Jaką sprawność ma pompa ciepła i jak ją obliczyć?

Co to jest współczynnik sprawności (COP)?

Podczas wyboru pompy ciepła często spotykamy się ze skrótem COP (z ang. Coefficient of Performance). Określa on stosunek ilości dostarczonego ciepła do energii elektrycznej zużytej przez urządzenie. Na przykład, jeśli pompa ciepła produkuje 4 kWh energii cieplnej, zużywając przy tym 1 kWh energii elektrycznej, to jej COP wynosi 4.

W praktyce oznacza to, że im wyższy jest ten wskaźnik, tym lepiej pompa ciepła konwertuje prąd elektryczny w ciepło potrzebne do ogrzania budynku i wody użytkowej. W domowych instalacjach grzewczych standardem są wartości COP na poziomie 3–5, ale nowoczesne jednostki potrafią osiągać jeszcze wyższe współczynniki w optymalnych warunkach.

Co wpływa na wartość COP?

Zacznijmy od temperatury źródła dolnego. Wiemy, że pompy ciepła pobierają ciepło z otoczenia – powietrza, gruntu lub wody. Im wyższa temperatura tego źródła (czyli właśnie tzw. źródła dolnego), tym mniej energii elektrycznej urządzenie musi zużyć, by podnieść temperaturę do wymaganego poziomu.

Przy czym, jest to szczególnie istotne dla pomp powietrze-woda - im cieplejsze powietrze na zewnątrz, tym wyższy COP, natomiast w przypadku pomp gruntowych, temperatura gruntu jest bardziej stabilna przez cały rok, co przekłada się na w miarę stałą wartość COP.

Na wartość COP wpływa także temperatura w instalacji grzewczej (a zatem górne źródło). Jest to temperatura, do jakiej pompa musi ogrzać wodę w systemie ogrzewania. Niższa wymagana temperatura (np. w instalacji podłogowej) sprzyja wyższej efektywności.

Kolejnym elementem przekładającym się na wartość COP, jest jakość wykonania i stan urządzenia. Sprawność pompy ciepła spada bowiem, gdy urządzenie jest zanieczyszczone, nieprawidłowo serwisowane lub źle dobrane do zapotrzebowania budynku. Aby utrzymać COP na wysokim poziomie, warto regularnie wykonywać przeglądy serwisowe.

Nie bez znaczenia dla COP są także warunki klimatyczne i sposób eksploatacji pompy. Niskie temperatury zewnętrzne mogą obniżać efektywność, zwłaszcza w pompach powietrznych. Z kolei zbyt częste uruchamianie i zatrzymywanie sprężarki (tzw. taktowanie) również niekorzystnie wpływa na współczynnik wydajności.

Sezonowy współczynnik efektywności (SCOP) i SPF

Warto zwrócić uwagę, że w praktyce do oceny opłacalności stosuje się również SCOP (z ang. Seasonal Coefficient of Performance) lub SPF (Seasonal Performance Factor). Te wskaźniki określają średnią efektywność pracy pompy ciepła w dłuższym okresie, uwzględniając zmiany warunków atmosferycznych na przestrzeni całego sezonu grzewczego.

Z tego powodu SCOP może różnić się od wartości COP podawanej w katalogach producenta, ponieważ to drugie odnosi się zwykle do pomiarów w ściśle określonych warunkach testowych (np. przy stałej temperaturze zewnętrznej).

Do obliczenia SCOP przydatny będzie wzór:

W zależności od regionu Polski (a także warunków klimatycznych i instalacyjnych), wartości SCOP dla pomp ciepła mogą wynosić od ok. 2,5 do nawet 5.

Jak wyliczyć sprawność pompy ciepła?

Obliczenia w praktyce sprowadzają się do porównania energii cieplnej wyprodukowanej przez pompę ciepła w danym czasie z ilością energii elektrycznej, jaką zużyła w tym samym okresie. Podstawowe równanie wygląda następująco:

eśli chcemy poznać efektywność sezonową (SCOP/SPF), należy zsumować całą energię dostarczoną (z liczników ciepła) i cały pobór prądu w trakcie sezonu. Dzięki temu uzyskujemy dokładniejszy obraz opłacalności eksploatacji.

Prosty przykład obliczeniowy

Pompa ciepła w ciągu miesiąca dostarczyła 800 kWh energii cieplnej.

Zużycie energii elektrycznej (sprężarka, pompy obiegowe, ewentualne grzałki pomocnicze) wyniosło 200 kWh.

Zatem w tym okresie COP = 800/200 = 4,0.

W ujęciu rocznym, jeśli zmieniają się warunki pogodowe i tryb pracy, warto przeanalizować zużycie oraz produkcję ciepła w poszczególnych miesiącach i zsumować je w celu wyliczenia SCOP.

Jak poprawić sprawność pompy ciepła?

Moc pompy ciepła powinna być dopasowana do zapotrzebowania na ciepło w budynku. Dlatego tak ważne jest, aby dobrać odpowiednią pompę. Zbyt duże urządzenie może prowadzić do szybkiego wyłączania i załączania sprężarki, co obniża efektywność. Istotna jest także optymalna temperatura w instalacji grzewczej.

I tu warto pamiętać, że ogrzewanie płaszczyznowe (podłogowe lub ścienne) wykorzystuje niższe temperatury, co pozytywnie wpływa na COP. Warto także pamiętać o regularnych przeglądach i serwisie, bowiem zanieczyszczone wymienniki ciepła, niewłaściwie działający wentylator czy nieszczelny układ chłodniczy mogą znacząco ograniczać sprawność.

I w końcu współpraca z OZE - połączenie pompy ciepła z fotowoltaiką pozwala obniżyć koszty eksploatacyjne, ponieważ część zużywanego prądu pochodzi z paneli słonecznych.

Przed zakupem pompy ciepła warto porównać różne modele i dopilnować, aby instalacja była zaprojektowana pod kątem konkretnych wymogów budynku. Regularne serwisowanie i dobór odpowiedniego systemu dystrybucji ciepła (np. ogrzewanie podłogowe) to klucz do utrzymania wysokiej sprawności pompy przez długie lata.

autor: Damian Żabicki

źródło i zdjęcie: Wolf Technika Grzewcza

opracowanie: Anna Chrystyna