Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

Czy pompa ciepła powietrze/woda korzysta w warunkach polskich z energii odnawialnej?

Does the air-water heat pump in Polish conditions use renewable energy?
Fot. Dimplex

Pompy ciepła powietrze/woda bazują na najtańszym i najłatwiejszym do pozyskania źródle ciepła. Biorąc pod uwagę koszty wykonania instalacji, wypadają dużo korzystniej niż np. gruntowe pompy ciepła. Jednak czy takie urządzenia pracujące w Polsce mogą zgodnie z przepisami UE zostać zaklasyfikowane jako wykorzystujące energię z zasobów odnawialnych?

Pompa ciepła powietrze/woda jest urządzeniem umożliwiającym konwersję energii z powietrza zewnętrznego (energii aerotermalnej) i wykorzystanie jej do ogrzewania lub chłodzenia budynku. Proces ten realizowany jest za pośrednictwem trzech obiegów: obiegu czynnika dolnego źródła, w którym energia cieplna pozyskiwana jest z otoczenia i transportowana do pompy ciepła; obiegu czynnika chłodniczego, gdzie pompa zwiększa temperaturę pozyskanego ciepła; obiegu czynnika grzewczego rozprowadzającego ciepło po budynku.

Powietrze zewnętrzne zasysane jest przez wentylator do parownika pompy ciepła, gdzie oddaje energię cieplną do czynnika chłodniczego – powoduje to obniżenie temperatury powietrza. Zimne powietrze zostaje usunięte z pompy. Czynnik chłodniczy – gaz (najczęściej R404A, R407C, R410A) – krąży w obiegu zamkniętym, również przepływając przez parownik.

Czynnik chłodniczy odznacza się bardzo niską temperaturą wrzenia, odbierając energię cieplną z powietrza, zaczyna wrzeć.

Gaz, który powstaje podczas wrzenia, kierowany jest do sprężarki zasilanej energią elektryczną. W wyniku sprężania gazu rośnie ciśnienie, a wraz z nim znacznie wzrasta temperatura gazu (np. z 5 do ok. 70–80°C). Ze sprężarki gaz jest wtłaczany do wymiennika ciepła (skraplacza), gdzie oddaje energię cieplną do systemu grzewczego, po czym ulega schłodzeniu i się skrapla.

Ponieważ ciśnienie jest nadal wysokie, czynnik chłodniczy zostaje przetłoczony przez zawór rozprężny, gdzie dochodzi do spadku ciśnienia i powrotu czynnika do temperatury pierwotnej.

W tym czasie w obiegu czynnika grzewczego energia cieplna wytwarzana przez czynnik chłodniczy w skraplaczu jest odbierana przez wodę w systemie grzewczym (czynnik grzewczy). Zostaje ona podgrzana w celu uzyskania wymaganej temperatury zasilania (tabela 1).

Czynnik grzewczy krąży w obiegu zamkniętym i przenosi energię cieplną podgrzanej wody do ogrzewacza c.w.u. i systemu ogrzewania budynku (np. grzejniki, ogrzewanie podłogowe czy klimakonwektory)  [11].

Sprawność pompy ciepła w znacznym stopniu zależy od różnicy temperatury pomiędzy dolnym źródłem ciepła a odbiornikiem ciepła.

W przypadku pomp powietrznych obniżenie temperatury w sezonie grzewczym wpływa na obniżenie średniej sprawności tego typu urządzeń w ciągu roku.

Przy określonej temperaturze otoczenia, w której koszty jednostkowe pozyskanego ciepła będą wyższe niż referencyjnego rozwiązania (np. kotła gazowego), zastosowanie pompy ciepła może się okazać nieopłacalne ekonomicznie. Temperatura ta wynosi ok. 0°C dla tradycyjnych rozwiązań z pompą ciepła typu powietrze/woda lub ok. –10°C dla bardziej zaawansowanych konstrukcji, wykorzystujących sprężarki z możliwością bezpośredniego wtrysku par czynnika oraz ekonomizer (urządzenie służące do monitorowania zużycia czynnika roboczego) [13].

 

 

Sprawność powietrznych pomp ciepła określa się podobnie jak dla wszystkich innych pomp, wyznaczając współczynnik COP (Coefficient of Performance). Współczynnik ten opisuje stosunek wydajności grzewczej uzyskiwanej w skraplaczu Fg do mocy elektrycznej pobieranej przez silnik sprężarki oraz inne urządzenia niezbędne do jego pracy Pel [15], czyli stosunek użytecznej mocy cieplnej do pobranej elektrycznej mocy napędowej.

Współczynnik efektywności wyznaczany jest w ustalonych, laboratoryjnych warunkach pracy na podstawie normy PN-EN 14511 [8].

Ponieważ współczynnik ten odzwierciedla jedynie stan chwilowy w ściśle określonych warunkach, uzupełnia się go, podając sezonowy współczynnik efektywności energetycznej SPF (Seasonal Performance Factor), który w większym stopniu może pokazać rzeczywistą wydajność pracy pompy ciepła [11].

Ponieważ odnotowujemy obecnie znaczny wzrost sprzedaży pomp typu powietrze/woda na terenie Polski (rys. 1), zagadnienie to  można uznać za istotne.

Wymagany poziom SPF

Sezonowy współczynnik wydajności grzejnej SPF to podstawowa wielkość używana w analizach efektywności energetycznej pomp ciepła. Współczynnik ten jest określany również jako sezonowy współczynnik efektywności energetycznej SCOP (Seasonal Coefficient of Performance), a w literaturze niemieckiej jako JAZ (Jahresarbeitszahl).  

