Podobnie jak nadwyżki energii elektrycznej wyprodukowanej z OZE mogą być magazynowane w magazynach energii, tak energia cieplna również może być efektywnie przechowywana w magazynach ciepła. Wykorzystanie magazynów ciepła, wspierane przez inne technologie takie jak pompy ciepła i systemy fotowoltaiczne, stanowi istotny element strategii dążącej do zwiększenia niezależności energetycznej i efektywności energetycznej.
W dobie niepewnej sytuacji na rynku energetycznym i coraz wyższych cenach prądu, koszt ogrzewania staje się coraz większym wyzwaniem dla domowego budżetu. Sposobem na obniżenie go jest instalacja fotowoltaiczna, natomiast ekonomiczne wytwarzanie ciepła to domena pompy ciepła. Co istotne, pompa ciepła pozwala również przygotowywać ciepłą wodę użytkową (c.w.u.). Wg danych opublikowanych przez Porozumienie Branżowe Na Rzecz Efektywności Energetycznej POBE, roczny koszt ogrzewania budynku oraz przygotowywania c.w.u. przy użyciu pompy ciepła i instalacji PV może być ponad 10-krotnie niższy, niż przy wykorzystaniu kotła elektrycznego[1].
[1] Dane uwzględniają koszty energii w IV kwartale 2023 r. Porównano koszt ogrzewania kotłem elektrycznym + grzejnikami — 55 st. C (sprawność średn. 96%, tylko taryfa nocna w G1 2w oraz koszt ogrzewania pompą ciepła typu solanka/woda + grzejniki — 35 st. C (SCOP=4,49, taryfa G12w) z instalacją PV o mocy 5 kWp.
Magazyn ciepła i transformacja energetyczna
We wskazanym porównaniu policzono roczne koszty ogrzewania istniejącego budynku jednorodzinnego o pow. ogrzewanej 150 m2, poddanego termomodernizacji do standardu WT 2017 (EU 80 kWh/(m2 · rok)), wraz z kosztem przygotowania ciepłej wody użytkowej dla 4-osobowej rodziny. Podczas gdy koszt ogrzewania kotłem elektrycznym może wynieść 18 tys. zł, tak ogrzewanie pompą ciepła przy wykorzystaniu prądu z instalacji PV redukuje go do niespełna 1,7 tys. zł. Na tak niską kwotę kosztów ogrzewania ma również wpływ dobrze dobrany do potrzeb domowników zasobnik ciepłej wody użytkowej oraz bufor.
Bufory są rozwiązaniem, które instaluje się m.in. w domach zeroenergetycznych, ponieważ są nieodzownym elementem efektywnego funkcjonowania pompy ciepła. Natomiast zasobniki są urządzeniami, które od dziesięcioleci stosuje się w instalacjach hydraulicznych. Współczesne modele charakteryzują się wysoką efektywnością energetyczną i znacząco przyczyniają się do minimalizacji strat ciepła podczas procesu magazynowania.
Dodatkowe zastosowanie magazynów ciepła zwiększa efektywność i komfort użytkowania zarówno pompy ciepła jak i fotowoltaiki.
W odniesieniu do magazynów energii oraz magazynów ciepła często używa się określenia „podstawa transformacji energetycznej” albo „podstawa zielonej transformacji”. Gdy instalacje PV oraz pompy ciepła biją rekordy sprzedaży, pojawia się istotne pytanie, gdzie i jak magazynować nadwyżki energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych, gdy infrastruktura nie jest na nie gotowa? Jak efektywnie je wykorzystywać, aby owe działania miały pozytywny impakt na zmiany klimatyczne? Odpowiedzią na te kwestie są właśnie magazyny: energii i ciepła. Mogą one być wykorzystywane zarówno systemowo, jak i indywidualnie. W czasie, gdy ceny prądu drastycznie rosną, to niezbędne rozwiązanie dla domów jednorodzinnych.
Jak działa magazyn ciepła w domu jednorodzinnym?
Chociaż trwają prace nad wykorzystaniem np. piasku, jako medium kumulującego ciepło, w domowych magazynach energii najczęściej wykorzystywana jest gorąca woda. Zasobniki tak też wyglądają — są to duże cylindryczne lub prostopadłościenne zbiorniki na wodę przypominające bojlery. W środku umieszczona jest wężownica, która umożliwia wymianę ciepła między wodą z obiegu centralnego ogrzewania, a czystą wodą wodociągową, bez konieczności mieszania ich ze sobą. Przy zastosowaniu domowym, mogą mieć pojemność od 20 do nawet 1 tys. litrów (w ofercie Immergas dostępne są urządzenia o pojemności od 100 l do 1 tys. l). Ich wielkość jest uzależniona od mocy urządzenia grzewczego (np. pompy ciepła lub kotła gazowego), z którą współpracują oraz zapotrzebowania domowników na wodę. Inną wielkość zasobnika dobieramy dla 2-osobowej rodziny, inną gdy korzysta z niego 6 osób.
