Rosnące zanieczyszczenie powietrza i coraz wyższe ceny powodują, że więcej osób szuka alternatywnego rozwiązania dla klasycznego ogrzewania. Zainteresowaniem cieszą się pompy ciepła, zwłaszcza w połączeniu z zasilającą je fotowoltaiką. Czy jednak pompa ciepła przy dużych mrozach będzie wystarczająco efektywnym rozwiązaniem? Jak prezentuje się sprawność pompy ciepła w zimie?
Jak pracuje pompa ciepła?
Zasada działania pompy ciepła wygląda następująco:
- Urządzenie odbiera energię z otoczenia (tzw. źródła dolnego) i przekazuje ją do czynnika grzewczego, który pod wpływem ciepła zaczyna parować.
- Para trafia na sprężarkę, która powoduje podniesienie jej temperatury, a następnie zwiększenie ciśnienia i skroplenie czynnika.
- Wysoka temperatura jest oddawana do wewnętrznego obiegu grzewczego w budynku (tzw. źródło górne).
- Na ostatnim etapie następuje obniżenie ciśnienia i zamknięcie całego cyklu, który zaczyna się od nowa.
Każda pompa ciepła działa na dokładnie takiej samej zasadzie. Jej zadaniem jest przeniesienie temperatury z ośrodka zewnętrznego (powietrza, ziemi lub wody) do instalacji domowej. W ten sposób można podgrzać ciepłą wodę użytkową, jak i zadbać o ogrzewanie w grzejnikach.
Obieg chłodniczy składa się z kilku elementów, które pracują niezależnie od temperatury panującej na zewnątrz. Są to:
- sprężarka,
- parownik,
- skraplacz,
- zawór rozprężny.
Pompa ciepła ma za zadanie utrzymać odpowiednią temperaturę ustawioną na programatorze stanowiącym część instalacji.
Dlaczego właściwie zakup pompy ciepła się opłaca?
Główną zaletą pompy ciepła jest to, że do pracy wykorzystuje wyłącznie energię elektryczną. Dystrybutorzy zwykle mają w sprzedaży urządzenia o zróżnicowanym parametrze COP (ang. Coefficient of Performance) oraz SCOP (ang. Seasonal Coefficient of Performance).
- Pierwsza wartość określa ilość energii cieplnej możliwej do wyprodukowania z jednej kilowatogodziny. Im jest wyższa, tym więcej ciepła wygeneruje urządzenie przy tym samym zapotrzebowaniu na prąd.
- Z kolei SCOP to wartość uśredniona, która pozwala na szybką ocenę wydajności pompy ciepła o każdej porze roku, w tym zimą.
Oceniając wydajność pompy, należy zweryfikować, czy producent odnosi się do najnowszej normy PN. Aktualnie jest to PN-EN 14511-1:2023-02.
Oczywiście COP (i SCOP) to nie wszystko. Na pracę pompy ciepła wpływ ma również wydajność sprężarki. Odpowiada ona m.in. za wzrost ciśnienia czynnika chłodniczego. Jeżeli będzie za mała, może się okazać, że pompa ciepła obciążona niskimi temperaturami będzie pracowała ze zmniejszoną efektywnością.
Jak wygląda sprawność pompy ciepła w zależności od temperatury?
Warto zdawać sobie sprawę, że pompa ciepła pracuje optymalnie w określonych granicach temperaturowych. Im niższa będzie temperatura źródła ciepła (woda, powietrze lub grunt), tym więcej energii elektrycznej pobierze sama pompa. Wynika to stąd, że ciężej muszą pracować podzespoły urządzenia, aby doprowadzić temperaturę do pożądanego poziomu.
Przyjmuje się, że dobrej jakości pompa ciepła powinna działać nawet przy temperaturze sięgającej -30⁰C, choć jej wydajność nie będzie wtedy stuprocentowa. Najgorzej pod tym względem prezentują się powietrzne pompy ciepła, które przy -25⁰C pracują z wydajnością sięgającą niespełna 60%.
Jednocześnie nie sposób zaprzeczyć, że z roku na rok zjawisko ocieplenia klimatu staje się coraz bardziej widoczne. Zimy, w które mrozy sięgały -30⁰C, praktycznie się już nie zdarzają. Bywają okresy, kiedy termometr nie pokazuje mniej niż dwadzieścia kresek na minusie nawet przez jeden dzień w roku. W rezultacie pompy ciepła nie są aż tak silnie obciążone i mogą mniejszym kosztem pracować z zadowalającą wydajnością.
Jaki rodzaj pompy ciepła zimą sprawdza się najlepiej?
W praktyce stosuje się kilka rodzajów pomp ciepła, z uwzględnieniem ośrodka, z którego urządzenie czerpie energię termiczną.
Wyróżnia się pompy ciepła gruntowe, powietrzne, wodne i hybrydowe.
Różnica między nimi nie sprowadza się wyłącznie do pobierania energii termicznej z odmiennego dolnego źródła ciepła. W zależności od wykorzystanej technologii instalacja będzie lepiej lub gorzej sprawdzała się w okresie niskich temperatur.
Specjaliści zajmujący się instalacją i doradztwem w zakresie OZE wskazują, że sprawność pompy ciepła powietrze-powietrze przy niskich temperaturach jest znacznie niższa niż np. efektywność pomp wodnych lub gruntowych, które wyróżniają się wyższą odpornością na wahania temperatur.
Pompa powietrzna jest wprawdzie najtańszym rozwiązaniem, jeżeli chodzi o montaż, ale niestety niewystarczającym, kiedy temperatury zaczynają spadać. Dlatego wielu instalatorów zaleca, aby decydując się na powietrzną technologię, wybrać model, który pokrywa 70–80% zapotrzebowania na ciepło, a pozostałe 20–30% pokryć z innego urządzenia. W przypadku technologii gruntowej lub wodnej nie ma takiej konieczności.
