Wpływ doboru pompy ciepła powietrze/woda na koszty eksploatacyjne instalacji grzewczej

Moc grzewcza oraz chwilowa wartość współczynnika efektywności (COP) pomp ciepła powietrze/woda zależą od wielu czynników. Najważniejszymi są parametry dolnego oraz górnego źródła, przede wszystkim temperatura powietrza zewnętrznego oraz temperatura zasilania instalacji centralnego ogrzewania. Głównym problemem w eksploatacji tych urządzeń jako źródła ciepła jest jednak niekoherentność (niespójność) zapotrzebowania budynku na ciepło oraz generowanej mocy grzewczej. Wraz ze zmniejszającą się temperaturą powietrza zewnętrznego rośnie obciążenie cieplne budynku. Jednocześnie jednak spada maksymalna moc pompy ciepła, która wykorzystuje powietrze zewnętrzne jako dolne źródło ciepła. Obniżeniu ulega również wskaźnik COP, a więc główny parametr określający efektywność urządzenia, która bezpośrednio przekłada się na koszty ogrzewania.

Zauważalnym problemem jest zazwyczaj dobór urządzenia o zbyt małej mocy. Skutkuje to zwiększeniem udziału grzałki elektrycznej w wytworzeniu energii cieplnej i dodatkowym pogorszeniem wartości COP przy niskich temperaturach powietrza zewnętrznego. Natomiast problem przewymiarowania pompy ciepła postrzegany jest głównie przez pryzmat nadmiernych kosztów inwestycyjnych. Okazuje się jednak, że również dobór pompy ciepła o zbyt dużej mocy w wielu przypadkach niekorzystnie wpływa na osiągane wartości COP.

Czytaj też: Metody wyznaczania parametrów gruntu do projektowania pionowych wymienników dla pomp ciepła solanka/woda >>>

Metody doboru mocy pompy ciepła powietrze/woda

Ze względu na brak krajowych wytycznych doboru mocy pomp ciepła w praktyce najczęściej stosuje się w tym celu metody opisane przez producentów urządzeń. W przypadku pomp ciepła powietrze/woda zazwyczaj określa się tzw. punkt biwalentny. Jest to taka wartość temperatury zewnętrznej (dolnego źródła), dla której maksymalna moc pompy ciepła na potrzeby grzewcze (dla wymaganej temperatury zasilania) jest w przybliżeniu równa obciążeniu cieplnemu budynku.

Oznacza to, że w przypadku wystąpienia temperatury zewnętrznej niższej od tej wartości konieczne jest wspomaganie pracy sprężarki urządzenia grzałką elektryczną, która dla pomp ciepła powietrze/woda jest zwykle elementem niezbędnym. W teorii zbyt niska wartość temperatury biwalentnej oznacza przewymiarowanie pompy ciepła, co znacząco zwiększa koszty inwestycyjne instalacji oraz negatywnie wpływa na pracę urządzenia ze względu na obciążenie częściowe występujące przez większą część sezonu grzewczego. Zbyt wysoka wartość punktu biwalentnego oznacza z kolei częsty niedobór mocy i konieczność uruchamiania grzałki elektrycznej, co zwiększa koszty eksploatacyjne.

Przy wyborze urządzenia należy również wziąć pod uwagę jego minimalną temperaturę pracy. Typowe rozwiązania gwarantują poprawną pracę pompy ciepła przynajmniej do temperatury zewnętrznej –15°C, częściej –20°C. Dostępne są jednak również urządzenia ze specjalną konstrukcją sprężarki (np. z dodatkowym wtryskiem gorących par czynnika), umożliwiające pracę do temperatury –25°C lub niższej. Dla odpowiedniego doboru mocy grzewczej pompy ciepła uwzględnić należy również lokalizację budynku. Budynek zlokalizowany w chłodniejszej części kraju (np. Suwałki, Zakopane itd.) jest narażony na częstsze występowanie tak niskich temperatur i zastosowanie innowacyjnych rozwiązań obniżających minimalną temperaturę pracy bywa niezbędne.

