Aspekty ekonomiczne współpracy pompy ciepła z kominkiem

Wydanie 1/2016

31.01.2016

www.eko-blog.pl www.vaillant.pl

http://www.eko-blog.pl/



http://www.vaillant.pl/

2

Kominek jako pomocnicze lub główne źródło

ciepła w domu jednorodzinnym

Wybór rodzaju kominka powinien uwzględniać rolę jak ma

on spełniać w budynku i z jakim systemem grzewczym ma on

współpracować. Od rodzaju kominka i sposobu jego

eksploatacji, zależy dobór elementów systemu grzewczego,

a szczególnie zbiornika buforowego, układu hydraulicznego

oraz układu automatyki.

Kominek znajduje zastosowanie w większości domów 1-rodzinnych niezależnie od rodzaju

podstawowego źródła ciepła. Uważany jest często za standardowe wyposażenie domu,

jednak nadaje się mu różne role. W niektórych przypadkach kominek spełnia funkcję jedynie

„dekoracyjną” – jest wykorzystywany okazyjnie i nie służy de facto do uzupełniania bilansu

cieplnego budynku. W innych przypadkach stanowi integralną część systemu grzewczego,

gdzie z kolei może stanowić pomocnicze źródło ciepła,

a czasem – podstawowe (przy czym zgodnie z prawem

kominek nie może być jedynym i samodzielnym źródłem

ciepła w budynku).

3

Podstawowe rodzaje kominków ze względu na

sposób współpracy z systemem grzewczym

Ze względu na oddziaływanie na pracę systemu grzewczego można wyróżnić dwa

podstawowe rodzaje kominków: połączone hydraulicznie z instalacją grzewczą oraz

niezależne od układu wodnego instalacji grzewczej.

Popularne rozwiązanie stanowią kominki z powietrznym rozprowadzeniem

ciepła, konwekcyjnym (naturalnym) lub też wymuszonym przez wentylator.

Inny rodzaj kominków funkcjonuje na zasadzie tradycyjnego pieca

kaflowego, gdzie obudowa o masywnej konstrukcji nagrzewa się i oddaje

ciepło do pomieszczenia głównie przez promieniowanie cieplne. W każdym

z wymienionych rodzajów kominka, współpraca z systemem grzewczym

ma charakter pośredni. Wydajność systemu jest zmniejszana np. przez

termostat pokojowy rejestrujący osiągnięcie zadanej temperatury wewnątrz.

Drugą grupę kominków stanowią te, w których odbiór ciepła następuje

przez wodę grzewczą. Może być to bądź kominek z płaszczem wodnym

bądź z wymiennikiem ciepła spaliny/woda. Występuje tutaj bezpośrednia

współpraca z systemem grzewczym. Kominek wspomaga wówczas

lub zastępuje pracę podstawowego źródła ciepła, np. kotła gazowego

lub pompy ciepła.

4

Współpraca z systemem grzewczym kominka

bez układu wodnego – podział na strefy

Współpraca z systemem grzewczym kominka oddającego ciepło za pośrednictwem

ciepłego powietrza lub przez promieniowanie cieplne ma charakter pośredni. Istotne jest

zwrócenie uwagi na dobór automatyki tak aby praca kominka nie zakłócała funkcjonowania

całego systemu grzewczego. Należy zwrócić szczególną uwagę na usytuowanie regulatorów

i termostatów elektronicznych. Umieszczenie regulatora z aktywnym czujnikiem temperatury

wewnętrznej, w pomieszczeniu ogrzewanym przez kominek, może powodować ograniczanie

pracy całego systemu grzewczego i niedogrzewanie innych pomieszczeń.

Korzystnym rozwiązaniem jest wydzielenie odrębnej

strefy dla pomieszczeń ogrzewanych kominkiem, gdzie

regulator (zdalne sterowanie) wpływa na pracę tylko

wydzielonego obiegu grzewczego.

Dla innych pomieszczeń

praca odrębnego obiegu

grzewczego jest sterowana

przez odrębny regulator

(zdalne sterowanie).

5


bez układu wodnego – regulacja

Współpraca z systemem grzewczym kominka oddającego ciepło za pośrednictwem

ciepłego powietrza lub przez promieniowanie cieplne może się odbywać w podstawowy

sposób, a więc przez ograniczanie wydajności grzewczej grzejnika lub pętli ogrzewania

podłogowego. Odbywa się to bezpośrednio przez zawór termostatyczny na grzejniku,

z kolei w przypadku ogrzewania podłogowego wymaga zastosowania (rzadziej stosowanego)

termostatu pokojowego oddziaływującego na zawór regulacyjny danej pętli ogrzewania.

