Basenowa pompa ciepła – przykład doboru, basen 30 m2

W celu zachowania komfortu, baseny w polskiej strefie klimatycznej muszą być podgrzewane, ponieważ w innym przypadku czas korzystania z nich ograniczałby się do zaledwie kilku najcieplejszych dni w roku. Jednym z najbardziej efektywnych i zarazem komofortowych  sposobów ogrzewania wody w basenie jest powietrzna pompa ciepła typu Hewalex PCWB. Stosunek ceny inwestycji do kosztów eksploatacji jest w tym przypadku najniższy w porównaniu do wszystkich innych dostępnych źródeł grzewczych.

Koszty inwestycji

Instalacja pompy ciepła typu PCWB niesie ze sobą minimalne zwiększenie kosztów dodatkowych. Poza samym urządzeniem, konieczne jest jedynie zakupienie zwykle kilku metrów rur i kształtek z tworzywa PCW dla doprowadzenia wody basenowej. Bezpośrednie podłączenie wody basenowej do pompy ciepła eliminuje konieczność stosowania dodatkowego wymiennika ciepła. Niskie opory wymiennika wbudowanego w pompie ciepła w większości przypadków pozwalają na wykorzystanie już istniejącej pompy obiegu wody basenowej.

Koszty w okresie eksploatacji

Koszty eksploatacyjne są zależne m.in. od stopnia zaizolowania basenu (pomiędzy ścianami i gruntem układa się warstwę izolacji). Decydujące jednak znaczenie odgrywa przykrywanie powierzchni lustra basenu w momencie jego nieużytkowania. Ogranicza to największe straty ciepła wynikające z parowania wody. Jako przykrycie stosuje się folie, rolety czy też zadaszenia itp.

Koszty eksploatacji dla basenu o powierzchni lustra 30 m²

Przykładowo dla basen o powierzchni 30 m² i głębokości 1,4 metra koszty miesięczne pracy pompy ciepła nie powinny przekroczyć 115 zł w miesiącach letnich. Niecka basenowa jest dobrze izolowana. Czas użytkowania basenu ok. 4 godzin dziennie. Przez resztę dnia jest przykrywany folią. Można przyjąć, że te straty zostaną zrównoważone przez zyski cieplne od słońca. 

Wykres. Porównanie kosztów miesięcznych podgrzewania wody w basenie zewnętrznych o powierzchni 30 m². Ceny paliw i energii dla okresu 2015/2016: gaz ziemny GZ50 2,40 zł/m³ (taryfa W-3), olej opałowy 2,40 zł/dm³, energia elektryczna 0,58 zł/kWh (licznik 1-taryfowy G11). Efektywność COP pompy ciepła: 6,0. Czas użytkowania basenu 4 h/dzień, lustro wody przykryte 20 h/dzień, miesiąc letni, bardzo dobre warunki nasłonecznienia, zapotrzebowanie ciepła: 40 kWh/dzień, 1200 kWh/m-ąc.

Dobór pompy ciepła dla basenu 30 m²

Dobór pompy ciepła dla podgrzewania wody basenowej można przeprowadzić na podstawie szczegółowych obliczeń projektowych, albo też metodą uproszczoną z wykorzystaniem nomogramu. Jest to dopuszczalne w przypadku standardowych basenów prywatnych, gdzie nie występują zwiększone potrzeby cieplne dla podgrzewania dużych ilości świeżej wody uzupełniającej nieckę basenową (jak jest to wymagane ze względów higienicznych w przypadku basenów publicznych). Nomogramy doboru znajdują się m.in. bezpośrednio w instrukcjach obsługi pomp ciepła PCWB. Dla basenu o powierzchni lustra wody 30 m², wystarczający będzie dobór pompy ciepła PCWB 9,2kW, zarówno w przypadku zastosowania, jak i braku okresowego przykrywania lustra wody.