Poszczególne obszary pracy pompy ciepła powietrze/woda w zależności od temperatury powietrza zewnętrznego zostały schematycznie zobrazowane na rys. 1. Większość nowoczesnych pomp ciepła powietrze/woda wyposażonych jest w inwerter częstotliwości pracy sprężarki, który pozwala na zredukowanie w pewnym zakresie generowanej przez urządzenie mocy grzewczej. Zmiana obrotów sprężarki nie pozostaje bez wpływu na jej osiągi energetyczne, choć producenci rzadko udostępniają dane konieczne do uwzględnienia tego zjawiska w analizach energetycznych. Możliwość regulacji generowanej mocy grzewczej znacząco zmniejsza jednak obszar pracy z obciążeniem częściowym. Dzięki zastosowaniu sprężarek z inwerterem redukcja COP związana z dużym niedopasowaniem mocy, a zatem z koniecznością cyklicznego włączania i wyłączania urządzenia, następuje dopiero dla obciążenia cieplnego mniejszego od maksymalnie zredukowanej mocy pompy ciepła. Obszary pracy dla tego typu urządzeń zobrazowano schematycznie na rys. 2.

Wybór pomp ciepła tego typu jest szczególnie zalecany w przypadku ich bezpośredniego połączenia z instalacją grzewczą. Rozwiązanie takie jest możliwe w przypadku instalacji o niewielkiej mocy z ogrzewaniem płaszczyznowym pod warunkiem zapewnienia minimalnego przepływu wody grzewczej przez pompę ciepła, np. poprzez zastosowanie odpowiedniego zaworu różnicy ciśnień typu by-pass. Ze względu na minimalny przepływ czynnika przez pompę ciepła oraz minimalny czas pracy po uruchomieniu sprężarki instalacje wyposażone w standardowe grzejniki (o mniejszej pojemności wodnej) należy wyposażyć w bufor wody grzewczej.

Rozważając dobór pompy ciepła powietrze/woda w kontekście współpracy z systemem c.o., należy mieć na uwadze, że wykres zależności obciążenia cieplnego budynku od temperatury powietrza zewnętrznego konstruowany jest w oparciu o projektowe obciążenie cieplne. Jest to zgodne z zaleceniami normy PN-EN 14825 [1] i typową praktyką inżynierską. W rzeczywistości wartość chwilowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynku będzie prawdopodobnie niższa na skutek wpływu zysków ciepła wewnętrznych oraz od nasłonecznienia. Zgodnie z normą PN-EN 15316-4-2 [2] do analizy pracy pompy ciepła zalecane jest wykorzystanie profilu obciążenia cieplnego budynku skonstruowanego w oparciu o wartość zapotrzebowania na energię końcową do ogrzewania. Chwilowe zapotrzebowanie budynku na moc grzewczą jest wtedy nawet o połowę niższe niż w przypadku wykorzystania do tego celu projektowego obciążenia cieplnego.

Czytaj też: Regulacja i równoważenie w wodnych instalacjach grzewczych i chłodniczych. Cz. 3. Aplikacje zalecane dla budynków niemieszkalnych >>

Którą z tych wartości należy więc wykorzystywać do doboru urządzenia? Wydaje się, że tę wynikającą z projektowego obciążenia cieplnego. Warto jednak mieć na uwadze konsekwencje, jakie niesie ze sobą prawdopodobnie mniejsze zapotrzebowanie na moc grzewczą w rzeczywistym budynku, wynikające zarówno z wpływu zysków ciepła, jak i związane z sezonem grzewczym, który może być znacząco cieplejszy od statystycznego. Na rys. 3 pokazano przykładowe rozbieżności pomiędzy przebiegiem wartości obciążenia cieplnego wynikającym z obliczeń według obu norm. Wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej rozbieżności stają się coraz większe i w punkcie obliczeniowej temperatury zewnętrznej różnica wynosi ponad 125%.

