- Czym się różnią: pompa ciepła powietrzna od gruntowej
- Czy pompa wystarczy do samodzielnego ogrzewania domu
- Które parametry pomp ciepła są naprawdę ważne
Trwa zamieszanie na rynku pomp ciepła, związane z tzw. listą ZUM (listą zielonych urządzeń i materiałów). Jeśli chcemy w tym roku dostać dofinansowanie do zakupu pompy ciepła z programu Czyste powietrze, musi się ona znaleźć właśnie na tej liście. Jest to gwarancją, że dany model spełnia odpowiednie normy i ma wymagane certyfikaty. Pompa ciepła powinna być przebadana przez akredytowane laboratorium i mieć europejski znak jakości. Ma to ukrócić handlowanie słabej jakości pompami ciepła, sprowadzanymi głównie z Chin i kuszenie tanim towarem właścicieli domów. Nie daj się nabrać na promocje i zapewnienia, że będziesz mało płacić za ogrzewanie. Jeśli pompa ciepła ma być zainstalowana w starym domu, pamiętajmy, że bez dobrego ocieplenia, wymiana starego kotła na pompę ciepła nie pomoże w ekonomicznym ogrzewaniu, a dodatkowo narazi Cię na wysokie rachunki za prąd, który jest potrzebny do zasilania urządzenia. Zaostrzenie regulacji dotyczących jakości pomp ciepła ma ustrzec przed nieuczciwymi sprzedawcami, którzy oferują urządzenia słabej jakości i źle dobrane do danego budynku. Jaką pompę ciepła wybrać? Wyjaśniamy najważniejsze parametry.
Do czego służy pompa ciepła?
Pompy ciepła postrzegane są jako urządzenia grzewcze, w zasadzie zamienniki kotłów. Generalnie jest to podejście słuszne, chociaż nie do końca precyzyjne i prowadzące czasem do nieporozumień, a nawet poważnych błędów. Pod względem technicznym można bowiem określić pompy ciepła jako urządzenia chłodnicze, bardzo blisko spokrewnione z klimatyzatorami, a nawet lodówkami. To, że z powodzeniem wykorzystuje się je w celach grzewczych można uznać za swego rodzaju przypadek szczególny. Warto przy tym pamiętać o istnieniu pomp ciepła działających w systemie powietrze/powietrze. Rozróżnienie pomiędzy nimi oraz klimatyzatorami z funkcją ogrzewania jest wyłącznie umowne.
W domach jednorodzinnych pompa ciepła pełni nawet trzy funkcje. Służy do:
- ogrzewania wnętrz;
- podgrzewania ciepłej wody użytkowej, czyli c.w.u.;
- chłodzenia pomieszczeń (klimatyzacji).
W praktyce bardzo często wykorzystywane są równocześnie tylko dwie rzeczy z powyższej listy. Mamy więc ogrzewanie wnętrz oraz c.w.u. albo ogrzewanie oraz chłodzenie pomieszczeń lecz bez funkcji c.w.u.
W wielu domach chłodzenie nie jest wykorzystywane w ogóle lub używa się go jedynie sporadycznie, gdyż nie jest po prostu konieczne. Ponadto barierą może być niezbyt nadająca się do tego celu instalacja z typowymi grzejnikami. Wydajność tych ostatnich w funkcji chłodzenia jest bowiem bardzo niska. Z kolei układy typu powietrze/powietrze, a więc funkcjonujące analogicznie jak klimatyzatory, nie nadają się do podgrzewania wody użytkowej.
Należy jeszcze uwzględnić dwa szczególne warianty. Pierwszym jest użycie pomp ciepła przeznaczonych wyłącznie do podgrzewania c.w.u. To również pompy ciepła powietrzne, lecz urządzenia o niewielkiej mocy grzewczej, najczęściej zaledwie 1–2 kW. Ponadto są one najczęściej połączone (zblokowane) ze zbiornikiem ciepłej wody. W ostatnich latach ich popularność wyraźnie spadła, jednak prawdopodobnie główną przyczyna takiego stanu rzeczy jest ogromny wzrost sprzedaży typowych pomp ciepła powietrze/woda. Przecież skoro i tak skoro ktoś kupuje pompę ciepła ogrzewającą zarówno pomieszczenia jak i c.w.u., to po co miałby wydawać pieniądze jeszcze na pompę tylko do ciepłej wody? Niemniej jednak wciąż znajdują one nabywców, gdyż mogą bardzo dobrze uzupełniać tradycyjne systemy grzewcze z kotłami. W szczególności tymi na paliwa stałe, czyli węgiel, pellety lub drewno, w których palenie poza sezonem grzewczym, tylko na potrzeby c.w.u. z całą pewnością nie jest wygodne, czyste ani specjalnie opłacalne.
