Ogrzewanie wody użytkowej. Tanio czy za darmo?

Temat ogrzewania wody użytkowej wielokrotnie już omawiany przez producentów i dystrybutorów (a także niezwykle kreatywnych handlowców) spotkał się z wieloma opracowaniami które mniej lub bardziej dobitnie sugerują że nie ma nic lepszego niż kolektory słoneczne. W sumie dla rozwoju branży i miejsc pracy z firmach instalatorskich takie twierdzenie jest jak najbardziej na miejscu – jednak czy takie rozwiązanie jest opłacalne także dla…..KLIENTA?

Po dłuższej przerwie powracam do zmierzenia się z obiegowymi opiniami na temat ogrzewania ciepłej wody jednocześnie niejako szeregując dostępne rozwiązania z zakresu OZE opisując ich możliwości, wady i zalety. Przyjrzyjmy się zatem dostępnym rozwiązaniom żeby jaśniej odpowiedzieć na pytanie; Czy istnieje tanie ogrzewanie ciepłej wody użytkowej? Które rozwiązania warto stosować i jakie są ich zalety i wady?

KOLEKTORY SŁONECZNE

Na początek na pierwszy ogień – miejmy to już z głowy – kolektory słoneczne. Zasada działania setki razy opisywana nie potrzebuje w tym miejscu przypomnienia. Pierwsze intensywne reklamy i instalacje kolektorów słonecznych w Polsce rozpoczęły się po wprowadzeniu dofinansowań na kolektory słoneczne. Co ciekawe po wprowadzeniu dofinansowań ceny wzrosły o kilkanaście – kilkadziesiąt procent. Klienci mogli usłyszeć od handlowców przedziwne opowieści tak zachwycające że branża kolektorów słonecznych przeżyła bardzo intensywny rozwój. W rzeczywistości modele sprzedaży większości firm bazowały na instalowaniu największych możliwych instalacji…. na które zgodzi się klient (stąd tak przesadnie dużo zrealizowano instalacji nie tylko do ogrzewania wody użytkowej ale także do wspierania ogrzewania CO!). Taka polityka umożliwiła instalowanie instalacji kompletnie nieopłacalnych i nieekonomicznych co przełożyło się na niezbyt pochlebną obecnie opinie tych urządzeń w kraju (znam przypadki osób które po dwóch trzech latach eksploatacji demontowały systemy solarne ze względu na wysokie koszty serwisu – i corocznej wymiany glikolu). Mimo tego jest niemal oczywiste że niepochlebne opinie o kolektorach słonecznych są zupełnie niesłusznie i wynikają z nieznajomości tematu a także błędów w doborze i instalacji. Drodzy czytelnicy pomimo złych opinii kolektorów słonecznych miejcie świadomość że są to urządzenia naprawdę warte polecenia i w sumie jedne z najbardziej ekonomicznych rozwiązań ogrzewania ciepłej wody latem tylko należy je realizować głównie w obiektach o dużym i bardzo dużym zużyciu ciepłej wody. Niestety profesjonalnie zainstalowana instalacja kolektorów słonecznych dla dwóch osób ogrzewających wodę dotychczas piecem miałowym z podajnikiem (bo wygodniej) lub ekogroszkiem praktycznie nigdy się nie spłaci (mimo tego są też tacy klienci którzy wiedząc to instalują takie rozwiązanie z innych przyczyn niż ekonomiczne). Realizowaliśmy kilka instalacji w których klienci palili węglem w piecach zasypowych – dla tych osób ogromnym zyskiem był….czas który latem przy dobrej pogodzie mogli wykorzystać na inne przyjemności niż palenie w piecu w celu podgrzania wody do wieczornej kąpieli. W większości przypadków dla domu gdzie mieszkają 2 osoby nie opłaca się instalować kolektorów słonecznych (chyba że ktoś zużywa bardzo dużo jak na dwie osoby ciepłej wody lub….. ma basen…. lub ogrzewa wodę w zbiorniku grzałką elektryczną). Zaletą klasycznych kolektorów słonecznych jest:

• Trwałość rozwiązania (przy zastosowaniu dobrych komponentów – odsyłam do wcześniejszego wpisu – http://solarid.pl/blog/o-trwalosci-kolektorow-slonecznych).