W przypadku ogrzewania podłogowego warto

zwrócić uwagę na jego specyficzną cechę –

zdolność samoregulacji wydajności grzewczej.

Wzrost temperatury wewnątrz pomieszczenia

(np. wskutek pracy kominka) zmniejsza różnicę

temperatury między powietrzem, a powierzchnią

podłogi i tym samym ilość oddawanego ciepła.

Wpłynie to więc pośrednio na

pracę źródła ciepła (kotła lub

pompy ciepła), które zmniejszy

moc lub wyłączy się, gdy odbiór

ciepła zostanie zmniejszony.

6


z płaszczem wodnym

Podłączenie kominka z płaszczem wodnym do systemu grzewczego wymaga zwrócenia

uwagi na dwa podstawowe szczegóły. Jeśli kominek jest przewidziany do pracy w układzie

otwartym, to należy go oddzielić wymiennikiem ciepła od systemu grzewczego. Podłączenie

bezpośrednie kominka do systemu grzewczego jest możliwe, gdy jest on wyposażony

w zabezpieczenie przed wzrostem ciśnienia i temperatury wody (układ schładzania wodą

wodociągową). Drugim ważnym aspektem jest zapewnienie warunków dla odbioru ciepła

z kominka, albo przez instalację grzewczą (np. wykorzystanie zdolności akumulacji ciepła

przez ogrzewanie podłogowe), albo przez zastosowanie zbiornika buforowego.

7

Wielofunkcyjny zbiornik buforowy dla łączenia

wielu źródeł ciepła w jednym systemie

~20 oC

~40 oC

~65 oC

Około 30% objętości – rezerwa

ciepła dla zabezpieczenia komfortu

ciepłej wody użytkowej CWU

Około 20% objętości – strefa

robocza dla systemu ogrzewania CO

Około 50% objętości – strefa niższej

temperatury dla oddawania ciepła

z instalacji solarnej, kominka itd.

oraz dla magazynowania ciepła

Stacja ładująca solarna

(oddawanie ciepła przez

wymiennik ciepła do wody

grzewczej w zbiorniku)

Stacja podgrzewania

ciepłej wody użytkowej

CWU (odbiór ciepła z wody

grzewczej ze zbiornika)

Funkcjonalne rozwiązanie dla połączenia kilku źródeł ciepła w jednym systemie grzewczym,

a także dla magazynowania ciepła, stanowi wielofunkcyjny zbiornik buforowy (Vaillant

allSTOR VPS). Może on mieć objętość od 300 do 2.000 litrów zapewniając gromadzenie

ciepła oraz elastyczną współpracę kilku źródeł ciepła (funkcja sprzęgła hydraulicznego).

Dostarczanie i oddawanie ciepła odbywa się przez przyłączane stacje wymiany ciepła.

8

Przykład systemu z pompą ciepła, kominkiem

z płaszczem wodnym i zbiornikiem buforowym

Kominek z płaszczem wodnym () współpracuje z pompą ciepła () za pośrednictwem

wielofunkcyjnego zbiornika buforowego (Vaillant allSTOR serii VPA ). Dodatkowo system

jest wspomagany przez instalację solarną (). Tym samym wszystkie źródła ciepła pracują

zarówno na potrzeby systemu

ogrzewania budynku (), jak i dla

podgrzewu ciepłej wody użytkowej ()

UWAGA: schemat zawiera

zbiornik buforowy w wersji

allSTOR VPA wyposażony

w wężownice grzejne.

Obecna wersja zbiornika

allSTOR VPS wykorzystuje

dołączane stacje wymiany

ciepła, zawierające

wymienniki ciepła.

9

Kominek z płaszczem wodnym czy

„powietrzny”? – przegląd cech użytkowych

Kominek z płaszczem wodnym lub wymiennikiem ciepła spaliny/woda:

KORZYŚCI OGRANICZENIA

Wykorzystanie do ogrzewania całego budynku przez włączenie do

systemu grzewczego. Bezpośrednie wsparcie pracy systemu

grzewczego przez podwyższanie temperatury wody grzewczej.

Możliwość magazynowania ciepła w zbiorniku buforowym.