Drugą nieco niestandardową sytuacją jest natomiast wykorzystywanie instalacji z pompą ciepła do tzw. chłodzenia pasywnego. Tak mogą działać tylko pompy ciepła gruntowe, ewentualnie również działające w bardzo mało popularnym systemie woda/woda. Typowa pompa ciepła, w tym każde urządzenie powietrzne, działa w trybie chłodzenia podobnie jak klimatyzator – to praca sprężarki umożliwia przekazywanie ciepła z budynku na zewnątrz. W trybie chłodzenia pasywnego jest zupełnie inaczej – sprężarka nie działa w ogóle, pracują jedynie pompy obiegowe źródeł dolnego i górnego. Rzecz w tym, że w środku lata grunt nadal ma dość niską temperaturę, np. około 10°C. Może więc z powodzeniem odbierać ciepło z domu, w którego wnętrzu mamy 20–30°C. Praca sprężarki nie jest potrzebna, gdyż ciepło płynie w sposób naturalny od ciała o wyższej temperaturze (dom) do ciała o temperaturze niższej (grunt). Zasadniczą zaletą takiego układu jest znikome – w porównaniu z klasyczną klimatyzacją – zużycie energii. Jeżeli ktoś przewiduje więc, że chłodzenie będzie w jakimś budynku konieczne i będzie wykorzystywane na większą skalę, to nie powinien zapominać o tym atucie gruntowych pomp ciepła.
Kiedy wybrać pompę ciepła powietrzną, a kiedy gruntową?
Łatwo zauważyć zasadniczą odmienność pomiędzy pompą ciepła powietrzną a gruntową – temperatura gruntu zmienia się jedynie w niewielkim stopniu i nawet w czasie dużych mrozów wciąż pozostaje dodatnia. Z kolei pompy ciepła powietrzne w ciągu sezonu grzewczego pracują we wręcz skrajnie odmiennych warunkach. Muszą odbierać ciepło zarówno z powietrza, które ma +10°C (wiosna i jesień), jak i -20°C (środek zimy). Nie trzeba nikogo przekonywać, że w tym drugim przypadku (duże mrozy) jest to zadanie o wiele trudniejsze. Rzeczywiście, w takich warunkach nie wszystkie pompy ciepła powietrzne mogą w ogóle działać. Natomiast w przypadku części z nich moc może drastycznie spadać. W efekcie pompa ciepła o nominalnej mocy np. 10 kW przy -20°C na zewnątrz osiągnie np. zaledwie 5 kW. Krótko mówiąc, jej moc grzewcza będzie najniższa właśnie wówczas, gdy ciepło będzie najbardziej potrzebne. Jeżeli więc kupimy pompę ciepła o takiej charakterystyce, to wspomaganie ogrzewania kotłem, kominkiem lub wbudowanymi w pompę grzałkami elektrycznymi będzie w pewnych okresach po prostu niezbędne.
Jest jednak także pewna grupa powietrznych pomp ciepła, które utrzymują nominalną moc grzewczą nawet w trakcie takich skrajnych mrozów (ok. -20°C) lub ich moc obniża się tylko nieznacznie. Jednak takich pomp ciepła jest na rynku niewiele i nie wszyscy producenci je oferują. Czy nawet znaczny spadek mocy urządzenia w czasie skrajnych mrozów należy traktować jako cechę dyskwalifikującą? Nie, jeżeli instalacja grzewcza zostanie odpowiednio zaprojektowana i wykonana – z uwzględnieniem tej cechy. Duże mrozy to bowiem na większości obszaru naszego kraju zaledwie kilka procent sezonu grzewczego. Ponadto jeżeli już się trafią, to nie utrzymują się one zbyt długo. Wspomaganie innym, konwencjonalnym źródłem ciepła (kotłem) lub grzałkami, może być więc dobrze sprawdzającym się wariantem. Ponadto w ostatecznym rachunku najbardziej opłacalnym. Z kolei w wielu domach, szczególnie tych remontowanych – ze starymi grzejnikami i gorzej ocieplonych – wręcz jedynym możliwym.
