Jak optymalnie dobrać moc grzewczą pompy ciepła typu powietrze/woda?
Jak optymalnie dobrać moc grzewczą pompy ciepła typu powietrze/woda?
Dobre dopasowanie do potrzeb i charakterystyki budynku to podstawa przy zakupie pompy ciepła. Po prostu nawet obiektywnie świetne urządzenie nie będzie działać dobrze w bardzo niekorzystnych dla siebie warunkach. Dlatego podpowiadamy, jakie parametry pomp są naprawdę ważne i jak je interpretować.
Wbrew pozorom odpowiedź na pytanie do czego ma służyć pompa ciepła nie jest taka oczywista. Pompy mogą bowiem:
ogrzewać budynek;
przygotowywać ciepłą wodę użytkową (c.w.u.);
chłodzić dom, czyli pełnić rolę klimatyzacji; podgrzewać wodę basenową.
Ma się rozumieć, że nie każda pompa oferuje to wszystko. Dwie podstawowe grupy urządzeń to pompy do ogrzewania budynku oraz te przeznaczone wyłącznie do przygotowywania c.w.u. (ciepłej wody użytkowej). Zasadniczo różni je cena, moc i w ogóle większość parametrów.
Najczęściej, jeżeli kupujemy pompę do ogrzewania budynku, to przygotowuje ona także c.w.u. Chociaż w niektórych modelach trzeba w tym celu dokupić dodatkowy moduł. Koniecznie zapytajmy o to przed zakupem.
Tym razem nie będziemy się zajmować pompami do podgrzewania basenów, gdyż to bardzo specyficzna, ściśle wyspecjalizowana grupa sprzętów. Omówienia wymaga natomiast możliwość chłodzenia, którą wiele pomp oferuje.
OPCJA CHŁODZENIA W POMPIE CIEPŁA
Pompy ciepła są też coraz częściej wykorzystywane do chłodzenia budynku. Rzeczywiście, w odpowiednio skonfigurowanych instalacjach, pompa może sobie radzić wcale nie gorzej niż typowe klimatyzatory. Pod niektórymi względami bywa nawet od nich lepsza. Przy tym wydajemy pieniądze tylko na jeden system, zamiast na dwa.
Co najważniejsze, możliwe jest działanie w dwóch zupełnie odmiennych trybach.
Chłodzenie aktywne to praca na podobieństwo typowego klimatyzatora. Działa wówczas sprężarka, a efekt chłodzenia osiągany jest dzięki naprzemiennemu sprężaniu i rozprężaniu czynnika roboczego. Tyle że ciepło płynie w odwrotnym niż zwykle kierunku - z domu do otoczenia. Ten sposób chłodzenia jest więc dość energochłonny. Tylko taki jest możliwy w przypadku pomp powietrznych, czyli powietrze/woda oraz powietrze/powietrze.
Chłodzenie pasywne dostępne jest zaś dla posiadaczy pomp działających w systemie solanka/woda lub woda/woda. Tu sprężarka nie pracuje w ogóle, działają tylko pompy obiegowe po stronie tzw. dolnego (grunt) oraz górnego (budynek) źródła ciepła. Po prostu woda krążąca w domowej instalacji c.o. odbiera ciepło z pomieszczeń i przez wymiennik ciepła przekazuje je płynowi niezamarzającemu (lub wodzie) po stronie dolnego źródła. Jest to możliwe, bo ruch ciepła zachodzi w sposób naturalny, czyli od ciała cieplejszego do chłodniejszego. Grunt ma przecież stale niezbyt wysoką temperaturę (ok. 10°C).
Warto zauważyć, że tę samą jego właściwość wykorzystuje się w przypadku GWC (gruntowego wymiennika ciepła), służącego latem do ochładzania powietrza nawiewanego do wnętrz. Chłodzenie pasywne ma ogromny atut w postaci niskich kosztów eksploatacji. Prąd zużywają tylko pompy obiegowe. W porównaniu z działaniem sprężarki to znikome zapotrzebowanie.
Przez ostatnie lata bardzo wzrósł rynkowy udział pomp typu powietrze/woda. I to nawet jeżeli odrzucimy ze statystyki urządzenia służące tylko do przygotowywania c.w.u. Rzeczywiście są coraz lepsze. Producentom udało się poradzić sobie z problemem zasadniczym w naszej strefie klimatycznej - niską sprawnością, albo nawet brakiem możliwości działania przy większym mrozie.