Stosunkowo wysokie sprawności pracy (niska strata kominowa)

Wyższe koszty inwestycyjne i większe skomplikowanie systemu

grzewczego (dodatkowy obieg, zbiornik buforowy, automatyka,

itd.). Wrażliwość na przerwy w zasilaniu elektrycznym (przegrzewy

przy braku pracy pompy obiegowej), brak funkcji awaryjnego

ogrzewania domu przy braku zasilania elektrycznego. Bardziej

wymagająca eksploatacja dla prawidłowego procesu spalania.

Raczej do dłuższej kilkugodzinnej pracy (wydłużony rozruch)

Kominek z oddawaniem ciepła przez nagrzewanie powietrza lub promieniowanie cieplne:

KORZYŚCI OGRANICZENIA

Brak komplikacji systemu grzewczego i niezależne źródło ciepła

także w razie awarii podstawowego źródła ciepła (np. kotła) lub

przy zaniku zasilania elektrycznego. Niższe koszty inwestycyjne.

Mniejsza wrażliwość na jakość drewna i łatwiejsze użytkowanie.

Krótki rozruch, możliwe krótkie cykle pracy, np. wieczorem itp.

W niektórych wariantach niższa sprawność od kominka

z płaszczem wodnym (większa strata kominowa, przy niższym

odbiorze ciepła). Wykorzystanie raczej do dogrzewania wybranych

pomieszczeń (brak połączenia z systemem grzewczym). Należy

wyeliminować negatywny wpływ ogrzewania jednego lub kilku

pomieszczeń na funkcjonowanie całego systemu (odpowiedni

podział na strefy ogrzewania budynku).

Zastosowanie każdego z rodzajów kominka niesie ze sobą i korzyści i ograniczenia, które

należy wziąć pod uwagę szczególnie ze względu na jego użytkowanie (częste/okazjonalne).

Trzeba także wziąć pod uwagę specyfikę systemu grzewczego, dostępne miejsce dla

zabudowy urządzeń i lokalne warunki (stabilność zasilania w energię elektryczną).

10

Jakie są koszty ogrzewania kominkiem

w porównaniu do innych źródeł ciepła?

Koszty ogrzewania drewnem należą do najniższych w porównaniu do większości rodzajów

paliwa oraz energii elektrycznej. Mogą być one jednak bardzo zróżnicowane ze względu na

wahania cen zakupu drewna, warunki zakupu (drewno pocięte droższe lub tańsze pniaki),

a także właściwości spalanego drewna (wartość opałowa) i rzeczywistą sprawność kominka

lub kotła opalanego drewnem (zależne od konstrukcji i sposobu użytkowania).

Dla porównania cena wytworzenia 1 kWh ciepła (np. dla budynku o standardzie NF40

potrzebne jest dla powierzchni 140 m2 dostarczenie 40 140 = 5.600 kWh/rok) wynosi:

zł/kWh

brutto

Założenia: ceny paliw 02.2016: gaz ziemny GZ50 średnio 2,50 zł/m3 w taryfie W-3,

olej opałowy EL (olej-opalowy.pl) śr. w kraju 2,50 zł/litr, drewno brzoza 180 zł/m.p.

(metr przestrzenny) pocięte lub 120 zł/m.p. (pniaki do własnego transportu i cięcia).

http://eko-blog.pl/2015/04/dom-w-standardzie-nf40-wymagania-i-dobor-systemu-grzewczego/



11

Koszty wytworzenia ciepła z kominka i pompy

ciepła – od sprawności i efektywności COP K

oszt w

ytw

orz

en

ia c

iep

ła (

zł/

kW

h)

Efektywność COP

0,180,20 zł/kWh: koszt wytworzenia ciepła

przez kominek o sprawności 4550 %

0,130,15 zł/kWh: koszt wytworzenia ciepła

przez kominek o sprawności 6070 %

Kominek

Kominek

Koszt wytworzenia ciepła z kominka jest silnie zależny od ceny zakupu drewna (występują

tu znaczne różnice), jego rzeczywistej wartości opałowej (wilgotność, masa) i sprawności

kominka (znaczne różnice w zależności od konstrukcji i sposobu użytkowania).

Z punktu widzenia ekonomicznego kominek należy uruchamiać

wtedy, gdy efektywność COP pompy ciepła obniży się na tyle, że

koszty wytworzenia ciepła z kominka będą niższe.

