Pompy ciepła w remontowanym domu

W artykule:

• Co trzeba wiedzieć przed montażem pompy ciepła?
• Grzejniki
• Bufory ciepła
• Podsumowanie

Im lepsza izolacyjność termiczna budynku oraz mniejsze nieszczelności powodujące nadmierne straty ciepła, tym większy komfort cieplny i korzystniejsze koszty eksploatacyjne, a także większe możliwości stosowania różnych źródeł zasilania instalacji ogrzewania.

Co trzeba wiedzieć przed montażem pompy ciepła?

Przed decyzją o wymianie kotła na pompę ciepła lub budowie instalacji w układzie hybrydowym ważna jest wiedza nt. ilości zużywanej energii i ponoszonych kosztów ogrzewania oraz przygotowania c.w.u. O ile w przypadku kotłów gazowych dane o ilości zużytego gazu są dostępne na fakturach i znana jest jego wartość opałowa, to dla węgla może brakować dokładnych informacji dotyczących zużycia (mogą być dostępne dane nt. ilości zakupionego węgla), różna też bywa wartość opałowa tego paliwa, a także efektywność spalania.

Czytaj także: Ogrzewanie i chłodzenie domu dzięki pompie ciepła

Na rys. 1 zestawiono szacunkowe roczne zużycie gazu ziemnego na cele grzewcze w budynkach o różnym standardzie energetycznym przypadające na 1 m² powierzchni ogrzewanej. Różnice są znaczne – np. budynki budowane przed 1990 rokiem, zakładając, że rzeczywiście spełniały ówczesne wymagania, zużywają dwukrotnie więcej energii niż te budowane w latach 1990–2002. Natomiast budynki budowane zgodnie z wymaganiami obowiązującymi od 2021 roku zużywają blisko czterokrotnie mniej energii niż te sprzed 1990. Innymi słowy, domy w standardzie sprzed 1990 roku zużywają na pokrycie strat ciepła przez przegrody i wentylację ponad 200 kWh/(m^²·rok), domy energooszczędne (standard WT 2021) – 55 kWh/(m^²·rok), a domy tzw. pasywne, czyli o standardzie wyższym, niż wymagają obecne przepisy (czyli mające m.in. system wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła i lepszą stolarkę oraz izolację termiczną), tylko ok. 15–20 kWh/(m^²·rok). Im mniejsze zapotrzebowanie budynku na energię, tym bardziej zasadne jest stosowanie pomp ciepła.

Według danych POBE – Porozumienia Branżowego na rzecz Efektywności Energetycznej (na II kw. 2025 r.) roczny koszt ogrzewania budynku o powierzchni 150 m² o złej izolacji w standardzie EU = 140 kWh/(m²·rok) oraz przygotowania c.w.u. dla czterech osób wynosi:

• 7 760 zł dla instalacji grzejnikowej o temperaturze zasilania 55°C, zasilanej zasypowym kotłem węglowym o sprawności 64%,
• 7 760 zł dla instalacji grzejnikowej o temperaturze zasilania 55°C, zasilanej pompą ciepła powietrze/woda mającą SCOP 3,02.

Obecnie, tj. w II kw. 2025 r. praktycznie nie ma różnic w rocznych kosztach eksploatacji.

W przypadku kotłów zasypowych można „ręcznie” ograniczyć zużycie paliwa (i koszty ogrzewania), obniżając komfort w budynku lub jego niektórych pomieszczeniach. Pompy ciepła nie dają takich możliwości ręcznego „zarządzania” i obniżania kosztów. Technologia ta wymaga pracy zarządzanej automatyką. Ponadto trzeba mieć na uwadze fakt, że kotły mogą dostarczyć duże ilości ciepła w krótkim czasie, a ich moc nie zależy od temperatury zewnętrznej, jak ma to miejsce zwłaszcza w przypadku pomp ciepła typu powietrze/woda (rys. 2). W czasie największego zapotrzebowania budynku na energię do ogrzewania, czyli podczas mrozów, wydajność powietrznych pomp ciepła jest najniższa i instalację c.o. wspomagają grzałki elektryczne. Dobrym rozwiązniem jest układ hybrydowy z kotłem szczytowym i optymalnie dobranym punktem biwalentnym. W budynkach o słabej izolacji termicznej i dużym zapotrzebowaniu na energię, w odniesieniu do powierzchni, eksploatacja samych pomp ciepła może być droga w porównaniu do „oszczędnej” ręcznej eksploatacji kotłów na paliwa stałe – węglowych i na drewno, polegającej także na znacznym obniżaniu komfortu cieplnego. Pomimo, że koszty eksploatacyjne są porównywalne, to pompy ciepła wymagają poniesienia kosztów inwestycyjnych.