Pierwsze podgrzanie wody w basenie (rozpoczęcie sezonu)

Od dobranej mocy grzewczej pompy ciepła jest także uzależniony czas trwania tzw. pierwszego podgrzania wody w basenie przed rozpoczęciem sezonu użytkowania. Występują wówczas zwiększone potrzeby cieplne. W trakcie normalnego użytkowania basenu, bieżące straty cieplne są znacznie niższe, szczególnie przy racjonalnym postępowaniu – przykrywaniu lustra wody roletą, folią, itp. na czas nieużytkowania basenu. Pierwsze podgrzanie wody basenowej przez pompę ciepła czy też kocioł grzewczy, trwa zwykle 3-5 dni (w zależności od dobranej mocy grzewczej źródła ciepła i warunków pracy). Możliwe jest obliczenie szacunkowego czasu podgrzania wody w basenie na podstawie równania:

 
gdzie:

P – moc grzewcza pompy ciepła PCWB 9,2kW w punkcie A15/W26 = 7,0 kW

ΔT – różnica temperatur na początku i końcu ogrzewania: 26°C – 15°C = 11 K

c_w – ciepło właściwe wody (4,19 kJ/kg*K)

m – masa wody w basenie o powierzchni 30 m² i głębokości 1,4 m = 30 * 1,4 * 1000 = 42000 kg

Uzyskano czas 85 godzin (ok. 3,5 dnia) z uwzględnieniem 10% strat cieplnych w trakcie pierwszego podgrzewania wody. Koszty podgrzania wody szacunkowo wyniosą: 85 h * 1,5 kW * 0,58 zł/kWh = 74 zł brutto.

Charakterystyka pompy ciepła PCWB 9,2kW

Efektywność COP pomp ciepła wody basenowej może wynosić w standardowych warunkach pracy wartość 5-6, a nawet więcej. Sprzyja temu praca przy wysokich temperaturach powietrza i zarazem niska (w porównaniu do wody ciepłej lub grzewczej) temperatura wody basenowej. Przykładowo pompa ciepła PCWB 9,2kW w punkcie pracy A24/W26 dla uzyskania mocy grzewczej 9,2 kW zużywa jedynie 1,5 kW energii elektrycznej. Przy niższej temperaturze powietrza = 15 ^oC, w punkcie A15/W26, moc grzewcza pompy ciepła obniży się do 7 kW, a współczynnik COP do 4,83. Nadal są to bardzo korzystne parametry zapewniające niskie koszty eksploatacji. W trakcie trwania sezonu wykorzystania basenu zewnętrznego, temperatury powietrza są zwykle znacznie wyższe od 15 ^oC, co korzystnie wpływa na koszty podgrzewania wody.

Rys. Zależność współczynnika COP, mocy grzewczej i zużycia energii elektrycznej od temperatury powietrza dla pompy ciepła PCWB 9,2kW.

Utrzymanie wymaganej temperatury wody basenowej

Jak wspomniano, główną stratę cieplną basenu powoduje parowanie wody z lustra wody. Jego intensywność zależy przede wszystkim od różnicy tempeatury wody i powietrza, od wilgotności powietrza, prędkości przepływu powietrza (wiatr), a także od ruchu wody (lustro wody gładkie lub wzburzone). Dla obliczonych według zależności projektowych strat na poziomie 160 W/m² przy lustrze odkrytym (4 h/dzień) i 60 W/m² przy lustrze zakrytym (20 h/dzień) dobowa strata ciepła (temperatura powietrza 15°C, wilgotność 60%, temperatura wody 26°C, wiatr 0,5 m/s), dla 4-godzinnego wykorzystania wyniesie:

(0,16 kW/m² * 30 m² * 4 h) + (0,06 kW/m² * 30 m² * 20 h) = 55,2 kWh dziennie. Daje to około 7,8 godzin pracy pompy ciepła, co przy cenie energii elektrycznej 0,58 zł/kWh daje dzienny koszt eksploatacji pompy ciepła PCWB 9,2kW na poziomie: 7,8 h * 1,5 kW * 0,58 zł/kWh = 6,86 zł/dzień brutto.

W sezonie letnim, gdy temperatura powietrza będzie wyższa, straty cieplne ulegną obniżeniu, a efektywność pompy ciepła zwiększy się, co obniży koszty eksploatacyjne do 3-4 zł/dzień brutto.