SPF definiowany jest zazwyczaj jako stosunek ilości użytecznego ciepła wytworzonego przez pompę do ilości zużytej energii elektrycznej [1]. W praktyce współczynnik ten określa efektywność energetyczną podczas eksploatacji pompy ciepła w konkretnej instalacji w czasie zmiennych warunków temperaturowych sezonu grzewczego [2].

Na warunki te składają się takie czynniki, jak obliczeniowa temperatura zewnętrzna, długość trwania sezonu grzewczego, liczba stopniodni ogrzewania oraz charakterystyka cieplna budynku (izolacyjność przegród, wielkość zysków ciepła itd.) [1].

Istotne znaczenie dla rozwoju rynku pomp ciepła w Polsce ma prawo Unii Europejskiej, a szczególnie dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady Europy [9].

Zgodnie z dyrektywą 2009/28/WE dotyczącą promowania odnawialnych źródeł energii wartość SPF definiuje się jako udział energii ze źródeł odnawialnych przekazywanej do instalacji grzewczej. Stan obecny, na podstawie decyzji KE 2013/114/UE z 1.03.2013 r. [10], przedstawiono na rys. 2.

Zgodnie z tą decyzją udział energii odnawialnej przekazywanej przez sprężarkowe pompy ciepła do instalacji grzewczej powinien sięgać od 60 do ponad 80%.

Dane dotyczące wymaganej wartości współczynnika SPF dla pomp ciepła powietrze/woda można znaleźć w kilku źródłach. Według wspomnianej już dyrektywy 2009/28/WE wartości współczynnika wydajności podaje się z uwzględnieniem warunków klimatycznych dzielących terytorium UE na trzy strefy (rys. 3).

Definicja jest zgodna z rozporządzeniem delegowanym Komisji w sprawie etykietowania energetycznego urządzeń grzewczych, gdzie „warunki klimatu umiarkowanego”, „warunki klimatu chłodnego” i „warunki klimatu ciepłego” oznaczają warunki temperaturowe właściwe odpowiednio dla następujących europejskich miast: Strasburga, Helsinek i Aten [2].

Terytorium Polski zostało zakwalifikowane do strefy klimatu chłodnego. Charakterystyczne dla naszego klimatu są krótkie okresy występowania ekstremalnie niskich i wysokich temperatur powietrza zewnętrznego. Wszelkie obliczenia zapotrzebowania na ciepło budynku są dokonywane dla niekorzystnych warunków, które mogą wystąpić w obiekcie podczas pracy systemu grzewczego.

W zależności od strefy klimatycznej przyjmowane są obliczeniowe temperatury powietrza zewnętrznego, dla których dokonuje się szczegółowych obliczeń strat ciepła budynku [16].

Wydajność systemu opartego na pompie ciepła powietrze/woda maleje wraz z obniżającą się temperaturą źródła dolnego (powietrza), w przeciwieństwie do potrzeb grzewczych budynku [15]. Powoduje to konieczność wymiarowania urządzeń na szczególnie niekorzystne warunki pracy, podczas gdy pracują one przez dłuższy okres z niepełną mocą cieplną i chłodniczą [14].

W załączniku VII do dyrektywy 2009/28/WE przedstawiono podstawową metodykę obliczania ilości energii odnawialnej dostarczonej przez pompę ciepła. Znajdują się tam wartości domyślne dla HHP (równoważne godziny pracy pompy ciepła z pełnym obciążeniem) i SPF dla elektrycznych sprężarkowych pomp ciepła.

Wartości podane w tabeli 2 są typowe dla segmentu pomp ciepła o SPF powyżej minimalnej wartości progowej, co oznacza, że pompy ciepła o SPF < 2,5 nie były brane pod uwagę przy ich ustalaniu.

Dla porównania w materiałach EHPA (European Heat Pump Association) możemy znaleźć informację dotyczącą średniej wartości współczynnika SPF występującego w instalacjach nowo powstałych i modernizowanych budynków znajdujących się na terenie UE (tabela 3).

Czytaj dalej: Wartość sezonowego współczynnika efektywności energetycznej w warunkach polskich >>

   13.02.2015
Tagi: 
energia | 
pompy ciepła

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Czy już znasz, idealne narzędzie dla projektantów sieci wod - kan » Co sprawi, że rozwiążesz problemy pomiarowe wentylacji »
aplkacja wod-kan pomiar termowizyjny
czytam więcej » spróbuj już dziś »

 


Klimatyzacja bez przeciągów - jak to możliwe »

 klimatyzator

 



Na czym polega renowacja kanalizacji bez kucia ścian » Jakich zabezpieczeń wentylacyjnych potrzebujesz »
renowacja kanalizacji
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Czy klimatyzacja jest zdrowa »

wentylacja

 



Poznaj zalety pomp nowej generacji » 5 powodów, dla których warto zainwestować w pompę ciepła »
pompy woda powietrze pompy ciepła
czytam więcej » czytam więcej »

 


Polecamy sprawdzone metody na pomiar spalin w zamkniętym pomieszczeniu »

pomiar spalin

 



Jakie produkty pomogą ci w walce o czyste powietrze » Serwis pompy ciepła bez problemów - jak to zrobić »
program czyste powietrze serwis pompy ciepła
czytam więcej » czytam więcej »

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
7-8/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 7-8/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - WT 2021 dla budynków wielorodzinnych
  • - Klimakonwektory, belki i sufity chłodzące
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl