Co należy wiedzieć o sprawności pompy ciepła? Współczynniki COP i SCOP

Co właściwie oznacza sprawność pompy ciepła?

Sprawność pompy ciepła to odpowiednia proporcja pomiędzy energią oddawaną w postaci ciepła do wnętrza budynku a energią elektryczną pobieraną z sieci. Sprawność określona właśnie przez współczynnik COP, czyli Coefficient of Performance, informuje nas o tym, ile kWh oddanego ciepła przypada na 1 kWh energii elektrycznej pobranej przez pompę.

Jeżeli np. na każdą pobraną 1 kWh energii elektrycznej przypadają 4 kWh oddanego ciepła, to mówimy, że sprawność wynosi 4 (COP równa się 4). Czasem spotkamy się także z określeniem, że sprawność pompy ciepła wynosi w takiej sytuacji 400%.

Natomiast SCOP, czyli Seasonal Coefficient of Performance to uśredniona dla całego sezonu grzewczego wartość COP.

W przeliczeniu na pieniądze, COP informuje nas o tym, ile razy tańsze jest ogrzewanie pompą ciepła w porównaniu z ogrzewaniem bezpośrednio za pomocą prądu, czyli z użyciem grzejników elektrycznych, kotła elektrycznego itp.

Jeśli mamy w domu zwykłe ogrzewanie elektryczne zamiast pompy ciepła, zużywamy tyle razy więcej prądu, ile wynosi w danych warunkach COP pompy. Czyli mając pompę, która osiąga COP równy 4, płacimy tylko 1/4 tego, co przy ogrzewaniu prądem.

Można na sprawę spojrzeć i tak, że przy tym samym COP na poziomie 4 oraz przy cenie prądu 0,65 zł/kWh, my za ciepło płacimy zaledwie około 0,16 zł/kWh (0,65 zł/kWh dzielone przez 4).

COP – ile prądu, a ile ciepła?

Pompa ciepła nie jest magicznym urządzeniem, więc jej działanie nie może być sprzeczne z prawami fizyki. Dlatego należy wyjaśnić, jak to możliwe, że pompa dostarcza wielokrotnie więcej energii w postaci ciepła niż sama pobiera w postaci prądu.

W końcu sprawność wynosząca 400% czy 500% rzeczywiście wydaje się bardzo dziwna.

Wyjaśnienie jest proste. Tak wysoka sprawność pompy ciepła, a w konsekwencji odpowiadające jej wartości współczynników COP i SCOP, bierze się wyłącznie ze sposobu jej wyznaczania. W obliczeniach uwzględnia się wyłącznie pobraną energię elektryczną, bo tylko za nią płacimy.

Dzięki pompie ciepła Aquarea, nawet 80% energii cieplnej pobierane jest z powietrza atmosferycznego

Ale przecież w rzeczywistości pompa odbiera też ciepło z otoczenia. W przypadku pompy typu powietrze-woda, wyciąga ona to ciepło z powietrza zewnętrznego. Powietrze przetłaczane przez wentylator pompy zostaje schłodzone (robi się jeszcze zimniejsze), a pozyskane w ten sposób ciepło trafia do instalacji grzewczej.

Oczywiście, im więcej ciepła urządzenie odbierze z powietrza, tym lepiej. Wysoka sprawność opisana współczynnikiem COP oznacza korzystną proporcję pomiędzy pobieranym prądem a pozyskiwanym ciepłem z powietrza lub innego źródła dolnego, jeśli jest to pompa typu grunt-woda albo woda-woda.

COP równe 3 oznacza po prostu, że 1 kWh ciepła pochodzi z prądu, 2 kWh zaś z otoczenia. Razem daje to 3 kWh ciepła przekazywanego do budynku przez pompę. Sprawność urządzenia wynosi w tym przypadku 300%.

Przy COP równym 5 będzie to odpowiednio 1 kWh energii elektrycznej oraz 4 kWh ciepła z otoczenia składające się na sprawność 500%.

Od czego zależy wartość współczynnika COP?

Można powiedzieć, że COP pompy ciepła określa jej sprawność zawsze tylko w ściśle określonych warunkach. W tym sensie, że COP nie jest wartością stałą i zmienia się w bardzo szerokich granicach, nawet w przypadku konkretnego egzemplarza pompy ciepła.

Właśnie w zależności od warunków, w jakich urządzenie będzie pracować. Przede wszystkim chodzi tu o dwie wartości temperatury – tzw. źródła dolnego oraz źródła górnego.

Dobra pompa ciepła to energooszczędny i przytulny dom

Źródło dolne to w przypadku pomp powietrznych temperatura powietrza zewnętrznego. Natomiast temperatura źródła górnego określa się temperaturę, do jakiej pompa musi podgrzewać wodę w obiegu centralnego ogrzewania, czyli wodę zasilającą grzejniki lub podłogówkę.

Dla działania pompy korzystna jest jak najwyższa temperatura po stronie źródła dolnego, a za to możliwie niska ze źródła górnego.

Z tego względu COP każdej pompy typu powietrze-woda będzie rosnąć, gdy na zewnątrz robi się względnie ciepło. Natomiast wyraźnie spadnie w czasie dużych mrozów, gdy temperatura wyniesie np. -15°C.

Przy czym „względnie ciepło” to w przypadku dobrej pompy nawet +2°C czy +5°C. W takich warunkach pompa powietrzna może pracować nawet lepiej niż pompa gruntowa i osiągać wyższe COP, czyli ostatecznie dostarczać bardzo tanie ciepło. A przecież właśnie takie temperatury panują przez większość sezonu grzewczego.