Do analizy kosztów ogrzewania dla różnych standardów technicznych budynków można wykorzystać kalkulator POBE dostępny na: https://pobe.pl/kalkulator-pobe-koszty-ogrzewania-w-typowych-budynkach/. Jest on aktualizowany co kwartał i można pobrać arkusz w formacie Excel, w którym istnieje możliwość wprowadzenia własnych danych. 

Arkusz jest otwarty, dzięki czemu można się dokładnie przyjrzeć, według jakich założeń działa. W sprawdzeniu, czy w danym domu można i warto zamontować pompę ciepła, pomaga także wiedza zawarta w poradnikach tworzonych w ramach akcji PORT PC „Pompuj ciepło z głową” (dostępnych na stronie: https://www.pompujcieplozglowa.pl/).

Kolejnym ważnym aspektem jest wielkość elektrycznej mocy przyłączeniowej budynku i stan instalacji elektrycznej. O ile pompa ciepła nie potrzebuje dużej ilości prądu do pracy sprężarki i pomp obiegowych, o tyle może wymagać – o czym wspomniano wyżej – okresowej pracy grzałki elektrycznej o mocy paru kilowatów.

Trzeba pamiętać, że informacja nt. efektywności pompy ciepła jest wartością odnoszącą się do konkretnych warunków pracy i tak podawane są chwilowe współczynniki efektywności COP (Coefficient of Performance) oraz sezonowe współczynniki efektywności SCOP (Seasonal Coefficient of Performance). Na przykład SCOP równy 4,0 oznacza, że w ciągu całego sezonu grzewczego za każdą pobraną 1 kWh energii elektrycznej powietrzna pompa przekaże do układu grzewczego średnio 4 kWh ciepła. Jednak w praktyce wynik taki można uzyskać tylko w dobrze ocieplonych budynkach o niskich stratach energii i z ogrzewaniem płaszczyznowym, które zasilane jest niskimi temperaturami, znacznie niższymi niż tradycyjne grzejniki naścienne. Z danych Instytutu Fraunhofera ISE wynika, że SCOP powietrznych pomp ciepła zamontowanych w budynkach istniejących, w których nie przeprowadzono większych działań termomodernizacyjnych, sięga maksymalnie 3,0.

Pompy ciepła pracują efektywnie przy stosunkowo małej różnicy między temperaturą dolnego i górnego źródła ciepła, czyli pomiędzy zmienną temperaturą powietrza a wymaganą temperaturą grzejników w przypadku pomp powietrznych. Im niższa temperatura na zasilaniu instalacji c.o., tym większa efektywność pracy pompy ciepła, czyli wyższy współczynnik COP. Najlepsze efekty energetyczne osiąga się w dobrze izolowanych budynkach z wentylacją mechaniczną z odzyskiem ciepła, w których są bardzo duże powierzchnie grzejne grzejników podłogowych zasilanych bardzo niską temperaturą, o kilka stopni wyższą niż temperatura obliczeniowa, co zapewnia komfort termiczny w domach o wysokim standardzie energetycznym.