Pompy gruntowe funkcjonują zupełnie inaczej ze względu na stabilność temperatury swojego źródła ciepła. Nawet w przypadku układów z tzw. kolektorem poziomym, czyli pętlami z rur zakopanymi na głębokości do 2 m warunki są z grubsza stałe przez cały sezon grzewczy. W jeszcze większym stopniu dotyczy to tzw. sond pionowych, czyli rur umieszczonych w odwiertach głębokich na kilkadziesiąt metrów. Niezmienna temperatura źródła dolnego oznacza, że gruntowa pompa ciepła może zawsze pracować w sposób stabilny. Innymi słowy, dostarczając tyle samo ciepła i z niezmienną sprawnością. Niezależnie od tego, czy na zewnątrz panują akurat rekordowe mrozy, czy mamy już ciepłą wiosnę. Trzeba tu jednak poczynić ważne zastrzeżenie. Instalacja po stronie źródła dolnego musi mieć odpowiednio dobraną wielkość, przede wszystkim nie może być zbyt mała. Jeżeli bowiem ktoś nadmiernie zaoszczędzi na długości rur odbierających ciepło z gruntu, to pompa ciepła nigdy nie pozyska odpowiedniej ilości ciepła. W efekcie będzie po prostu niewydolna.
Tutaj pojawia się drugi zasadniczy punkt wyjaśnienia, dlaczego wybór rodzaju źródła dolnego jest tak ważny. W przypadku pomp ciepła powietrznych właściwie nie ma instalacji po stronie źródła dolnego. Tę rolę pełnią wbudowany wentylator przetłaczający powietrze oraz wymiennik ciepła. Niczego nie trzeba więc indywidualnie dobierać, oraz co nie mniej ważne – wydawać dodatkowo pieniędzy. Natomiast na potrzeby modeli pomp ciepła gruntowych trzeba dopiero zbudować instalację służącą do odbioru ciepła. Zawsze robi się to indywidualnie. Znaczenie ma nie tylko moc urządzenia oraz przewidywane zapotrzebowanie budynku na ciepło, ale również specyfika samego gruntu. Z gliniastego i stale przesiąkniętego wodą można bowiem pozyskać kilka razy więcej ciepła, niż z suchego i piaszczystego.
Jak dobrać pompę ciepła?
Przede wszystkim trzeba uprzedzić, że przy wybieraniu pompy ciepła należy zwracać znacznie większą uwagę na jej parametry techniczne, niż w przypadku kotła. Znajomość pełnej specyfikacji pomp ciepła jest konieczna, gdyż tak podstawowe wskaźniki, jak moc grzewcza i sprawność nie tylko nie są stałe. Zmieniają się one w naprawdę szerokim zakresie, zależnie od warunków pracy. W efekcie ta sama pompa ciepła może działać bardzo dobrze, np. podgrzewając wodę do 40°C, ale słabo, gdy podniesiemy ją do 55°C. Albo być dobra przy 0°C na zewnątrz, zaś fatalna już przy -10°C. To wymusza wnikliwość w decydowaniu jaki model pompy ciepła wybrać. Ponadto takie szczegółowe dane o pompach ciepła powinno się umieć interpretować. Dlatego pomoc dobrego fachowca jest po prostu nieodzowna. Tak naprawdę to właśnie prawidłowy dobór pompy ciepła w zależności od potrzeb i specyfiki budynku jest nawet ważniejszy, niż wysoka jakość i dobre parametry urządzeń! Innymi słowy, nawet obiektywnie znakomita pod względem jakości pompa ciepła będzie działał źle, jeżeli zostanie nieodpowiednio dobrana do domu. Co ważne, margines tolerancji jest tu o wiele mniejszy, niż w przypadku kotłów. Świetnie to widać w konfrontacji ze współczesnymi kotłami gazowymi. Ponadto wzrost mocy pomp ciepła, bardzo wyraźnie przekłada się na ich cenę, a przecież i tak nie są to urządzenia tanie.
Jak moc pompy ciepła?