Uprzedźmy jednak, że prawa fizyki są tu nieubłagane, chociaż pompy mogą działać nawet "wyciągając" ciepło z powietrza o temperaturze poniżej -20°C to cudów nie ma. Ich sprawność w tych warunkach spada, czyli dla pozyskania tej samej ilości ciepła co przy np. +5°C, zużywają wyraźnie więcej prądu. Oczywiście, naprawdę dużych mrozów mamy niewiele, a pompy powietrzne są tańsze w zakupie niż gruntowe i łatwiejsze do zainstalowania. Wiele osób uzna je więc za korzystniejszy wariant.
Nie znaczy to jednak, że urządzenia wykorzystujące ciepło gruntu nie są warte zainteresowania. Bez porównania bardziej stabilna temperatura źródła dolnego oznacza wysoką sprawność, a więc i niskie koszty eksploatacji, nawet w czasie dużych mrozów. Ich moc cieplna jest przy tym praktycznie stała, podczas gdy w przypadku większości pomp powietrznych, wyraźnie spada wraz z obniżeniem się temperatury powietrza zewnętrznego. A przecież właśnie wtedy potrzebujemy najwięcej ciepła! Pompy gruntowe mają jeszcze jeden bardzo mocny atut - możliwość chłodzenia pasywnego, o którym pisaliśmy powyżej.
Wybierając powietrzną pompę ciepła, trzeba uwzględnić, że jej sprawność będzie spadać w niskiej temperaturze otoczenia. (fot. Nibe-Biawar)
Ostatecznie wybór pomiędzy systemem gruntowym (solanka/woda lub bezpośrednie odparowanie) oraz powietrznym wymaga naprawdę głębokiego zastanowienia. Tym bardziej, że wyraźnie niższe niż kiedyś są koszty wykonania odwiertów pod sondy pionowe.
JAKA MOC POMPY CIEPŁA?
Przede wszystkim musimy postanowić czy pompa ciepła ma być jedynym urządzeniem grzewczym w domu, czy może planujemy wspomaganie jej kotłem, grzałkami elektrycznymi lub choćby kominkiem. To szczególnie ważna decyzja dla remontujących domy.
Jeżeli mamy już kocioł, niejednokrotnie pozostawia się go w rezerwie. Ponadto większość starych budynków ma instalacje grzewcze z typowymi grzejnikami ściennymi, które wymagają wysokiej temperatury zasilania (np. 75°C) żeby pokryć straty ciepła w czasie dużych mrozów. Ma się rozumieć, że kiedy na zewnątrz nie jest aż tak zimno, do utrzymania komfortowych warunków wystarcza mniej gorąca woda w instalacji c.o., z której przygotowaniem pompa ciepła już sobie poradzi.
Najkrócej mówiąc, jeżeli dom ma być ogrzewany tylko pompą, specjalista musi tak dobrać jej moc, żeby zapewniała pokrycie strat ciepła budynku w pełni i to nawet w najbardziej niekorzystnych warunkach pracy. Czyli z uwzględnieniem ewentualnej konieczności podniesienia temperatury wody w obiegu c.o oraz spadku mocy wraz z obniżeniem temperatury zewnętrznej w przypadku pomp powietrze/woda.
Może się okazać, że pompa, która ma nominalnie 9 kW mocy, przy mrozie -15°C rzeczywistości jest w stanie dać już tylko 5 kW. Chociaż są i takie modele, które w tych warunkach utrzymują tę samą moc, chociaż ich sprawność spada (zużywają więcej prądu). Niestety, dokładne zbadanie, jak wygląda to w przypadku konkretnego urządzenia, wymaga zagłębienia się w jego dokumentację. Dlatego wyboru pompy powinniśmy dokonywać razem ze specjalistą.
Zupełnie inaczej wygląda sytuacja, kiedy z góry zakładamy, że w niekorzystnych warunkach (duże mrozy) pompa będzie albo wspomagana przez inne źródło ciepła, albo w ogóle zostanie nim zastąpiona poniżej pewnej temperatury zewnętrznej. Takie układy nazywa się biwalentnymi. Przy czym elementy wspomagające mogą być bardzo różne, od grzałek wbudowanych w pompę, przez kocioł, aż po prosty kominek.