Przy obecnych warunkach panujących na rynku paliw i energii rozważania o zastosowaniu pomp ciepła w budynkach istniejących powinny obejmować także analizy inwestycji w instalację PV, a nawet magazyn energii elektrycznej, co umożliwia obniżane kosztów eksploatacyjnych, ale powoduje wzrost kosztów inwestycyjnych. Instalacje PV zintegrowane z siecią energetyczną i rozliczenia w systemie opustów, który jest „magazynem” energii elektrycznej o rocznej sprawności 80% (lub 70% przy instalacji powyżej 10 kWp), powodowały, że liczyła się przede wszystkim ilość kWh oddanych do sieci, które można było później odzyskać w sezonie grzewczym. Bardzo sprzyjało to instalacjom grzewczym z pompami ciepła w budynkach istniejących, gdyż w praktyce miały one darmowy magazyn energii o sprawności odzysku co najmniej 70%. To spowodowało, że w społeczeństwie pojawiło się mylne przekonanie, iż prosumenci powinni odzyskiwać lub być sowicie wynagradzani za każdą kWh wprowadzoną do sieci. 

Kolejne zasady rozliczeń za wprowadzaną do systemu energetycznego energię mają za zadanie m.in. skłaniać do jak największej autokonsumpcji i stabilizować system energetyczny. A to powoduje, że planując budowę instalacji PV po to, by dawała znaczący efekt ekonomiczny dla zasilania pomp ciepła w budynku istniejącym w standardzie niższym niż WT 2021, konieczne jest bardzo staranne przeanalizowanie różnych rozwiązań i nieuleganie opiniom opartym na niedostępnych już zasadach rozliczeń z systemem energetycznym. Było to często wykorzystywane przez nieuczciwych „doradców” oferujących pompy ciepła ze wsparciem ze środków publicznych w ramach programu „Czyste Powietrze”, których działalność przysporzyła wielu inwestorom problemów związanych z wysokimi kosztami i tzw. rachunkami grozy.

Wiarygodne informacje nt. zasadności zastosowania pompy ciepła w danym budynku daje audyt energetyczny, a nie ustne zapewnienia handlowca chcącego sprzedać urządzenie. Audyt informuje o stanie energetycznym i technicznym budynku oraz wskazuje, jakie działania mogą poprawić jego efektywność energetyczną, jaki będzie koszt tych działań oraz czas zwrotu dla różnych nakładów – takich jak np. wymiana stolarki, docieplenie stropu czy izolacja termiczna ścian zewnętrznych lub wymiana instalacji i grzejników. Dostarczy również dokładnych danych umożliwiających podjęcie decyzji, czy pompa ciepła będzie dobrym wyborem i jakie urządzenie będzie optymalne dla danego budynku (w tym jego rodzaj i moc).

Grzejniki

Sporo starszych instalacji c.o. i c.w.u. może być w na tyle dobrym stanie, by móc współpracować z pompami ciepła. Zaleca się jednak poddanie każdej starej instalacji i grzejników ocenie technicznej m.in. pod względem korozji i możliwości dalszej eksploatacji przez parę dekad. Wiele instalacji wykonanych z dobrych rur stalowych może wymagać tylko wymiany niektórych elementów oraz oczyszczenia z osadów i płukania, a także dodania nowej armatury, zwłaszcza zaworów, odmulaczy i pomp obiegowych. Ponadto niektóre istniejące budynki były poddawane różnym działaniom zmniejszającym ich zapotrzebowanie na energię do ogrzewania, jak wspomniana wymiana stolarki czy docieplenie stropów, tym samym grzejniki w instalacji c.o. mogą zapewnić komfort przy niższych temperaturach zasilania, a nie tylko, jak zakładano pierwotnie, przy 70–80°C. W niektórych instalacjach grzejniki, choć dobierane na wysokie parametry zasilania, były dodatkowo przewymiarowane i mają na tyle wysoką moc, żeby zapewnić komfort cieplny przy zasilaniu 55°C.