Po naniesieniu na wykres katalogowej charakterystyki pompy ciepła widoczne są również wady metody zaproponowanej w PN-EN 15316-4-2. Równomierne rozłożenie zapotrzebowania na energię użytkową do ogrzewania na wszystkie godziny trwania sezonu grzewczego powoduje zaniżenie obciążenia cieplnego budynku, szczególnie przy niskich temperaturach zewnętrznych. W rzeczywistości zyski ciepła od promieniowania słonecznego przez przegrody zewnętrzne (stanowiące w tym budynku prawie 95% całkowitych zysków ciepła) wykazują zdecydowanie większy wpływ w okresach ciepłych i niemal zerowy w momencie występowania temperatur bliskich obliczeniowym. W wyniku tego uproszczenia w analizowanym przypadku dla profilu obciążenia cieplnego wg PN-EN 15316-4-2 nie występuje punkt biwalentny. W praktyce oznacza to brak uwzględnienia pomocniczej pracy grzałki elektrycznej aż do momentu wyłączenia pompy ciepła przy temperaturze granicznej. Jest to jedna z przyczyn zaniżania pobranej energii elektrycznej przy wykonywaniu analiz tą metodą. Z drugiej strony stosowanie zaleceń normy PN-EN 14825 nie pokazuje zmniejszonego zapotrzebowania na ciepło w okresach cieplejszych, a zatem problemów wynikających z niedopasowania mocy.

Żeby dokładniej przybliżyć ten problem, w następnej części artykułu przedstawiono wyniki pomiarów parametrów pracy pompy ciepła w rzeczywistej instalacji oraz przeprowadzono symulacje obrazujące wpływ mocy pompy ciepła na wartość SCOP oraz na koszty eksploatacji.

Rzeczywista praca instalacji z pompą ciepła

Na pracę pompy ciepła w rzeczywistej instalacji grzewczej wpływa bardzo wiele parametrów. Oprócz oczywistych, jak temperatura powietrza zewnętrznego i zasilania oraz powrotu instalacji grzewczej (temperatury dolnego i górnego źródła), jako znaczące można wymienić stosunek mocy pompy ciepła do obciążenia cieplnego budynku (obciążenie częściowe), wilgotność powietrza zewnętrznego czy obecność bufora wody grzewczej. Na rys. 4 zestawiono godzinowe dane pracy pompy ciepła powietrze/woda w budynku biurowym zlokalizowanym w II strefie klimatycznej, o projektowym obciążeniu cieplnym wynoszącym 9,7 kW, obliczonym zgodnie z normą PN-EN 12831. Instalacja wyposażona jest w pompę ciepła o mocy nominalnej 10,6 kW (A2/W35), która połączona jest bezpośrednio z instalacją ogrzewania podłogowego. Powierzchnia ogrzewana wynosi ok. 400 m².

Na rys. 4 zestawiono chwilową moc grzewczą pompy ciepła oraz obciążenie cieplne budynku w sezonie grzewczym. Ze względu na wyposażenie urządzenia w sprężarkę z regulowaną mocą w okresie temperatur zewnętrznych poniżej 0°C zaobserwować można dobre dopasowanie mocy grzewczej do obciążenia cieplnego budynku. Zagęszczenie godzin pracy widoczne jest jednak przede wszystkim w zakresie mocy ok. 5,0 kW. Oznacza to przeważającą pracę urządzenia z maksymalnie zredukowaną mocą, często i tak przekraczającą zapotrzebowanie na ciepło instalacji grzewczej. Sytuacja taka wymusza pracę pompy ciepła w trybie cyklicznych włączeń i wyłączeń (on/off). Zbiór tych czynników (redukcji obrotów sprężarki oraz jej włączeń i wyłączeń) znacząco wpływa na rzeczywistą wartość COP urządzenia.

Na rys. 5 przedstawiono godzinowe wartości COP dla tego samego okresu pracy instalacji z naniesioną charakterystyką katalogową zgodną z normą PN-EN 14511 [3]. Porównując wartości COP średnie godzinowe z pomiarów z charakterystyką katalogową, wyraźnie widać obszar obniżonej efektywności energetycznej. Wbrew oczekiwaniom COP dla stosunkowo wysokich (większych od ok. 6°C) temperatur zewnętrznych były niskie i wykazywały tendencję spadkową wraz ze wzrostem temperatury dolnego źródła (powietrza zewnętrznego). Stoi to w sprzeczności z charakterystyką katalogową.