W tym przypadku fachowiec ma spore pole manewru. Opiera się na ocenie zarówno możliwości technicznych, np. energochłonności domu i tego, jaka instalacja grzewcza już w nim jest, oraz kalkulacji ekonomicznej. Niejednokrotnie okazuje się, że krótkotrwałe użycie grzałek jest znacznie bardziej opłacalne, niż zakup pompy o znacznie większej mocy.
Jeszcze innego spojrzenia wymagają nowoczesne, bardzo energooszczędne domy. W ich przypadku bowiem zamiast pompy o mocy np. 12 kW, w zupełności wystarczą 3-4 kW. Takich urządzeń przybywa w ofercie wielu producentów. Dostępne są też pompy stanowiące część zestawów, które można nazwać centralami grzewczo-wentylacyjnymi. W tym przypadku zamiast tradycyjnego zestawu zajmującego osobne pomieszczenie gospodarcze, czyli pompy ciepła, centrali wentylacyjnej oraz zasobnika c.w.u. mamy jego kompaktową wersję. Całość jest zamknięta w jednej obudowie wielkości dużej szafy. Z czego sporą część zajmuje zresztą zbiornik c.w.u. o pojemności ok. 200 l.
Taka integracja ma sens z kilku powodów. Po pierwsze, można wykorzystywać ciepło bardziej efektywnie. Przykładowo, zużyte powietrze z centrali wentylacyjnej oddaje jeszcze swe ciepło pompie. Po drugie, wszystkie urządzenia są od razu zarządzane przez wspólną automatykę, która optymalizuje ich pracę. Po trzecie, montaż całości jest bardzo łatwy i nie ma problemów z dobraniem parametrów każdego z urządzeń składowych, bo dopasowano je już zawczasu. Po czwarte, za założenie i uruchomienie całości odpowiada jedna firma wykonawcza, nie ma więc problemu z przerzucaniem się odpowiedzialnością w razie awarii.
W nowoczesnych domach wystarczają pompy ciepła o niewielkiej mocy. Mogą być zintegrowane razem z centralą wentylacyjną i zasobnikiem wody, co oszczędza nam sporo cennej przestrzeni. (fot. Nest (Flexit))
COP, CZYLI SPRAWNOŚĆ POMPY
Każde urządzenie grzewcze charakteryzuje sprawność, czyli stosunek ilości energii przekazanej do instalacji grzewczej względem tej zawartej w paliwie (kotły) czy zaczerpniętej z sieci elektrycznej, jak to ma w pompach ciepła. W ich przypadku sprawność określa współczynnik COP. Jeżeli wynosi on np. 4, to znaczy, że pompa pobierając 1 kWh prądu elektrycznego przekazała do instalacji grzewczej aż 4 kWh ciepła.
Nie ma w tym nic niezwykłego, bo pamiętajmy, że pompa tak naprawdę służy do tego, żeby efektywnie odbierać energię z otoczenia. Skoro COP wynosi 4, to innymi słowy pompa na każdą 1 kWh prądu zaczerpniętą z sieci pozyskała z otoczenia 3 kWh ciepła (prąd i ciepło z otoczenia się sumują). Bardzo ważne, żeby zrozumieć to zjawisko, bo COP jest wartością bardzo zmienną. Spada wraz ze spadkiem temperatury po stronie źródła dolnego oraz wraz ze wzrostem temperatury wody w źródle górnym, czyli obiegu c.o.
Innymi słowy, pompa działa tym mniej ekonomicznie, im niższa jest temperatura ciała, z którego czerpiemy energię (powietrze, grunt), albo im wyższą wymusimy temperaturę po stronie wody w instalacji grzewczej. Dlatego nie ma sensu porównywanie wartości COP osiąganych przez urządzenia w odmiennej temperaturze, albo w warunkach, w których nie będą one w rzeczywistości pracować. Dlatego w naszym zestawieniu uwzględniliśmy typowe parametry instalacji grzewczych z pompami ciepła, np. temperaturę zasilania 35°C.