Ważną informacją dla analizy możliwości efektywnego wykorzystania pompy ciepła jest to, czy stary system grzewczy z kotłem zapewniał komfort cieplny przy zasilaniu instalacji wodą o temperaturze 50–55°C przez całą zimę. Jeśli nie występowały problemy z utrzymaniem odpowiedniej temperatury w pomieszczeniach przy takim zasilaniu grzejników, oznacza to, że układ grzewczy może być zasilany pompą ciepła bez znaczących zmian w instalacji. Nie podoła temu jednak każda pompa ciepła, tylko te z grupy pomp średniotemperaturowych, czyli dostarczające czynnik grzewczy o temperaturze 55°C przy niskich temperaturach zewnętrznych, a nie pompy niskotemperaturowe przeznaczone do nowych budynków o wysokim standardzie energetycznym i do grzejników płaszczyznowych, czyli niskotemperaturowych z zasilaniem do 35°C. 

Zatem jeśli instalacja zapewniała komfort przy temperaturze zasilania ok. 55°C, w takich budynkach może wystarczyć dodanie jednego lub dwóch nowych grzejników – zostawiamy grzejniki o najwyższej mocy i przenosimy tam, gdzie podołają zapotrzebowaniu, a w pozostałych miejscach montujemy nowe, o mocy wymaganej dla nowych parametrów zasilania. Takie podejście umożliwia także sukcesywną, rozłożoną w czasie wymianę zużytych grzejników na nowe, lepiej współpracujące z pompami ciepła, oraz rozłożenie wydatków inwestycyjnych. Niektórzy producenci oferują na swoich stronach narzędzia do doboru grzejników na podstawie informacji o starym grzejniku i zmianie temperatury zasilania oraz stanie izolacyjności termicznej przegród, wielkości i jakości przeszklenia, powierzchni pomieszczenia, liczby przegród wewnętrznych i zewnętrznych.

Należy się jednak liczyć z tym, że jeśli w budynku nie przeprowadzono żadnych działań modernizacyjnych zmniejszających zapotrzebowanie na ciepło i komfort cieplny jest osiągany w chłodne i mroźne dni przy wysokich temperaturach zasilania rzędu 75–80°C, obniżenie zasilania do 50–55°C wymaga dwu-, a niekiedy nawet trzykrotnie większej powierzchni grzejników. Wiedza o tym, że komfort cieplny jest zapewniany przy tak wysokich temperaturach instalacji, powinna skłaniać do bardzo dokładnej analizy i szukania rozwiązań zmniejszających zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania, czyli do modernizacji budynku. W innym wypadku pompa ciepła wprawdzie ogrzeje nieocieplony dom, ale koszty mogą być wysokie.

W wielu budynkach obniżenie temperatury zasilania może w praktyce oznaczać wymianę wszystkich grzejników, czy to członowych, czy płytowych, na znacznie większe lub wydajniejsze przy mniejszych rozmiarach. Producenci grzejników informują, że jeśli temperatura zasilania instalacji c.o. nie jest niższa niż 45°C, można zastosować nowoczesne niskotemperaturowe grzejniki płytowe, które były konstrukcyjnie przystosowane do pracy z niskotemperaturowymi źródłami ciepła, jakimi są gazowe kotły kondensacyjne, i grzejniki te są dostosowane także do współpracy z pompami ciepła. 

Powierzchnie oddawania ciepła niskotemperaturowych grzejników płytowych są nawet o 50% większe niż tradycyjnych grzejników płytowych dzięki znacznemu pofałdowaniu płyt i specjalnemu ożebrowaniu. Trzeba się liczyć z tym, że przy niskich temperaturach zasilania na niektóre grzejniki płytowe może po prostu brakować miejsca lub wpłynęłyby one negatywnie na walory użytkowe pomieszczeń. Ważne jest, że nowe płytowe grzejniki niskotemperaturowe są oferowane z przyłączami o rozstawie takim jak w tradycyjnych grzejnikach członowych, co bardzo ułatwia ich montaż. Czołowi producenci mają w ofercie także grzejniki konwektorowe z tradycyjnym rozstawem przyłączy bocznych.

Dostępne są też grzejniki niskotemperaturowe nowej generacji, czyli urządzenia z konwekcją wymuszoną za pomocą wbudowanych wentylatorów.

