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

Jak powstaje etykieta energetyczna pompy ciepła

Estimation of the energy efficiency of heat pumps in practice
Rys. 1. Wzory etykiet energetycznych dla pomp ciepła realizujących funkcję ogrzewania (po lewej) lub ogrzewania i przygotowania c.w.u. (po prawej)
Rys. 1. Wzory etykiet energetycznych dla pomp ciepła realizujących funkcję ogrzewania (po lewej) lub ogrzewania i przygotowania c.w.u. (po prawej)
Rys. archiwa autorów (K. Piechurski, E. Stefanowicz, M. Szulgowska-Zgrzywa)

Efektywność energetyczna pomp ciepła zależy od bardzo wielu czynników. Choć teoretycznie dzięki zastosowaniu etykiet energetycznych porównanie poszczególnych urządzeń jest możliwe, w praktyce – z uwagi na brak ścisłych wytycznych odnośnie do przyjmowania punktu biwalentnego układu na potrzeby sporządzania etykiet – rozbieżności w wynikach mogą być bardzo duże. Dla zapewnienia korzystnej klasy energetycznej (równie wysokiej jak na etykiecie) niezbędna jest indywidualna analiza współpracy pompy ciepła z budynkiem w danej lokalizacji. Pomocna w tym może być norma PN-EN 14825, która podaje kompletne wytyczne umożliwiające oszacowanie SCOP instalacji.

***

Etykiety energetyczne urządzeń elektrycznych są stosowane od lat i stanowią dobry materiał porównawczy przy decyzji o zakupie. Od 26 września 2015 r. obowiązkowi wyznaczenia klasy energetycznej zaczęły podlegać również pompy ciepła. Wymagania w tym zakresie regulują:
  • dyrektywa w sprawie wskazywania zużycia energii przez etykietowanie 2010/30/UE [1]
    oraz
  • rozporządzenia 811/2013 [2] i 812/2013 [3] precyzujące wygląd i sposób wyznaczania etykiet energetycznych dla różnego rodzaju urządzeń grzewczych.

Choć ich wygląd jest pozornie znajomy, w przypadku pomp ciepła wprowadzone zostały dodatkowe informacje dotyczące warunków pracy urządzenia, dla których wyznaczono klasę efektywności energetycznej (rys. 1 - patrz: zdjęcie przy tytule niniejszej publikacji). Jest to przede wszystkim założone obciążenie cieplne budynku oraz temperatura zasilania instalacji dla dwóch podstawowych rodzajów ogrzewania – płaszczyznowego (35°C) oraz grzejników niskotemperaturowych (55°C).

Temperatura zasilania znacząco wpływa na efektywność pracy pomp ciepła, dlatego klasy energetyczne wyznaczane są dla każdej z nich oddzielnie. Ponadto jeżeli urządzenie oprócz ogrzewania realizuje również funkcję przygotowania ciepłej wody użytkowej, na etykiecie znajdzie się informacja o klasie energetycznej dla przyjętego profilu zużycia c.w.u. Opisane jest to stosownym piktogramem wraz z literą oznaczającą założony zgodnie z rozporządzeniem [2] profil obciążenia (3XS–XXL).

Poniżej znajdziemy również informacje dotyczące poziomu mocy akustycznej pracy jednostki wewnętrznej oraz zewnętrznej urządzenia (jeżeli występują).

Najważniejszą informacją jest jednak oczywiście klasa sezonowej efektywności energetycznej urządzenia. Dla urządzeń grzewczych może ona przyjąć wartości od G do A++ dla funkcji ogrzewania pomieszczeń oraz od G do A dla przygotowania c.w.u.

Skala zmieni się od roku 2019, kiedy pomniejszy się o trzy najgorsze klasy (E, F, G), lecz rozszerzy o dodatkową A+++. Żeby zrozumieć, o czym w rzeczywistości świadczy podana na etykiecie klasa efektywności energetycznej urządzenia i jak przełoży się na rzeczywisty pobór energii w budynku w trakcie sezonu grzewczego, warto poznać proces jej wyznaczania.

Jak powstaje etykieta energetyczna pompy ciepła

Podstawową wartością służącą do wyznaczenia klasy energetycznej pomp ciepła jest SCOP, czyli średnioroczny sezonowy wskaźnik efektywności energetycznej.

W przeciwieństwie do wartości COP (współczynnik efektywności energetycznej) podanej w katalogu urządzenia dla konkretnego punktu pracy (temperatury dolnego i górnego źródła), wskaźnik ten uwzględnia różne warunki pracy pompy ciepła na przestrzeni roku.

Wraz ze zmianą temperatur zewnętrznych zmianie ulega również obciążenie cieplne budynku oraz temperatura zasilania instalacji c.o.

Ponadto dla pomp ciepła powietrze/woda zmieniać się będzie również temperatura dolnego źródła (powietrza zewnętrznego), a dla pomp ciepła solanka/woda temperatura glikolu, choć dla tych pomp dla uproszczenia często przyjmuje się stałą temperaturę solanki na poziomie 0°C.