Gruntowa pompa ciepła zimą. Jak to działa?
Gruntowa pompa ciepła wykorzystuje poziome lub pionowe wymienniki wykonane z tworzywa sztucznego i wypełnione najczęściej glikolem lub alkoholem. Dobór wymienników zależy m.in. od wymiarów i kształtu działki oraz rodzaju gleby.
- Instalacja pozioma może być położona płycej, nie wymaga wykonywania bardzo głębokich prac ziemnych, ale ze względu na potrzebną przestrzeń nie zawsze jej montaż będzie możliwy. Zaletą poziomych wymienników jest to, że prace wykonuje się na głębokości około 1,5 metra,i część robót można przeprowadzić nawet samodzielnie.
- Z kolei wymienniki pionowe sprawdzą się nawet na bardzo małej połaci gruntu, ale aby je zamontować, trzeba wykonać głębsze wykopy sięgające 100 metrów w głąb ziemi. Na pionowe wymienniki ciepła wymagane jest pozwolenie administracyjne, a niekiedy pojedynczy odwiert nie wystarcza i trzeba wykonać ich kilka, co wpływa na wzrost ceny.
Niezależnie od rodzaju wymienników zasada działania urządzenia jest taka sama – czynnik pobiera ciepło z gruntu i przekazuje ją „wyżej”, aby ostatecznie wygenerować ciepło w systemie grzewczym domu.
Ważne jest, by kolektory montować około 0,5 metra poniżej linii zamarzania. Zapobiega to awariom instalacji w razie nagłego spadku temperatury i zapewnia wysoką sprawność pompy przez cały rok.
Na czym polega wodna pompa ciepła?
O ile gruntowa pompa ciepła wykorzystuje gruntowe kolektory do pobierania ciepła, o tyle urządzenie w technologii wodnej pobiera energię termiczną zgromadzoną w podziemnych zbiornikach wód gruntowych. Ich temperatura utrzymuje się na zbliżonym poziomie przez cały rok, niezależnie od warunków temperaturowych panujących w otoczeniu.
- Zaletą tego rozwiązania jest wysoka wydajność przy jednocześnie niskich kosztach eksploatacji, a także stabilność całego systemu z uwagi na niewielkie wahania temperatury wód gruntowych.
- Wadą wodnej pompy ciepła jest przede wszystkim dosyć wysoka cena instalacji oraz zakupu poszczególnych jej komponentów. O ile pompa ciepła gruntowa kosztuje około 70–100 tysięcy złotych dla domu o powierzchni do 150 m2, o tyle w przypadku technologii wodnej ceny mogą być wyższe nawet o połowę i więcej.
Niestety nie każdy inwestor będzie mógł z takiego rozwiązania skorzystać. Niezbędnym warunkiem jest dostęp do wystarczającej ilości wód gruntowych o określonej czystości. W przeciwnym razie może pojawić się potrzeba regularnego czyszczenia urządzenia.
Wodne pompy ciepła wyróżniają się stosunkowo wysokim COP w porównaniu do innych technologii. Oznacza to, że energia termiczna jest pozyskiwana „niższym” kosztem.
Czy pompa ciepła powinna chodzić cały czas?
Pompy ciepła stanowią jeden z elementów systemu grzewczego domu. Teoretycznie instalacja mogłaby pracować cały czas, ale nigdy nie jest to zalecane rozwiązanie.
Przyjmuje się, że prawidłowo dobrana pompa ciepła powinna włączać się 2–3 razy w ciągu doby. Jeżeli uruchamia się zbyt często lub – co gorsza – pracuje bez ustanku, świadczy to o niewłaściwym doborze rozwiązania. Zbyt mała moc pompy doprowadzi do tego, że sprężarka zużyje się szybciej, a użytkownik więcej zapłaci za prąd, a przecież nie o to chodzi w technologiach OZE. Przyjmuje się jednak, że prawidłowo dobrane urządzenie powinno pracować około 2 tysięcy godzin w ciągu roku.
Na to, jak często będzie włączała się pompa ciepła, ma wpływ szereg czynników, w tym preferencje domowników. Im wyższą temperaturę będą chcieli uzyskać, tym większa musi być moc pompy i tym częściej będzie się ona uruchamiała.
Częstsze włączanie się urządzenia występuje też w mroźne dni, jeżeli jej moc jest zbyt mała, aby ogrzać pomieszczenia. W ten sposób więcej ciepła zostanie pobrane ze źródła dolnego.
Nieprawidłowo skalibrowana pompa ciepła może nawet nie być w stanie ogrzać domu do zadanej temperatury i konieczny będzie montaż dodatkowego źródła energii termicznej, np. kotła.
Czy pompa ciepła ogrzeje dom zimą?
Wbrew powtarzanym opiniom pompa ciepła to technologia, która gwarantuje ogrzewanie pomieszczeń zimą i chłodzenie ich latem, niezależnie od pogody. Decydując się na takie rozwiązanie, należy jednak pamiętać, że – w zależności od wybranej technologii – jego efektywność może być różna.
Samodzielny dobór parametrów pompy nie jest dobrym pomysłem. Ostatecznie może się okazać, że inwestor przeznaczy kilkadziesiąt tysięcy złotych na technologię, która i tak okaże się niewystarczająco efektywna i konieczna będzie jej rozbudowa lub uzupełnienie o inną infrastrukturę grzewczą. Dlatego jeśli rozważasz montaż własnego urządzenia, skontaktuj się z nami, abyśmy mogli Ci doradzić.