• Relatywnie niskie koszty działania urządzenia (pompka i sterownik w czasie pracy pobierają maksymalnie kilkadziesiąt Watów dając przy tym kilka kilowatów energii cieplnej).

• Praktyczna bezobsługowość (dobrze zainstalowany system trzeba przeserwisować raz w roku – poza tym nie powinien on wymagać od użytkownika żadnych zabiegów i działań)

Do wad możemy zaliczyć:

• konieczność corocznych przeglądów, okresowych wymiany płynów – zaniechanie takich działań może zniszczyć instalację w ciągu jednego sezonu. W dobrze dobranej instalacji – nie za dużej – wymianę glikolu należy realizować nie częściej jak raz na kilka lat.

• Konieczny jest dobry dobór wielkości systemu do ilości zużywanej wody – zły dobór zwiększa koszty przeglądów (lepiej jest zrealizować instalację ciut za małą niż ciut za dużą).

• Dobrze jest zabezpieczyć instalację przed brakiem zasilania a także zapewnić odbiór nadmiaru ciepła latem w sytuacji gdy np. wyjeżdżamy na wakacje.

FOTOOGNIWA DO OGRZEWANIA WODY

Skoro temat kolektorów słonecznych mamy już za sobą przejdźmy do może nieco oryginalnego a dużo ciekawszego sposobu ogrzewania wody jakim są ogniwa fotowoltaiczne. Pomysł jest dość egzotyczny (w końcu nie do tego celu wymyślono fotoogniwa).

W tym przypadku system ogrzewania ciepłej wody użytkowej możemy rozwiązać na trzy sposoby.

Pierwszy – z inwestycyjnego punktu widzenia najtańszy w tej grupie – polega na zamontowaniu na dachu odpowiednio dużej ilości ogniw fotowoltaicznych i podłączeniu ich bezpośrednio do grzałki. Mimo prostoty przestrzegam przed takim rozwiązaniem – może być ono niebezpieczne dla domowników (ze względu na brak zabezpieczeń przed przegrzaniem zbiornika). Trzeba też wiedzieć jak dobrać wielkość grzałki do ilości ogniw fotowoltaicznych a i tak przy najlepszym doborze sprawność przekazywania energii z fotoogniw do ogrzewania wody będzie wynosiła średnio 50%.

Drugie rozwiązanie polega na zastosowaniu ogniw fotowoltaicznych i specjalnego systemu sterownika z grzałką (to rozwiązania osobiście realizowaliśmy u klientów i pomimo relatywnie dużych kosztów zbiera bardzo pochlebne opinie). W przeciwieństwie do najprostszego rozwiązania posiada ono szereg zabezpieczeń przed przegrzaniem zbiornika. Posiada też możliwość opcjonalnego załączania dodatkowej grzałki na napięcie 230V – aby w dni pochmurne jeśli woda się nie nagrzeje dogrzać zbiornik z wodą użytkową klasyczną grzałką zasilaną prądem z sieci (co czyni taką instalację kompletnie bezobsługową). Rozwiązanie to daje dodatkowo możliwość optymalnego wykorzystania energii z fotoogniw – pierwsze rozwiązanie charakteryzował się znacznymi stratami . W przypadku rozwiązania z inteligentnym sterownikiem sprawność przekazywania energii wynosi 95%.