Trzeba przy tym ostrzec, że klasy podawane na etykietach energetycznych pomp należy traktować z dużą rezerwą. Przede wszystkim dlatego, że wprawdzie obrazują pewne średnie wartości roczne, lecz obliczone dla warunków klimatycznych znacznie łagodniejszych niż polskie. To taki uboczny efekt ogólnoeuropejskiej unifikacji. Dlatego etykietę energetyczną należy traktować co najwyżej jako wstępną wskazówkę przy wyborze. Potem trzeba sprawdzić dokładne parametry.
W zestawieniu podajemy klasy energetyczne dla dwóch temperatur zasilania (po stronie źródła górnego), to 35 oraz 55°C. O ile pierwsza jest typowa w instalacjach z pompami ciepła, to druga jest bardzo wysoka dla dużej części z nich. Jednak właśnie od klasy energetycznej przy temperaturze zasilania aż 55°C, uzależniona jest dotacja we właśnie zmienianym programie Czyste Powietrze. Warto więc wiedzieć, na które modele możemy dostać większe dofinansowanie. Prawdopodobnie twórcy zmian w programie założyli, że modernizowane domy będą mieć głównie ogrzewanie grzejnikowe, a nie płaszczyznowe.
WYBIERAMY POMPĘ CIEPŁA - PRZEGLĄD OFERTY RYNKOWEJ
Pompy ciepła do ogrzewania i c.w.u.
Pompy typu powietrze/woda do przygotowywania c.w.u.
POMPY CIEPŁA DO OGRZEWANIA WODY UŻYTKOWEJ
Pompy ogrzewające dom mogą też z powodzeniem zapewniać ciepłą wodę. Chociaż do niektórych modeli trzeba dokupić w tym celu dodatkowy moduł. Lepiej więc wypytajmy o takie sprawy. Z kolei zawsze potrzebnym elementem będzie zbiornik na ciepłą wodę. Bowiem pompy ciepła nie mogą ogrzewać jej przepływowo.
Najlepiej przy tym, żeby zbiornik był możliwie duży, przynajmniej 200 l dla 4 osób. Wszystko dlatego, że pompy działają bardziej ekonomicznie przygotowując nawet dużą ilość wody, ale o możliwie niskiej temperaturze. Mocne podgrzewanie, a następnie mieszanie z zimną wodą w baterii prysznicowej czy umywalkowej jest więc bardzo niewskazane. Chociaż są i pompy dla których uzyskanie wysokiej temperatury nie jest problemem.
Te same zasady dotyczą zarówno pomp do ogrzewania budynku z funkcją przygotowywania ciepłej wody, jak i urządzeń służących tylko do c.w.u. Jednak trzeba wyraźnie zaznaczyć, że bardzo wiele z tych ostatnich nie może wykorzystywać powietrza zewnętrznego o temperaturze niższej niż ok. -5°C. To bardzo istotne ograniczenie, jeżeli w sezonie grzewczym nie przewidujemy użycia konwencjonalnego ogrzewania (kocioł lub grzałka elektryczna) na potrzeby c.w.u. Ponadto musimy zdawać sobie sprawę, że większość takich pomp ma niską moc cieplną, co oznacza z kolei długi czas podgrzewania wody.
Pompy przeznaczone tylko do c.w.u. najbardziej zyskały na popularności w ostatnich latach. Ich atuty to łatwość instalacji oraz stosunkowo niska cena. (fot. De Dietrich)
Jarosław Antkiewicz Na zdjęciu otwierającym: Gruntowe pompy ciepła charakteryzują stabilne parametry pracy i wysoka sprawność nawet w czasie największych mrozów. Ponadto można je wykorzystać do chłodzenia pasywnego. (fot. Alpha Innotec (Hydro-Tech))
Człowiek wielu zawodów, instalator z powołania i życiowej pasji. Od kilkunastu lat związany z miesięcznikiem i portalem „Budujemy Dom”. W swojej pracy najbardziej lubi znajdywać proste i praktyczne rozwiązania skomplikowanych problemów. W szczególności propaguje racjonalne podejście do zużycia energii oraz zdrowy rozsądek we wszystkich tematach związanych z budownictwem.
W wolnych chwilach, o ile nie udoskonala czegoś we własnym domu i jego otoczeniu, uwielbia gotować albo przywracać świetność klasycznym rowerom.
Skomentuj