Jeśli kominek cechuje się wysoką sprawnością pracy (6070%),

to powinien być wykorzystywany już przy efektywności pompy

ciepła niższej niż ~4,0. Dla kominków o przeciętnej sprawności

(4550%), wytwarzanie ciepła będzie tańsze dopiero gdy

efektywność COP pompy ciepła spadnie poniżej wartości ~3,0.

Założenia: brzoza 180 zł/m.p., wartość opałowa

4,3 kWh/kg, gęstość: 450 kg/m.p.

12

Ekonomiczna współpraca kominka i pompy

ciepła przy temperaturze zasilania 35 oC E

fekty

wn

ość C

OP

Jeżeli pompa ciepła powietrze/woda (Vaillant aroTHERM VWL) pracuje z maksymalną

temperaturą zasilania 35 oC, to standardowy kominek o sprawności rzędu 50% powinno się

z ekonomicznego punktu widzenia uruchamiać przy temperaturze zewnętrznej niższej niż

-7 oC (punkt ). Kominki o podwyższonej sprawności rzędu 70% pozwalają uzyskiwać

niższe koszty wytwarzania ciepła i można je uruchamiać już wcześniej bo przy temperaturze

zewnętrznej niższej od około +3 oC (punkt )

Temperatura zewnętrzna (oC)

Poziom graniczny kosztów eksploatacji

dla kominka o sprawności 6070 %



13



fekty

wn

ość C

OP




+3 oC (punkt ). Kominki o podwyższonej sprawności rzędu 70% pozwalają uzyskiwać

niższe koszty wytwarzania ciepła i można je uruchamiać już wcześniej bo przy temperaturze

zewnętrznej niższej od około +12 oC (punkt ) – czyli de facto w całym sezonie grzewczym.






14



fekty

wn

ość C

OP




+12 oC (punkt ). Kominki o podwyższonej sprawności rzędu 70% pozwalają uzyskiwać

niższe koszty wytwarzania ciepła przy każdej temperaturze zewnętrznej, można je więc

uruchamiać przy każdej okazji, aby ograniczyć pracę pompy ciepła (pracującej w systemie

ogrzewania grzejnikowego, np. w budynku modernizowanym).






15

Podsumowanie – kominek, a pompa ciepła

typu powietrze/woda

Ze względu na:

- bardzo zróżnicowane ceny zakupu drewna (lokalne ceny, wahania cen w ciągu roku, itd.)

- właściwości spalanego drewna (sezonowanie!),

- efektywność pompy ciepła osiąganą w danym budynku z danym systemem grzewczym

- ceny zakupu energii elektrycznej (zależne lokalnie, także od rodzaju taryfy)

- rzeczywistą sprawność kominka zależną i od jego konstrukcji i sposobu użytkowania

trudno o jednoznaczną odpowiedź w jakich sytuacjach ogrzewanie drewnem będzie

bardziej korzystne ekonomicznie w porównaniu do ogrzewania pompą ciepła.

Przy standardowych warunkach zakupu drewna (180 zł za metr przestrzenny, m.p.), jeżeli

kominek cechuje się wysoką stałą sprawnością rzędu 6070%, to ciepło z niego jest „tańsze”

nawet w porównaniu do pompy ciepła o wysokiej efektywność COP równej 4,0. Jeżeli

kominek posiada przeciętną sprawność (rzędu 50%), to dostarcza on „tańsze” ciepło dopiero

w porównaniu z pompą ciepła o efektywności COP niżej od wartości 3,0.

Jeżeli system grzewczy jest systemem grzejnikowym, to wysokosprawny kominek można

uruchamiać przy każdej okazji, gdyż zapewni on „tańsze” ciepło w porównaniu do pompy

ciepła ( slajd 14). Kominek o niższej sprawności również należy wykorzystywać niemal

w całym okresie grzewczym (poniżej +12 oC). Jeżeli system grzewczy jest systemem

ogrzewania podłogowego to kominek wysokosprawny powinno się uruchamiać już poniżej

+3 oC, a kominek o przeciętnej sprawności dopiero poniżej – 7 oC ( slajd 12).

Chłodzenie

Ogrzewanie

Energia odnawialna

Kotły gazowe

Kotły olejowe

Pompy ciepła

Kolektory słoneczne

Systemy wentylacji

www.eko-blog.pl www.vaillant.pl




http://www.vaillant.pl/

pompa ciepła i kominek

Education