Bufory ciepła

W eksploatacji pomp ciepła ważne są rozwiązania zapobiegające częstym włączeniom i wyłączeniom sprężarki. Bufor stabilizuje pracę pompy ciepła i ją chroni, gdyż daje ciepło potrzebne do rozmrożenia wymiennika (defrost) w jednostkach zewnętrznych powietrznych pomp ciepła typu on/off. Grzejniki płytowe i konwektorowe mają małą pojemność i tak jak szybko się nagrzewają, równie szybko wychładzają. Z kolei w instalacjach regulowanych termostatami grzejnikowymi przymknięcie zaworu ogranicza przepływ wody, a pompa ciepła wyłącza się, gdy „widzi” taki brak odbioru. Zastosowanie buforu ciepła w instalacji z grzejnikami ściennymi, zwłaszcza o małej pojemności wodnej, sprawia, że pompa ciepła pracuje równomiernie, co sprzyja jej wydajności i żywotności. 

Kolejny atut buforów ma szczególne znaczenie w instalacjach z więcej niż jednym obiegiem grzewczym – bufor rozdzielający pompę obiegową pompy ciepła i pompy poszczególnych obiegów grzewczych zapewnia poprawną pracę wszystkich obiegów.

Stosuje się także powietrzne pompy ciepła ze sprężarkami inwerterowymi z modulacją mocy, które mogą pracować ze zmienną mocą i nie wymagają dużych buforów. Ze względów hydraulicznych, czyli zapewnienia przepływu i optymalizacji pracy pompy ciepła i jej rozmrażania, bufor nie musi być bardzo duży – dla przeciętnego domu jednorodzinnego o standardowej izolacji termicznej zaleca się przyjmowanie 20–30 l pojemności bufora na 1 kW nominalnej mocy pompy ciepła. Duży bufor do akumulacji ciepła nie zawsze ma uzasadnienie ekonomiczne i nie można się tu posiłkować analogią do kotłów na paliwa stałe, które pracując z maksymalną mocą, osiągają wysoką sprawność bez względu na warunki zewnętrzne i w krótkim czasie produkują bardzo duże ilości ciepła, które można zmagazynować. 

Praca powietrznych pomp ciepła daje najlepsze efekty wtedy, gdy jest stabilna i nie wymaga dużego nakładu energii na pracę sprężarki. Zmagazynowanie ciepła w wodzie z dużym zapasem wymaga bardzo dużych pojemności buforów i jest uzasadnione, gdy jest to energia tania i dostępna cyklicznie także w sezonie grzewczym. W układach hydraulicznych bufora z kilkoma źródłami i wieloma odbiornikami ciepła występują różne temperatury zasilania i powrotu – ten problem rozwiązują króćce przyłączeniowe na różnej wysokości bufora: na górze, w części środkowej i na dole.

Przykładem bufora przeznaczonego do współpracy z pompami ciepła i kotłami c.o. jest bufor PSTW. Służy on do akumulacji ciepła optymalizującej pracę pompy ciepła i instalacji grzejnikowych oraz zasilania wymiennika do przygotowania c.w.u. Zaleca się korzystanie z podgrzewaczy c.w.u. wyposażonych w wężownice o dużej powierzchni wymiany i pojemności, dzięki czemu następuje wydajna i szybka wymiana ciepła oraz szybkie podgrzanie wody użytkowej. Zbiorniki podgrzewaczy wykonane są z blachy stalowej i pokrywa się je wewnątrz warstwą specjalnej emalii ceramicznej, która wraz z anodami magnezowymi stanowi zabezpieczenie antykorozyjne. Izolacja termiczna podgrzewaczy to pianka poliuretanowa przylegająca do zbiornika i zabezpieczona zewnętrzną warstwą ochronną, np. powłoką typu skay.

Podsumowanie

W istniejących budynkach jednorodzinnych pompy ciepła mogą być efektywnym energetycznie i ekonomicznie źródłem ogrzewania i przygotowania c.w.u. Inwestycja w pompę ciepła powinna być jednak poprzedzana dokładną analizą, a najszerszą wiedzę daje audyt energetyczny.