Moc grzewcza to parametr podstawowy pompy ciepła! Określa ile ciepła pompa może dostarczyć do budynku. Natomiast utrzymanie pożądanej temperatury w pomieszczeniach wymaga zrównoważenia występujących w nich strat ciepła. Jeżeli więc moc pompy ciepła będzie zbyt mała względem strat, to w domu będzie po prostu zbyt zimno. W przypadku mocy pompy ciepła, musimy jednak pamiętać o następujących zasadniczych zależnościach:
- straty ciepła, a więc i zapotrzebowanie na moc grzewczą pompy ciepła, rosną wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej;
- moc większości powietrznych pomp ciepła spada w miarę obniżania się temperatury zewnętrznej;
- moc pomp ciepła obniża się, gdy muszą przygotowywać wodę o wysokiej temperaturze;
- pompy ciepła gruntowe utrzymują mniej więcej stałą moc, bez względu na zmiany temperatury zewnętrznej.
Widać z tego, że moc pompy ciepła jest cechą, na którą należy zawsze patrzeć w szerszym kontekście, w określonych warunkach. Takich, jakie będą panować w konkretnym domu i jego otoczeniu, chociażby w danej strefie klimatycznej. Ponadto zasadnicze znaczenie ma to czy pompa ciepła ma z założenia być jedynym źródłem ciepła, czy przewiduje się jej wspomaganie za pomocą kotła, wbudowanych grzałek itd. W tym drugim przypadku pompa ciepła może być nieco „słabsza”.
Jak sprawdzić sprawność pompy ciepła?
Kolejna bardzo ważna kwestia to sprawność pompy ciepła. Może być ona wyrażona na różne sposoby, jednak zdecydowanie najczęściej stosuje się wskaźnik COP oraz SCOP. Od sprawności pompy ciepła w dużej mierze zależy wysokość rachunków za ogrzewanie – im jest wyższa, tym wydatki eksploatacyjne są mniejsze. Trzeba jednak od razu przestrzec, że w bardzo energochłonnym domu i tak nie ma co liczyć na niskie opłaty. Jak sprawdzić sprawność pompy ciepła?
- Sprawność pompy ciepła wzór
COP to wskaźnik informujący o tym jakie są proporcje pomiędzy zużywaną ilością energii elektrycznej oraz ilością pozyskiwanego ciepła. Jeżeli wynosi np. 4, to oznacza, że zużywając 1 KWh prądu pompa ciepła dostarcza do budynku 4 kWh ciepła. Inaczej można to przedstawić również w ten sposób, że z tych 4 kWh aż 3 kWh to darmowe ciepło pobrane z otoczenia, zaś 1 kWh pochodzi z prądu.
- Sprawność pompy ciepła w zależności od temperatury
Kłopot ze współczynnikiem COP jest jednak podobny jak z mocą - jego wartość zmienia się w zależności od warunków. Generalnie COP rośnie, jeżeli rośnie temperatura po stronie źródła dolnego (np. temperatura powietrza zewnętrznego). Maleje natomiast, jeżeli pompa ciepła musi przygotowywać wodę o wysokiej temperaturze (temperatura źródła górnego jest wysoka). Dlatego właśnie pompy ciepła powietrzne pracują mniej ekonomicznie w czasie mrozów. Natomiast eksploatacja wszystkich pomp ciepła kosztuje więcej w budynkach z wysokotemperaturowymi grzejnikami, niż z podłogówką. Producenci pomp ciepła bardzo chętnie chwalą się wysoką wartością COP, jednak jest to głównie chwyt marketingowy. W praktyce użyteczna jest dopiero informacja o COP w całym przewidywanym zakresie pracy. Producenci pomp ciepła udostępniają takie informacje w formie wykresów lub tabel. Wszystko dlatego, że pojedyncza wartość o niczym praktycznie nie świadczy.
W dokumentacji pompy ciepła, choćby na etykietach energetycznych, znajdziemy także współczynnik SCOP, czyli uśrednioną sezonową wartość COP. Daje on już nieco lepsze wyobrażenie o możliwościach danego modelu pompy ciepła. Jednak trzeba uprzedzić, że jest on daleki od doskonałości. Bowiem przyjęte przy jego wyznaczaniu parametry nie do końca pokrywają się z polskimi warunkami klimatycznymi. Dlatego SCOP należy traktować jedynie jako element użyteczny przy wstępnej selekcji pomp ciepła. Fachowej interpretacji pełnej charakterystyki pompy ciepła i tak on nie zastąpi.
Fot. otwierająca: Pompa ciepła powietrzna nie wymaga wykonania kosztownej instalacji źródła dolnego (fot. FREE/GREE)
Dodaj komentarz