Czytaj też: Nawilżanie powietrza a zużycie energii >>

Główną przyczyną tej sytuacji jest widoczne na rys. 4 znaczne niedopasowanie mocy urządzenia do zapotrzebowania na ciepło budynku. Jest ono tym większe, im wyższa jest temperatura powietrza zewnętrznego. Wpływ cyklicznych włączeń i wyłączeń sprężarki urządzenia jest znaczący, dlatego powinien być uwzględniany przy doborze urządzenia. Z tego powodu, oprócz zachowania zasad ustalenia punktu biwalentnego, do poprawy jakości doboru pompy ciepła niezbędne są analizy współpracy z instalacją grzewczą. Prowadzą one do wyznaczenia sezonowego wskaźnika efektywności energetycznej pompy ciepła SCOP (seasonal coefficient of performance). Wartość ta oznacza uśredniony wskaźnik efektywności dla pracy pompy ciepła w całym sezonie grzewczym i jest najlepszym parametrem porównawczym przy wyborze urządzenia. Dokładność oszacowania tej wartości zależy od przyjętej metody obliczeniowej i dostępności danych wejściowych związanych z budynkiem, instalacją, temperaturą zewnętrzną oraz pompą ciepła.

Metoda analizy współpracy pompy ciepła z budynkiem

Jednym ze sposobów przeprowadzania stosunkowo dokładnej analizy współpracy pompy ciepła z instalacją grzewczą budynku jest metoda opisana w normie PN-EN 14825. Choć procedura ta stosowana jest przede wszystkim do wykonywania etykiet energetycznych pomp ciepła, z powodzeniem może być wykorzystywana do analiz energetycznych na potrzeby projektowe, co podkreślono w normie oraz publikacjach [1, 4, 5]. Metoda bazuje na kroku temperaturowym, tzn. analizy przeprowadzane są w krokach zmian temperatury zewnętrznej (np. co 1°C). Możliwe jest wprowadzenie dowolnych danych klimatycznych, np. danych statystycznych dla wybranych stacji meteorologicznych w Polsce (zamieszczonych na stronie Ministerstwa Inwestycji i Rozwoju). Szczegółowy opis przeprowadzania analiz tą metodą opisano w artykułach [6,7].

Głównym problemem przy wykonywaniu symulacji tego typu, również przy wykorzystaniu metody opisanej w PN-EN 14825, jest brak części wymaganych danych wejściowych. Przy obliczaniu obniżenia COP pompy ciepła w stosunku do wartości katalogowej w wyniku pracy z obciążeniem częściowym kluczowym parametrem jest wartość współczynnika redukcji C_c. Parametr ten często nie figuruje w karcie danych katalogowych pomp ciepła, a sam sposób jego zdefiniowania i badania budzi w literaturze naukowej wątpliwości [4,5]. Choć norma w przypadku braku danych dla konkretnej pompy ciepła zaleca przyjmować C_c = 0,9, najczęściej spotykane wartości dla przetestowanych urządzeń wynoszą ok. 0,97–0,99. Z kolei źródła literaturowe oraz badania autorów sugerują, że dopiero przyjęcie wartości ok. 0,8 daje rezultaty zbliżone do rzeczywistej pracy urządzenia w instalacji grzewczej. W celu pokazania różnic wynikających z przyjęcia wartości tego parametru, analizy przeprowadzono dla trzech wartości współczynnika C_c: 0,8; 0,9 oraz 0,97.

Obliczenia wykonano dla dwóch przykładowych pomp ciepła powietrze/woda o różnej mocy z jednego typoszeregu. Urządzenia są wyposażone w inwerter częstotliwości, a minimalna generowana moc cieplna Q_min jest różna (dla P_C-1 Q_min = 1,30 kW, dla P_C-2 Q_min = 5,0 kW). Konstrukcja sprężarki umożliwia pracę jednostki do temperatury powietrza zewnętrznego –15°C. Dla lepszego pokazania wpływu doboru odpowiedniej mocy urządzenia przyjęto, że charakterystyki COP są takie same. Podstawowe dane wykorzystane w analizie zestawiono w tabeli 1.

W celu zachowania podobieństw do rzeczywistego obiektu pomiarowego opisanego w poprzednim rozdziale, analizy wykonano dla przykładowego budynku o projektowym obciążeniu cieplnym wynoszącym 9,5 kW, zlokalizowanego w trzech zróżnicowanych pod względem klimatycznym miejscowościach: Kołobrzegu, Wrocławiu i Suwałkach. Założono wyposażenie w instalację ogrzewania płaszczyznowego o temperaturze zasilania 35°C, połączoną bezpośrednio z pompą ciepła powietrze/woda.

Czytaj też: Koszty instalacji centralnego ogrzewania w budynku jednorodzinnym >>

Wyniki analizy współpracy pompy ciepła z budynkiem

Wyniki przeprowadzonej analizy zestawiono na rys. 6, 7 oraz w tabeli 2. Na rys. 6 przedstawiono zmiany deklarowanych katalogowych charakterystyk COPd urządzeń (opracowane wg danych uzyskanych zgodnie z testami opisanymi w normie PN-EN 14511) pracujących w analizowanym budynku zlokalizowanym we Wrocławiu dla trzech wartości współczynnika C_c (zgodnie z tabelą 2). Dla niskich temperatur powietrza zewnętrznego zauważalny jest spadek COP wynikający ze wspomagania pracy pompy ciepła grzałką elektryczną. Taka konieczność występuje w mniejszej pompie ciepła (PC-1) znacznie wcześniej niż w przypadku PC-2 o większej nominalnej mocy grzewczej. Skutkiem będzie większy pobór energii elektrycznej przez pompę PC-1. Z drugiej jednak strony, w przypadku wystąpienia wyższych temperatur powietrza zewnętrznego urządzenie PC-1 wykazuje znacznie mniejsze obniżenie chwilowych wartości COP. Wynika to przede wszystkim z możliwości większej niż dla PC-2 redukcji mocy grzewczej, aż do 1,3 kW, co znacząco zawęża obszar pracy pompy ciepła z obciążeniem częściowym.

Zmiany mocy cieplnych obu urządzeń w zależności od temperatury dolnego źródła przedstawiono na rys. 7. Stopień redukcji w tym przypadku zależy nie tylko od ogólnej mocy pompy ciepła, ale w znacznym stopniu od stopnia jej redukcji oraz współczynnika Cc. Na rysunku zaznaczono zredukowaną moc urządzeń Q_zred oraz nominalną wg PN-EN 14511 – Q_nom dla obu pomp ciepła na tle obciążenia cieplnego budynku Q_bud.

Choć dla wszystkich lokalizacji budynku charakterystyki zmian mocy i COP przedstawione na rys. 6 i 7 będą bardzo zbliżone, liczba godzin występowania danych temperatur zewnętrznych w trakcie trwania sezonu grzewczego znacząco się różni. Skutkiem tego będą istotne różnice w energii elektrycznej pobranej przez pompę ciepła, co widoczne jest w zróżnicowanych wartościach sezonowej efektywności energetycznej SCOP. Wyniki tych analiz przedstawiono w tabeli 2. Praca urządzeń z obciążeniem częściowym ma największy wpływ w przypadku cieplejszych lokalizacji, takich jak np. Kołobrzeg. Znacznie mniejszy jest natomiast wpływ niewystarczającej mocy pompy ciepła w niższych temperaturach powietrza zewnętrznego, które występują w ciągu sezonu grzewczego sporadycznie.

Dla cieplejszych lokalizacji mniejsza pompa ciepła PC-1 osiąga w związku z tym wyższe wartości SCOP, generując niższe koszty eksploatacyjne. Istotny jest również niższy koszt zakupu urządzenia. Warto również zwrócić uwagę, że dla budynku o projektowym obciążeniu cieplnym 9,5 kW zasadny jest w tym przypadku dobór pompy ciepła powietrze/woda o mocy znamionowej 5,6 kW. W nieco chłodniejszej lokalizacji, reprezentowanej w zestawieniu przez Wrocław, właściwy byłby wybór urządzenia o większej mocy (PC-2). Spowodowane jest to większą częstotliwością występowania niskich temperatur powietrza zewnętrznego, co dla PC-1 skutkuje znaczącym zużyciem energii elektrycznej przez grzałkę, o wartości ok. 6% całkowitej energii elektrycznej pobranej przez pompę ciepła w trakcie sezonu grzewczego. Urządzenie o większej mocy jest w stanie zapewnić wymaganą moc grzewczą dla niższych temperatur dolnego źródła, w związku z czym udział ten spada do mniej niż 1%. Widoczne jest to również w wartości SCOP, wyraźnie wyższej dla pompy ciepła PC-2.

Dla lokalizacji najzimniejszych, jak np. Suwałki, w związku z dużą liczbą godzin występowania bardzo niskich temperatur zewnętrznych, większe znaczenie ma ograniczenie czasu pracy wspomagającej grzałki elektrycznej. Z tego powodu bardziej zasadny wydaje się wybór pompy ciepła o większej mocy (PC-2). Nawet dla tego urządzenia szacowane wartości SCOP będą stosunkowo niskie, w zakresie 2,68–2,84, w zależności od rzeczywistej wartości współczynnika Cc. Spowodowane jest to w dużej mierze wciąż znaczącym udziałem energii elektrycznej pobranej na potrzeby pracy grzałki elektrycznej. W celu uniknięcia tej sytuacji zasadny byłby wybór urządzenia pracującego do niższych wartości temperatury dolnego źródła, np. do –20°C. Dla takich lokalizacji ogólne zapotrzebowanie na energię cieplną jest większe, stąd nawet niewielkie zwiększenie efektywności energetycznej pompy ciepła przełożyć się może na znaczące oszczędności w trakcie eksploatacji systemu grzewczego.

Czytaj też: Pompy obiegowe i cyrkulacyjne >>

W tabeli 2 przedstawiono procentowe różnice w kosztach eksploatacyjnych między urządzeniami dla analizowanych lokalizacji i wartości SCOP dla parametru Cc = 0,9. Pokazana została różnica w stosunku do bardziej korzystnego rozwiązania. Należy zwrócić uwagę, że oszczędności będą tym większe, im wyższe będzie zużycie energii elektrycznej na potrzeby grzewcze.

Należy podkreślić, że stosowanie pomp ciepła powietrze/woda bez sprężarki z inwerterem częstotliwości jako urządzenia grzewczego dla instalacji bez bufora będzie miało negatywny wpływ na wartość SCOP. Dla analizowanego przypadku wyniki obliczeń zestawiono w tabeli 3. Dla pomp ciepła o współczynniku redukcji 0,9 będzie to spadek efektywności od –5 do –18%, w zależności od mocy urządzenia i lokalizacji. Zmiana wartości współczynnika redukcji znacząco wpływa na wynik. Niższa wartość tego współczynnika pogłębia problem.

W trakcie analizy pracy urządzenia należy zwrócić uwagę na problem poruszony powyżej, czyli prawdopodobnie niższe zapotrzebowanie na moc na cele ogrzewania budynku w rzeczywistym sezonie grzewczym, wynikające z wyższych temperatur powietrza zewnętrznego oraz wpływu zysków ciepła. Współpraca wybranych do analizy pomp ciepła z budynkiem o profilu obciążenia cieplnego o 30% niższym od obliczeniowego skutkować będzie obniżeniem SCOP pompy ciepła o większej mocy (PC-2) i zwiększeniem efektywności pomp ciepła o mocy mniejszej (PC-1). Jest to bardzo istotny aspekt doboru urządzenia, na który projektanci często nie zwracają uwagi. Typowe jest przeprowadzanie obliczeń jedynie dla jednego profilu mocy i założenie, że cieplejszy sezon grzewczy poprawi efektywność pompy ciepła. Będzie tak jedynie w przypadku, gdy pompa ciepła nie została przewymiarowana. Dobór urządzenia na punkt biwalentny poniżej –10°C przyniesie prawdopodobnie wręcz przeciwne rezultaty, szczególnie w regionach cieplejszych (takich jak np. Kołobrzeg). Wyniki takiej symulacji zestawiono w tabeli 4.

Widoczne spadki efektywności dla większej z pomp ciepła (PC-2) wynoszą od –1 do –11%, w zależności od lokalizacji i wartości współczynnika redukcji (Cc). Najwyższe spadki wartości SCOP dla większej pompy ciepła uzyskano w przypadku Kołobrzegu, co dodatkowo uzasadnia konieczność prowadzenia uważnych analiz obszaru pracy pompy ciepła z obciążeniem częściowym w cieplejszych lokalizacjach. Na wartość SCOP (a tym samym na koszty eksploatacji) wpływa bowiem zarówno udział grzałki elektrycznej w bilansie mocy, jak i wartość współczynnika redukcji pompy ciepła i czas pracy urządzenia z częściowym obciążeniem.

Podsumowanie

Odpowiedni dobór mocy pompy ciepła powietrze/woda jest bardzo istotny z uwagi na efektywność energetyczną tych urządzeń. Wpływ działań projektanta jest największy w przypadku instalacji grzewczych bez buforów wody grzewczej. Szczególnie w takiej sytuacji należy koniecznie unikać doboru urządzeń na podstawie jedynie mocy znamionowej czy nawet punktu biwalentnego układu.