Czynniki te wymuszają konieczność kontroli wydajności cieplnej urządzenia, co w zależności od sposobu jej regulacji (inwerter częstotliwości pracy sprężarki lub praca cykliczna on/off) w różny sposób wpływa na pogorszenie efektywności energetycznej.

Metoda szacowania wpływu wszystkich tych parametrów na SCOP przedstawiona jest w normie PN-EN 14825 [4]. Wytyczne te szczegółowo opisują proces testowania urządzenia przez producenta w celu wyznaczenia SCOP i w efekcie określenia jego klasy energetycznej.

Podstawową różnicą w stosunku do testów przeprowadzanych w celu sporządzenia katalogowej charakterystyki pompy ciepła (zgodnie z normą PN-EN 14511 [5]) jest uwzględnienie zmiennego w czasie zapotrzebowania budynku na energię. Podkreślić należy, że widoczna na etykiecie klasa energetyczna odnosi się jedynie do podanej wartości obliczeniowego obciążenia cieplnego budynku w danej strefie klimatycznej.

Norma wprowadza podział Europy na trzy strefy klimatyczne o zróżnicowanych temperaturach obliczeniowych. Podział ten szczegółowo zaprezentowano w „Rynku Instalacyjnym” nr 6/2016 [6] i jest on również symbolicznie przedstawiony na każdej etykiecie energetycznej urządzeń.

Obowiązkowe dla producentów jest wyznaczenie klasy energetycznej każdej pompy ciepła wprowadzanej do sprzedaży w Europie w oparciu o dane klimatyczne dla strefy umiarkowanej (A). Dobrowolne natomiast są obliczenia dla pozostałych stref klimatycznych – ciepłej (W) oraz chłodnej (C). Obszar Polski zakwalifikowany został do klimatu chłodnego. Procedurę wyznaczania klasy energetycznej rozpoczyna się od przyjęcia punktu biwalentnego. Temperatura ta według normy [4] powinna wynosić:

  • dla klimatu chłodnego (C): –7°C lub mniej,
  • dla klimatu umiarkowanego (A): 2°C lub mniej,
  • dla klimatu ciepłego (W): 7°C lub mniej.

Możliwy jest więc bardzo szeroki zakres przyjęcia tego parametru przez producentów.

Należy podkreślić, że szczególnie w przypadku pomp ciepła wykorzystujących powietrze jako dolne źródło ciepła staranny dobór temperatury punktu biwalentnego jest kluczowy dla efektywności energetycznej urządzenia. Okazuje się jednak, że wartość ta jest odmiennie ustalana przez producentów i może prowadzić do znacznych różnic w wynikach testów oraz dalszych obliczeń. Proces obliczeń prowadzących do wyznaczenia wartości SCOPon, oznaczającej sezonową efektywność urządzenia w aktywnym trybie grzewczym, oraz wpływ przyjmowanych do analizy danych klimatycznych przedstawiono w artykułach [6 i 7]. Podstawą obliczeń są:

  • temperatura zewnętrzna (Tj),
  • liczba godzin występowania temperatury zewnętrznej (hj)
  • oraz moc grzewcza budynku [Ph(Tj)] odpowiadająca współczynnikowi obciążenia względnego (PLR).

W trakcie testów określana jest wartość współczynnika efektywności energetycznej (COP) oraz moc pompy ciepła [Pd(Tj)]. Procedura obliczeń opisuje sposób wyznaczenia COPbin(Tj) w zależności od wartości Cru (chwilowy udział mocy budynku do mocy pompy ciepła) oraz współczynnika redukcji mocy grzewczej CC (zalecanego przez normę jako 0,9) i dalej energii dostarczonej do grzałki elektrycznej [elbu(Tj)], energii elektrycznej do zasilenia pompy ciepła (QEL) i energii cieplnej dla budynku (Qh).

W dalszej części artykułu zamieszczono przykład obrazujący obliczenie etykiety energetycznej dla przykładowej pompy ciepła powietrze/woda. Do wyznaczenia klasy efektywności energetycznej urządzenia stosowana jest wartość SCOP, która oprócz pracy w trybie grzewczym (SCOPon) uwzględnia również okresowe występowanie innych stanów pracy zgodnie z równaniem:

(1)

Do obliczeń konieczne jest określenie liczby godzin pracy (Hx) urządzenia w danym trybie x (możliwe jest również przyjęcie wartości zestawionych w aneksie D do dokumentu) oraz pobieranej podczas takiej pracy energii (Px). Tryby pracy urządzenia to:

  • PTO/HTO – tryb termostat off (kiedy osiągnęła temperaturę i nie pracuje sprężarka, ale pracuje pompa obiegowa i elektronika),
  • PSB/HSB – tryb stand-by – uśpienie, elektronika i próbkowanie,
  • PCK/HCK – tryb pracy grzałki karteru sprężarki (wygrzanie oleju i freonu w sprężarce),
  • POFF/HOFF – tryb off – pompa wyłączona (przyciskiem) [4].

