Pompa ciepła a temperatura na zewnątrz

W ciągu kilku ostatnich lat pompy ciepła przestały stanowić niszową grupę instalowanych urządzeń grzewczych i na dobre zadomowiły się na rynku, notując bardzo silny wzrost sprzedaży. Z tego powodu coraz więcej obywateli ma już za sobą praktyczne doświadczenia związane z użytkowaniem pomp ciepła. Pomimo tego, wiedza na temat działania tej technologii nie jest powszechna. Jednym z najczęściej rozpowszechnianych mitów jest ten mówiący o rzekomej niemożności skutecznego ogrzania budynku przez pompę ciepła w warunkach niskich temperatur zewnętrznych. Warto więc szerzej zastanowić się nad tą kwestią i rozwiać wątpliwości na temat wydajności pompy ciepła zimą.

Z tekstu dowiesz się:

• jak w różnych temperaturach działa pompa powietrze-woda,
• czym powinna cechować się dobra pompa ciepła w kontekście temperatur zewnętrznych.

Wybór pompy ciepła może znacznie ograniczyć pobór energii potrzebnej do ogrzania domu, a co za tym idzie, pozytywnie wpłynąć na kwestię oszczędności. Wiele osób jednak nadal się waha, przed wyborem pompy ciepła. Wydajność tego urządzenia w zimnych miesiącach pozostaje bowiem tematem, o którym nadal wie się niewiele, co prowadzi do błędnych założeń, jakoby pompa była niewystarczającym urządzeniem do ogrzania domu zimą. Jak jest w rzeczywistości? Dowiesz się z naszego artykułu.

Wydajność pompy ciepła powietrze-woda w różnych temperaturach

Tematyka wpływu temperatury zewnętrznej na pracę pompy ciepła zwykle szerzej dotyczy pomp typu powietrze-woda. Tzw. pompy gruntowe, czyli solanka-woda, ze względu na specyfikę gruntu korzystają z dolnego źródła o stosunkowo stabilnej temperaturze, które w trakcie zmian pór roku podlega wahaniom do głębokości nie większej niż około 15-20 metrów.

W przypadku powietrznych pomp ciepła zmiany temperatury dolnego źródła są już bardzo szerokie i delta temperatur wynosi około 50℃ pomiędzy okresem letnim a zimowym.
W związku z tym moc i sprawność pomp ciepła typu powietrze-woda spada wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej, przeciwnie do zapotrzebowania budynku na ciepło, które wtedy wzrasta. Jak poradzić sobie z taką sprzecznością? Teoretycznie bardzo łatwo.

Możliwe jest przecież dobranie pompy ciepła o mocy na tyle wysokiej, aby była w stanie całkowicie pokryć zapotrzebowanie na moc grzewczą, nawet podczas najbardziej skrajnych mrozów. Taki dobór nie byłby jednak właściwy, ponieważ w polskich warunkach klimatycznych temperatury rzędu -20℃ pojawiają się zwykle podczas kilku dni w roku, a niekiedy wcale. Tymczasem sezon grzewczy trwa ponad 200 dni i jego średnia temperatura to przedział od +4 do +6℃.

Jak zwiększyć wydajność pompy ciepła? Pompy ciepła typu powietrze-woda posiadają sprężarki o płynnej modulacji mocy, którą zapewnia falownik – inwerter. Każda modulacja ma jednak pewien ograniczony zakres, który może nie odpowiadać niskim potrzebom cieplnym budynku, np. podczas temperatur powyżej 0℃. Zastosowanie pompy ciepła o mocy pozwalającej na pokrycie projektowego obciążenia cieplnego budynku skutkuje jej niekorzystnymi, krótkimi cyklami pracy, a także wysokimi nakładami inwestycyjnymi. W przypadku kotłów gazowych różnica cenowa między modelem o mocy 18 a 26 kW jest zwykle niewielka, w przeciwieństwie do pomp ciepła, gdzie różnica cenowa między pompą o mocy 7 a 10 kW może być już poważna. Zwykle ma to związek ze znacząco inną budową urządzenia – większym parownikiem, zastosowaniem sprężarki trzyfazowej zamiast jednofazowej czy dwóch wentylatorów zamiast jednego.

Z tego powodu pompy ciepła typu powietrze-woda dobiera się w taki sposób, aby przy pewnej temp. zewnętrznej ich praca była wspomagana dodatkowym, szczytowym źródłem energii, np. grzałką elektryczną lub kotłem gazowym. Oznacza to dobór pompy o mocy mniejszej niż zapotrzebowanie budynku na moc w temp. -20℃. Punkt, w którym nastąpi równoległa praca dodatkowego urządzenia grzewczego to tzw. punkt biwalentny, który dla III strefy klimatycznej w Polsce powinien przypadać na temp. zewnętrzne rzędu -8 do -10℃. Dzięki temu w skali roku pompa ciepła samodzielnie pokryje zapotrzebowanie na moc grzewczą na poziomie większym niż 96%.

Najlepsze pompy ciepła – wydajność i nie tylko – czym powinny się cechować?

Moc oraz współczynnik wydajności pompy ciepła spada wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej. Taki spadek może przebiegać szybko i na wykresie przybierać kształt stromej równi pochyłej. Nie świadczy to wtedy dobrze o możliwościach pompy ciepła. Szczególnie wtedy, gdy jej moc podawana jest przez producenta dla wysokich temperatur zewnętrznych, np. +7℃. Taka informacja nie dostarczy potencjalnemu nabywcy wiedzy dotyczącej tego, jakie cechy ma pompa w warunkach znacznie niższych temperatur. Im bardziej łagodny jest wykres spadku mocy pompy ciepła, tym optymalniej dopasuje się ona do potrzeb budynku, a sam proces doboru staje się znacznie bardziej transparentny. Więcej informacji o możliwościach pompy ciepła dostarcza również uwzględnianie w nazewnictwie danego modelu mocy odnoszącej się do niższych temp. zewnętrznych np. -7℃.

Kolejną kwestią, na którą warto zwrócić uwagę, jest możliwa do osiągnięcia przez pompę temperatura zasilania. W niektórych przypadkach może się okazać, że dany model pompy nie jest w stanie osiągnąć takiej temperatury zasilania układu centralnego ogrzewania, jaka jest wymagana w danej instalacji. Tzw. pompy wysokotemperaturowe zalecane są w instalacjach grzejnikowych, szczególnie starszej daty, gdzie wymagana jest wysoka temperatura wody grzewczej. Przykładowo, pompa ciepła aroTHERM Plus marki Vaillant, dzięki zastosowaniu ekologicznego czynnika chłodniczego R290 jest w stanie zapewnić temperaturę od 55℃ aż do -20℃ temperatury zewnętrznej, a 65℃ do -13℃. Warto w tym jednak miejscu zwrócić uwagę, że praca z wysokimi temperaturami zasilania zawsze jest niekorzystna dla domowych finansów, ze względu na niższą sprawność urządzenia. Warto zainwestować w obniżenie temperatury zasilania instalacji (zastosowanie większych grzejników, termoizolacja budynku) i dzięki temu ponosić mniejsze koszty zakupu energii elektrycznej. Wzrost temperatury zasilania o 1℃ oznacza wzrost kosztów o około 2%, dlatego liczy się każda zmiana. W nowych domach warto natomiast całkowicie zrezygnować z grzejników na rzecz płaszczyznowego ogrzewania niskotemperaturowego.

Technologia pomp ciepła skutecznie sprawdza się w warunkach zimowych i pozwala na komfortowe ogrzanie domu bez zwracania uwagi na warunki zewnętrzne. Nieprawdziwe opinie, jakoby urządzenia te sprawdzały się wyłącznie w klimacie ciepłym, są najprawdopodobniej pokłosiem skrajnie rażących błędów doborowych, które na szczęście wraz z rozwojem rynku pomp ciepła i nabieraniem doświadczenia wśród specjalistów, zdarzają się już coraz rzadziej.