Należy mieć świadomość, że zainstalowanie urządzenia o nadmiernej mocy grzewczej rzeczywiście chroni użytkownika przed wyższymi kosztami ogrzewania budynku w okresie bardzo niskich temperatur powietrza zewnętrznego, jednak równocześnie naraża go na znacząco wyższe koszty, zarówno inwestycyjne, jak i eksploatacyjne, przy umiarkowanych temperaturach sezonu grzewczego.

Podsumowując, warto podkreślić wnioski wynikające z przeprowadzonych analiz:

1. Dobór pompy ciepła powietrze/woda o zbyt dużej mocy grzewczej w stosunku do potrzeb ma często bardzo niekorzystny wpływ na koszty eksploatacyjne układu grzew-czego.
2. Dla obszarów cieplejszych (strefa klimatyczna I, II) czas pracy grzałki elektrycznej będzie stosunkowo niewielki i dobór urządzenia o zbyt dużej mocy grzewczej jest nieuzasadniony. Rozwiązanie takie może znacząco zwiększyć koszty eksploatacyjne w związku ze spadkiem efektywności w wyniku częstej pracy z obciążeniem częściowym.
3. W przypadku obszarów szczególnie narażonych na występowanie bardzo niskich temperatur zewnętrznych (strefa IV, V) należy zwrócić uwagę na minimalną temperaturę dolnego źródła danej pompy ciepła. Stosowanie sprężarek z rozwiązaniami obniżającymi tę temperaturę do nawet –25°C może się okazać korzystne.
4. Stosowanie buforów wody grzewczej nie eliminuje potrzeby precyzyjnego doboru mocy pompy ciepła powietrze/woda, a jedynie ogranicza jego niekorzystne skutki. Generuje jednak w stosunku do układów bez bufora dodatkowe straty ciepła i obniżenie efektywności energetycznej.
5. Szczególnie w przypadku układów bez bufora wody grzewczej korzystne jest zastosowanie urządzeń wyposażonych w inwerter częstotliwości pracy sprężarki regulujący generowaną moc grzewczą.
6. Wykonanie symulacji energetycznych współpracy pompy ciepła z konkretnym budynkiem w określonej lokalizacji powinno być podstawą doboru odpowiedniego urządzenia. Kierowanie się w tym celu mocą znamionową czy klasą energetyczną prowadzić może do poważnych problemów i nadmiernych kosztów eksploatacji systemu.

Czytaj też: Czynniki robocze dolnych źródeł gruntowych pomp ciepła >>

Literatura:

1. PN-EN 14825:2014-02 Klimatyzatory, ziębiarki cieczy i pompy ciepła ze sprężarkami o napędzie elektrycznym, do grzania i ziębienia. Badanie i ocena w warunkach niepełnego obciążenia oraz obliczanie wydajności sezonowej.
2. PN-EN 15316-4-2:2017 Charakterystyka energetyczna budynków. Metoda obliczania zapotrzebowania na ciepło przez instalację i sprawności układu. Część 4-2: Źródła ciepła w pomieszczeniach, instalacje z pompami ciepła.
3. PN-EN 14511-1:2013 Klimatyzatory, ziębiarki cieczy i pompy ciepła ze sprężarkami o napędzie elektrycznym, do grzania i ziębienia.
4. Dongellini M., Naldi C., Morini G.L., Seasonal performance evaluation of electric air-to-water heat pump, „Applied Thermal Engineering” 90, 2015, p. 1072–1081.
5. Dongellini M., Naldi C., Morini G.L., Climate influence on seasonal performances of air-to-water heat pumps for heating, „Energy Procedia” 81, 2015, p. 100–107.
6. Piechurski K., Szulgowska-Zgrzywa M., Obliczanie rocznej efektywności pomp ciepła powietrze/woda, „Rynek Instalacyjny” nr 6/2016, s. 35–40.
7. Piechurski K., Szulgowska-Zgrzywa M., Wpływ warunków klimatycznych i obciążenia cieplnego budynku na efektywność energetyczną pomp ciepła powietrze/woda z płynną regulacją mocy, „Rynek Instalacyjny” nr 10/2016, s. 21–26.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!