Na drugim końcu systemu grzewczego z pompą mamy źródło górne. W jego przypadku im niższa jest temperatura, tym lepiej.

Dokładnie ta sama pompa, w domu o identycznych stratach ciepła i przy takiej samej temperaturze zewnętrznej, będzie miała wyższy współczynnik COP, przygotowując wodę o niższej temperaturze np. 35°C, i zasilając ogrzewanie podłogowe, niż podgrzewając wodę do 55°C na potrzeby grzejników.

Pompa Panasonic Aquarea to rozwiązanie, które poprawi wydajność energetyczną domu, a jego instalacja i obsługa jest tańsza i dziecinnie prosta 

Płynie stąd zasadniczy wniosek dla każdego, kto chce oceniać pompę ciepła lub porównywać ich różne modele na podstawie współczynnika COP. Takie porównywanie ma sens, jeżeli pomiaru dokonano w tych samych warunkach.

Jeżeli dwie pompy badano dla parametrów +2/35°C, czyli +2°C (źródło dolne) oraz 35°C (źródło górne), to wyższy COP jednej z nich świadczy o tym, że w takich konkretnie warunkach pracuje ona lepiej.

Ale nie daje nam to pewności, że pompa nadal będzie lepsza, gdy temperaturę wody podniesiemy do 55°C, żeby zasilać grzejniki.

Podobnie nie możemy na tej podstawie wnioskować, jak którakolwiek z tych pomp poradzi sobie, gdy temperatura powietrza zewnętrznego spadnie do powiedzmy -10°C. Zróżnicowanie pod tym względem jest naprawdę bardzo duże i po prostu nie można wyciągać pochopnych wniosków.

Trzeba jeszcze pamiętać, że niektóre pompy, takie jak Panasonic Aquarea, są w stanie działać nawet do -25°C, podczas gdy dla innych granicą możliwości będzie -15°C. Chętnie podawana w reklamach maksymalna wartość COP pompy właściwie niczego nam nie mówi, bo nie wiemy, czy "porównujemy jabłko do jabłka".

Co oznacza współczynnik SCOP?

Właśnie dlatego, że na podstawie pojedynczej wartości COP nie sposób ocenić ani możliwości pompy, ani kosztów ogrzewania domu, zaczęto szukać innych wskaźników. Najczęściej używa się wspomnianego już SCOP, czyli Seasonal Coefficient of Performance.

Wyznacza się go przyjmując określone założenia na temat tego, jak będzie zmieniać się temperatura zewnętrzna. Najprościej mówiąc, określa się, ile godzin w ciągu typowego sezonu grzewczego panuje temperatura -5°C, ile 0°C itd.

Równocześnie trzeba też określić, jaka będzie temperatura po stronie źródła górnego, czyli temperatura wody w obiegu c.o.

Jak już wiemy, jest to drugi (obok temperatury zewnętrznej) zasadniczy czynnik wpływający na sprawność pompy (COP). Dlatego solidni producenci podają SCOP osobno dla temperatury zasilania 35°C, co jest typową wartością dla podłogówki, oraz 55°C, czyli przyjętej w instalacjach z pompami ciepła temperatury zasilania grzejników.

Nie są to małe różnice, bo ta sama pompa osiąga SCOP:

3,0 – zasilając grzejniki (woda 55°C),
5,0 – zasilając podłogówkę (woda 35°C).

Panasonic zapewnia jedną z najbogatszych ofert pomp ciepła do zastosowań w budynkach mieszkalnych i w obiektach handlowych

Przy cenie prądu 0,65 zł/kWh w pierwszym przypadku za 1 kWh ciepła zapłacimy więc 0,21 zł, w drugim zaś zaledwie 0,13 zł. A to już mniej więcej dwa razy mniej niż przy ogrzewaniu gazem ziemnym! Dobra pompa ciepła będzie więc bezkonkurencyjna pod względem kosztów ogrzewania.

Jednak trzeba uprzedzić, że współczynnik SCOP też nie jest doskonałym wyznacznikiem możliwości pompy, a kierowanie się tylko nim może czasem wprowadzić w błąd. Przede wszystkim wyznaczenie go wymaga przyjęcia, jakie temperatury i przez jak długi czas będą występować w ciągu sezonu grzewczego.

Muszą to być oczywiście różne wartości w poszczególnych regionach i krajach, bo przecież zima we Włoszech i w Polsce to jednak coś zupełnie innego. W związku z tym, na potrzeby wyznaczania SCOP, przyjęto podział Europy na trzy strefy – klimatu ciepłego, klimatu umiarkowanego oraz klimatu chłodnego.

Jak widać, w tym przypadku określenie klimatu umiarkowanego jest nieco mylące. Obowiązkowo producent musi wyznaczyć SCOP właśnie dla tej strefy i w specyfikacji pomp ciepła często znajdujemy tylko tę jedną wartość.

Kłopot w tym, że nie całkiem odpowiada to polskim warunkom klimatycznym. Zgodnie z tymi regulacjami, Polska znajduje się zresztą w strefie klimatu chłodnego, razem z krajami skandynawskimi. Co też nie do końca odpowiada rzeczywistości.

W praktyce warto raczej przyjąć, że zachodniej i centralnej części kraju bliżej jest do strefy klimatu umiarkowanego, zaś części wschodniej oraz regionom górskim – do klimatu chłodnego. Takie indywidualne podejście, z uwzględnieniem różnic regionalnych, daje najdokładniejsze wyniki.

Warto wiedzieć, że ta sama pompa, która dla klimatu umiarkowanego osiąga SCOP 5, w klimacie chłodnym będzie miała SCOP ok. 4.

Źródło i zdjęcia: Panasonic