Trzecie rozwiązanie – najbardziej zaawansowane polega na zainstalowaniu instalacji sieciowej podłączonej do sieci energetycznej i zainstalowania specjalnego systemu sterowania nadmiarem energii. W ciągu dnia kiedy instalacja produkuje więcej niż potrzebują tego odbiorniki domowe – specjalny system załącza odpowiednią moc grzałki tak aby jak najmniej energii wpływało do sieci. Rozwiązanie to może (i powinno) być stosowane przez osoby które korzystają z dofinansowania PROSUMENT – ponieważ ich ceny skupu energii nie są zbyt atrakcyjne. Ogromną zaletą jakie ma w sobie to rozwiązanie jest możliwość bardzo szerokiego wykorzystania energii ze słońca. Nie wykorzystujemy jej do samego ogrzewania ale w pierwszej kolejności zasilamy działające w dzień odbiorniki w domu a w drugiej kolejności naddatkami energii ogrzewamy wodę użytkową. Najbardziej zaawansowaną wersją tego rozwiązania jest zainstalowanie pompy ciepła CWU zamiast grzałki – tak aby naddatki energii były kierowane na pompę ciepła a nie do grzałki. W rozwiązaniu tym pompa ciepła załączana jest przez sterownik w chwili kiedy następuję wpuszczanie energii do sieci. Dzięki temu rozwiązaniu w letnie upalne dni możliwe jest z nadmiaru energii ogrzewanie wody użytkowej a dodatkowo delikatne chłodzenie wnętrza domu pompą ciepła. Zastosowanie do ogrzewania wody pompy ciepła CWU zamiast grzałki pozwala na niewielkie obniżenie wielkości wymaganej instalacji fotowoltaicznej (ponieważ pompa ciepła pobiera około 700W energii a grzałka w pełnej mocy pobiera 2000W). Poza ogromnymi zaletami tego rozwiązania problemem pozostaje zdecydowanie najwyższa cena za instalację spośród wcześniej opisanych rozwiązań fotowoltaicznych. Na osłodę pozostaje fakt że instalacja fotowoltaiczna będzie miała najszersze wykorzystanie energii – nie tylko do ogrzewania wody ale także do zasilania domowych odbiorników.

Opisywane rozwiązanie jest ciekawe ale posiada jedną wspólną cechę z kolektorami słonecznymi – kiedy nie ma słońca – nie ma też ciepłej wody. Może trochę lepiej ma się ten problem w przypadku fotoogniw ale zawsze problem jest do siebie zbliżony. Należy mieć też na uwadze że rozwiązania te możemy zaliczać do komfortowych – niewymagających obsługi (w szczególności jeśli chodzi o instalacje fotoogniw – drugie i trzecie opisywane powyżej rozwiązanie). Do wad należy kiepską opłacalność. Czas spłaty może wnieść 7-10 lat a w niektórych przypadkach – szczególnie u osób zużywających małe ilości wody realizowanie takiej instalacji może być nieopłacalne.

W związku z tym niezwykle ciekawą wydaje się alternatywa zastosowania powietrznej pompy ciepła do CWU.

POMPA CIEPŁA DO CWU

Jak to działa – zastosowana mała sprężarka o mocy elektrycznej około 700W pobiera ciepło od otoczenia i przekazuje je do wody użytkowej z średnią mocą około 2,5 kW ogrzewając ją do temperatur wystarczających na cele CWU. Oznacza to nie mniej nie więcej (w uproszczeniu) używając „grzałki” o mocy 700W grzejemy mocą około 2,5 kW.

Rozwiązanie takie jeszcze do niedawna wielu osobom wydawało się bezsensowne i nierzeczywiste jednak jak pokazuje obecny sezon coraz więcej ludzi decyduje się na takie rozwiązanie. Zwłaszcza że oprócz ogrzewania wody możemy wykorzystać chłód generowany przez pompę ciepła do nieznacznego obniżenia temperatury wewnątrz domu. Drugim niezwykle ważnym aspektem jest możliwość wydajnej pracy także w nocy i w dni pochmurne – pompa ciepła CWU potrzebuje jedynie powietrza o temperaturze powyżej -5 stopni Celcjusza aby móc wydajnie ogrzewać wodę (w pozostałych okresach ujemnej temperatury niestety trzeba dogrzewać albo grzałką albo piecem CO).

Trzeba mieć na uwadze także fakt że im niższa temperatura tym efektywność pompy mniejsza (przy -5 Stopniach nie osiągniemy 2,5 kW mocy grzewczej) Za to im wyższa tym współczynnik ogrzewania wody może być znacznie wyższy.

No tak ale przecież pompa ciepła ZUŻYWA PRĄD! – Oczywiście że tak! Ma jednak tą zaletę że jesteśmy niezależni od tego czym jest pokryty dach i czy jest na nim zacienienie. W przypadku ciągłej pochmurnej pogody dalej mamy ciepłą wodę podgrzaną za niewielkie pieniądze (szacuje się że koszt podgrzewania wody jest nieznacznie niższy niż podgrzewanie wody piecem węglowym).

No i powiedzmy sobie szczerze – jest to rozwiązanie bezobsługowe dla ludzi ceniących sobie wygodę – niekoniecznie największą efektywność i zerowe koszty podgrzewania. Dlatego też często montujemy to rozwiązanie w domach gdzie mieszkają ludzie ceniący sobie komfort lub ludzie starsi którzy najbardziej cenią sobie…. spokój. Bo w przeciwieństwie do kolektorów słonecznych – jeśli korzystam z ciepłej wody to pompa ciepła pracuje aby ją od razu podgrzać – jeśli nie korzystam to pracuje dużo rzadziej (na podtrzymanie temperatury) i koszty jej utrzymania są niskie – a kolektor słoneczny grzeje nie wtedy kiedy potrzebujemy ciepłej wody ale wtedy kiedy jest słońce.

Pompy ciepła tego typu można też włączać w układ wentylacji (rekuperacji) i zimą ogrzewać wodę powietrzem wylotowym a latem ochładzać dom jednocześnie grzejąc wodę.

A jakie są koszty? – koszt kompleksowo zainstalowanej pompy ciepła do CWU jest zbliżony do kosztów instalacji kolektorów słonecznych. Niestety poza ogromem zalet nie można zapomnieć o minusach tego rozwiązania. Pierwszym oczywistym minusem jest potrzeba ciągłego zasilania energią elektryczną – co po prostu kosztuje, drugim minusem jest możliwość wydajnego podgrzewania wody do temperatury nie większej niż 60 stopni Celcjusza. No i ostatnim będzie hałas jaki generuje urządzenie – nie jest on uciążliwy (przynajmniej tak twierdzą klienci) ale niemniej w domach w których jest cicho uruchomienie pompy ciepła jest słyszalne. Tą ostatnią wadę można zminimalizować (jeśli oczywiście jest taka potrzeba – jeszcze nigdy tego nie robiliśmy) poprzez montaż wygłuszenia w pomieszczeniu gdzie stoi pompa ciepła – niemniej żaden z klientów się na to nie zdecydował twierdząc że generowane przez pompę ciepła dźwięki nie są uciążliwe.

BEZCIŚNIENIOWE KOLEKTORY SŁONECZNE ZINTEGROWANE

Na tym można by zakończyć przegląd najbardziej popularnych rozwiązań ogrzewania wody z OZE jednak jest jeszcze jedno rozwiązanie szczególnie ciekawe ze względu na niskie koszty instalacji i zadowalającą sprawność grzewczą w okresie od wiosny do jesieni. Zyskuje ono coraz więcej zwolenników zwłaszcza wśród ludzi bardzo oszczędnych i liczących na szybką spłatę zainwestowanych pieniędzy. Mowa oczywiście o zintegrowanych bezciśnieniowych kolektorach słonecznych – o których pisałem kilka miesięcy temu. Zainteresowanych zasadą działania odsyłam do wpisu poniżej:

http://solarid.pl/blog/kolektory-sloneczne-bezcisnieniowe-sposob-na-najtansze-oze dlatego nie będziemy tutaj powtarzać zasady działania a skupimy się na opisie wad i zalet tego rozwiązania.

Ponieważ opisywane rozwiązanie jest dla niektórych z Państwa nowością (choć jest obecne na naszym runku od wielu lat) postanowiłem przedstawić kilka uwag z pomiarów pracy kolektora słonecznego 10 rurowego ze zbiornikiem 100 litrów. Pomiary wykonywał klient. W pierwszy dzień po instalacji (przed świtem temperatura wody 12 stopni – klient nie używał tego dnia wody) – po całym dniu pełnym słońca temperatura wody w zintegrowanym zbiorniku wyniosła 60 stopni. Po nocy spadał o około 12 stopni do temperatury 48 stopni (woda nie była używana – następnego dnia wzrosła do około 75 stopni (klient rozpoczął korzystanie z wody – z wykorzystaniem zaworu mieszalnikowego ustawionego na 35 stopni).