W zakres pomiarów przeprowadzanych w celu sporządzenia etykiety energetycznej wchodzi więc również wyznaczenie mocy urządzenia w każdym z opisanych trybów. Dane te są zawarte w szczegółowym formularzu z wynikami testu, który w praktyce często nie jest powszechnie udostępniany przez producentów urządzeń.

Finalnie klasa efektywności energetycznej ogrzewania pomieszczeń dla sprężarkowych pomp ciepła wynika z wartości współczynnika sezonowej efektywności energetycznej (hs) wyrażonego w procentach. Określana jest ona jako stosunek SCOP do tzw. współczynnika konwersji (CC) dla energii elektrycznej. Średnia europejska wartość tego współczynnika wynosi 2,5 i określa oszacowaną na 40% przeciętną efektywność produkcji energii w UE.

Tabela 1. Klasy sezonowej efektywności energetycznej ogrzewania pomieszczeń m.in. dla pomp ciepła [3]
Tabela 1. Klasy sezonowej efektywności energetycznej ogrzewania pomieszczeń m.in. dla pomp ciepła [3]

  (2)

W przypadku pomp ciepła wartość ta powinna być skorygowana o wpływ czynników obejmujących regulację temperatury (zwykle do –3%) oraz w przypadku pomp ciepła woda/woda i solanka/woda – zużycie energii elektrycznej przez co najmniej jedną pompę dolnego źródła (zwykle do –5%).

Klasa sezonowej efektywności energetycznej jest nadawana na podstawie zakresów hs przedstawionych w tab. 1 z uwzględnieniem podziału na ogrzewanie:

  • średniotemperaturowe (55/47°C)
  • i niskotemperaturowe (35/30°C).

Podobne obliczenia przeprowadza się dla pracy urządzenia na cele przygotowania c.w.u., a przedziały efektywności energetycznej dla poszczególnych klas energetycznych związane są dodatkowo z przyjętym profilem obciążeń.

Przykład obliczeń etykiety energetycznej pompy ciepła typu powietrze/woda

Założenia przyjęte do testów pompy ciepła na potrzeby sporządzenia etykiety energetycznej urządzenia:

  • strefa umiarkowana,
  • krzywa grzewcza 55/47°C,
  • obciążenie cieplne budynku 7 kW (temperatura w punkcie biwalentnym –4,5°C).

Współczynnik redukcji Cc do obliczenia COPbin(T­j) zadeklarowany przez producenta wynosi 0,97.

Metodę obliczeniową wraz ze wzorami szczegółowo opisano w artykule [6].

Wyniki obliczenia SCOPon do przygotowania etykiety urządzenia przedstawiono w tab. 2.

Tabela 2. Obliczenia SCOP<sub>on</sub> na potrzeby opracowania etykiety przykładowej pompy ciepła powietrze/woda
Tabela 2. Obliczenia SCOPon na potrzeby opracowania etykiety przykładowej pompy ciepła powietrze/woda

Pomiary Pd(Tj) i COP wykonano w punktach temperatury zewnętrznej (Tj): –10, –7, –4,5, 2, 7, 12°C. Zmianę wartości Pd(Tj) oraz COPbin(Tj) w zakresie analizowanych temperatur zewnętrznych pokazano na rys. 2. Pozostałe punkty w tabeli wynikają z interpolacji pomiędzy punktami pomiarowymi.

Rys. 2. Obciążenie cieplne budynku, moc i COP pompy ciepła w obliczeniach do etykiety i dla budynku rzeczywistego (pompa ciepła powietrze/woda) Źródło: archiwa autorów (K. Piechurski, E. Stefanowicz, M. Szulgowska-Zgrzywa)
Rys. 2. Obciążenie cieplne budynku, moc i COP pompy ciepła w obliczeniach do etykiety i dla budynku rzeczywistego (pompa ciepła powietrze/woda) Źródło: archiwa autorów (K. Piechurski, E. Stefanowicz, M. Szulgowska-Zgrzywa)

Klasa efektywności energetycznej wynika z obliczonej wartości sezonowej efektywności energetycznej pompy ciepła w aktywnym trybie grzewczym, skorygowanej o pobór energii w pozostałych trybach. Moce urządzenia w poszczególnych trybach mierzone są podczas wykonywania testów zgodnych z [4], a czasy pracy ujęte w załączniku D do tych wytycznych.

Zgodnie z danymi zamieszczonymi w tab. 1 współczynnik sezonowej efektywności 117% oznacza klasę energetyczną A+.

Czytaj też: Wpływ warunków klimatycznych i obciążenia cieplnego budynku na efektywność energetyczną pomp ciepła powietrze/woda z płynną regulacją mocy >>>

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!
   10.07.2017
dr inż.  Małgorzata Szulgowska-Zgrzywa
dr inż.  Małgorzata Szulgowska-Zgrzywa
Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska więcej »
inż.  Krzysztof  Piechurski
inż.  Krzysztof  Piechurski
Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Wrocławska więcej »
mgr inż.  Ewelina  Stefanowicz
mgr inż.  Ewelina  Stefanowicz
Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Wrocławska więcej »

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