Na wielkość zasobnika ma również wpływ zainstalowanie urządzeń zwiększających zużycie ciepłej wody takich jak wanna z hydromasażem (której pojemność może wynosić 300 l) lub deszczownica, której wydatek przekracza 15l/min. W takich przypadkach zasobniki szczegółowo dobierają wykwalifikowani instalatorzy. Jeśli jednak takie przypadki nie występują, przyjmuje się zasadę, że dobiera się zbiornik odpowiadający 40 l na mieszkańca budynku. Wyjątkiem jest dobór zasobnika do pompy ciepła. Wówczas przyjmuje się, że minimalna powierzchnia wężownicy powinna wynosić 2,5m2 na 1kW mocy pompy ciepła.
Bufory ciepła (zasobniki buforowe) zyskały na popularności wraz z rosnącym zainteresowaniem pompami ciepła. Nastąpiło to z kilku powodów:
- Pompy ciepła są najbardziej efektywne, gdy pracują w stałym, zrównoważonym trybie. Bufory ciepła umożliwiają magazynowanie nadmiaru ciepła produkowanego przez pompę ciepła, co pozwala na jej bardziej równomierne działanie, szczególnie w przypadku zmiennego zapotrzebowania na ciepło.
- Przechowywanie ciepła w buforze umożliwia wykorzystanie energii wyprodukowanej w okresach niższego zapotrzebowania (np. w nocy), co poprawia ogólną efektywność energetyczną systemu.
- Bufory zapobiegają tzw. krótkim cyklom pracy pomp ciepła, które mogą wystąpić, gdy zapotrzebowanie na ciepło jest niewielkie. Krótkie cykle są mniej efektywne i mogą przyczyniać się do szybszego zużycia pompy. Ponadto bufory ciepła zapewniają ciągły dostęp do ciepłej wody, nawet gdy pompa ciepła nie pracuje.
Dzięki tym zaletom, bufory ciepła stały się ważnym elementem nowoczesnych systemów grzewczych, szczególnie tych wykorzystujących pompy ciepła. Umożliwiają one bardziej efektywną, ekonomiczną i ekologiczną eksploatację. Bufory ciepła dobierane są na podstawie wielkości zładu instalacji, mocy pompy ciepłą oraz potrzebnego zładu wody do defrostu pompy ciepła (każde urządzenie ma inne zapotrzebowanie, które podane jest w instrukcji).
Sam zbiornik jest odpowiednio zaizolowany (np. pianką poliuretanową), aby zgromadzony płyn nie oddawał ciepła. Woda zgromadzona w zbiorniku wykorzystywana jest później do zasilania układu centralnego ogrzewania lub c.w.u. Magazyny ciepła świetnie współpracują z hybrydowymi pompami ciepła Immergas, będącymi połączeniem kotła gazowego i pompy ciepła.
Przyjrzyjmy się jeszcze, jak dział bufor w kontekście pompy ciepła. Gorąca woda trafia do zbiornika buforowego z urządzenia grzewczego, jakim jest pompa ciepła. Wcześniej następuje proces odebrania energii cieplnej przez pompę z dolnego źródła ciepła (np. powietrza). Podgrzany czynnik chłodniczy w pompie przekazywany jest na sprężarkę, która podnosi temperaturę i ciśnienie gazu. Następnie trafia do skraplacza, gdzie następuje przekazanie ciepła do wody w instalacji centralnego ogrzewania, czyli do górnego źródła ciepła. Podgrzana woda może trafić do bufora, gdzie albo trafia od razu do grzejników lub podłogówki, albo czeka aż będzie potrzebna. Podgrzana woda za pomocą zaworu trójdrogowego może zostać także przekierowana do zasobnika c.w.u., a następnie do kranów w domu.
W pompach ciepła typu „All-in-One” — takich jak pompy Immergas z serii Magis Hercules PRO — zasobnik C.W.U. oraz bufor C.O. są wbudowane w jedną kompaktową jednostkę. Gdy wspomniane elementy nie są zintegrowane z pompą, polecamy zapoznać się z informacjami, jak dobrać zasobnik c.w.u. do pompy ciepła.
Ile kosztuje magazyn ciepła/energii cieplnej do domu?
Technologia stosowana w magazynach ciepła jest znacznie prostsza, niż w magazynach energii, przez co urządzenia te są znacznie tańsze. Ich ceny zaczynają się już od kilku tysięcy złotych.
Warto wiedzieć, że do magazynów ciepła można uzyskać dofinansowanie z takich programów jak „Czyste powietrze” albo „Mój prąd 5.0”. Jego zakup można też odliczyć w ramach ulgi termomodernizacyjnej. Jeśli dofinansowaniem ma być objęty zakup pompy ciepła oraz magazynu ciepła, dofinansowanie może wynieść nawet kilkanaście tysięcy złotych.
Ubiegając się o wsparcie z programu „Mój prąd 5.0”, trzeba mieć na uwadze, że dofinansowaniu nie podlegają urządzenia magazynujące ciepło, które nie wpływają na wzrost autokonsumpcji energii elektrycznej wytworzonej przez mikroinstalację fotowoltaiczną, czyli np. zasobnik c.w.u. i/lub bufor ciepła zasilany przez kocioł na paliwo stałe lub kocioł gazowy. Jeśli jednak urządzenie spełnia warunki programu, można otrzymać 5 tys. zł dotacji.