Przez okres około tygodnia (była mocno słoneczna pogoda i woda była używana raz więcej raz mniej – najwyższa zauważona temperatura w pierwszym tygodniu wyniosła 88 stopni Celcjusza).

Najwyższa zarejestrowana temperatura w kolektorze (od czasu zainstalowania) wynosiła 95 stopni – z rury wylotowej unosiła się para( klient nie korzystał z wody w kolektorze przez dwa dni a pogoda była mocno słoneczna).

Postaram się uzyskać od klienta jeszcze informacje jakie temperatury będą uzyskiwane w chłodne słoneczne dni.

Zalety rozwiązania.

• pomimo prostej budowy bezciśnieniowy kolektor słoneczny wydajnie ogrzewa wodę.

• Praca bezciśnieniowa eliminuje problem przegrzewania zbiornika – kiedy woda podgrzeje się co granicznych temperatur zacznie parować a para ulotni się przez otwór w górze zbiornika (wyparowana woda zostanie uzupełniona zimną woda przez system pływakowy) – nie ma zatem obawy o pozostawienie kolektora słonecznego i wyjazd na wakacje.

• System bezciśnieniowy w podstawowej wersji nie wymaga zasilania elektrycznego – woda napełnia zbiornik poprzez system pływakowy. Jesteśmy niezależni od dostaw prądu – potrzebna jest tylko woda pod ciśnieniem

• Cena – praktycznie bezkonkurencyjna.

Wady rozwiązania:

• najlepiej jest stosować pobór wody grawitacyjny – kolektor musi być wtedy montowany na dachu – najlepiej płaskim. Jeśli nie ma takiej możliwości można zastosować sterownik do napełniania wody i zawór elektromagnetyczny jednak podnosi to koszty i instalacja staje się zależna od zasilania elektrycznego. W związku z czym ciśnienie wody z kolektora słonecznego nie jest za duże i dla niektórych instalacji pobór ciepłej wody pod niskim ciśnieniem może być uciążliwy. Można oczywiście zainstalować pompę podnoszącą ciśnienie ale podnosi to koszty i już lepiej zainstalować zintegrowany kolektor ciśnieniowy.

• Kolektor słoneczny bezciśnieniowy wymaga obsługi – spuszczenie wody na zimę i napełnianie na wiosnę – inaczej rury mogą popękać.

• Po latach w rurach i zbiorniku może się zebrać kamień i będzie on wymagał usunięcia (możliwe że trzeba będzie wtedy wymienić uszczelki) – niemniej okres po którym zbierze się kamień nastąpi kilka lat po spłacie zainwestowanych w zakup kolektora słonecznego środków

• aby bezciśnieniowy kolektor słoneczny zapewniał nam ciepłą wodę przez cały okres od wiosny do jesieni (bez względu na pogodę) należy doinstalować w nim grzałkę (dochodzi koszt i konieczność zasilania prądem) – w przeciwnym wypadku przy niekorzystnej pogodzie konieczne jest zasilanie alternatywne.

PODSUMOWANIE

Jeśli chodzi o najtańsze i najbardziej ekonomiczne rozwiązanie do ogrzewania wody z pewnością kolejność powinna być taka:

1. Bezciśnieniowy kolektor słoneczny.

2. Klasyczne kolektory słoneczne

3. Pompa ciepła

4. Fotoogniwa do grzania wody

Z drugiej strony jeśli chodzi o wygodę i komfort pracy kolejność powinna być następująca:

1. Pompa ciepła

2. Fotoogniwa

3. Klasyczne kolektory słoneczne

4. Bezciśnieniowe kolektory słoneczne10

Czyli niemal odwrotnie. W sprzedaży są jeszcze dostępne rozwiązania pośrednie – np. ciśnieniowe zintegrowane kolektory słoneczne – są one jednak dwukrotnie droższe od wersji bezciśnieniowych, mają mniejszą moc grzewczą (w przeliczeniu na powierzchnię rur) – jednak dla części użytkowników mogą być ciekawą alternatywą.