Efektywność pomp ciepła zimą

Pompy ciepła to nowoczesne i modne ostatnio urządzenia, które umożliwiają zarówno efektywne i oszczędne ogrzewanie domów jednorodzinnych, jak i wytwarzanie ciepłej wody użytkowej. Do ich zakupu i montażu można uzyskać dofinansowanie. Jednak część z potencjalnych inwestorów ma wątpliwości, czy pompa ciepła będzie w stanie ogrzać ich domu także przy dużych mrozach. Co prawda srogie zimy w Polsce są coraz rzadsze, niemniej jednak zdarzają się jeszcze okresy, gdy temperatura w nocy spada poniżej -10°C, szczególnie w górach. Dlatego w artykule postaramy się wyjaśnić ten temat.

Jak działa pompa ciepła, jaką ma efektywność i dlaczego jest w stanie pobierać ciepło z otoczenia

Pompa ciepła działa na podobnej zasadzie, co lodówka czy klimatyzacja. Pobiera energię cieplną z otoczenia – gruntu lub powietrza czy wody (tzw. dolnego źródła) i przenosi ją do systemu grzewczego budynku (górnego źródła). W systemie pompy krąży czynnik chłodniczy, którego ciśnienie i temperatura są zwiększane przez sprężarkę. Czynnik ten, który w warunkach normalnych jest gazem, zostaje skroplony, a następnie – parując - odbiera ciepło z otoczenia i przenosi je budynku. Pompy ciepła charakteryzują miedzy innymi współczynniki COP i SCOP. Pierwszy z nich, to współczynnik efektywności energetycznej, który informuje nas, ile kilowatogodzin (kWh) ciepła dostarcza pompa ciepła w stosunku do jednej kilowatogodziny energii elektrycznej pobranej przez urządzenie. Jeżeli np. COP = 4 to przy zużyciu 1 kWh energii elektrycznej pompa wytworzy 4 kWh energii cieplnej. Wartość COP jest tym wyższa, im mniejsza jest różnica temperatur pomiędzy źródłem górnym i dolnym źródła. Wyższy współczynnik efektywności oznacza wyższą sprawność pompy ciepła, a co za tym idzie niższe koszty jej eksploatacji. Wyższe wartości COP można osiągnąć, gdy temperatura zasilania jest niższa (np. w domu wykorzystywane jest ogrzewanie podłogowe zamiast grzejników).Jednak COP jest parametrem wyznaczanym laboratoryjnie, dlatego w specyfikacjach technicznych pomp podaje się również bardziej praktyczny SCOP, czyli sezonowy współczynnik efektywności energetycznej. Oblicza się go, jako stosunek ilości energii cieplnej dostarczanej do budynku do ilości energii elektrycznej zużytej przez pompę ciepła w określonym czasie. Dzięki temu możemy określić przybliżone koszty ogrzewania domu za pomocą pompy ciepła w sezonie grzewczym. W pompie ciepła energia elektryczna nie zamienia się w cieplną, tak jak w zwykłych grzejnikach elektrycznych, tylko jest wykorzystana do „pompowania” ciepła ze źródła dolnego do górnego, dlatego sprawność tego urządzenia jest tak wysoka.

Różne rodzaje pomp ciepła a ich działanie oraz efektywność zimą

Pompy ciepła, ze względu na wykorzystywane źródło, możemy podzielić na gruntowe, wodne oraz powietrzne. Natomiast ze względu na temperaturę zasilania wyróżniamy urządzenia wysokotemperaturowe i niskotemperaturowe. Pierwsze z nich, wykorzystywane głównie w domach modernizowanych, umożliwiają uzyskanie wyższej temperatury wody grzewczej, zwykle 65°C (maksymalnie nawet do 80°C), która zasila grzejniki. Natomiast pompy niskotemperaturowe, stosowane głownie w nowoczesnych budynkach energooszczędnych, osiągają temperatury w granicach 35°C-40°C, wystarczające do systemów ogrzewania podłogowego. O ile efektywność pomp gruntowych i wodnych nie zależy od pory roku, ponieważ temperatura na pewnej głębokości jest stała w ciągu roku i wyższa od 0°C (poniżej 10 m wynosi ok. +10°C), to w przypadku pomp powietrznych sprawa wygląda inaczej, ponieważ temperatura na zewnątrz budynków może spadać znacznie poniżej 0°C. Jednak współczesne pompy ciepła typu powietrze-woda mogą działać w temperaturach aż do -30°C. Nawet tak zimne powietrze zawiera energię cieplną, która może być pobrane przez pompę. Z fizyki wiadomo, że temperatura to miara energii wewnętrznej ciał. Wartość -30°C to w skali bezwzględnej 243°K, natomiast 0°C to 273°K. Pompy ciepła typu powietrze-powietrze wykazują zauważalny spadek efektywności przy niskich temperaturach na zewnątrz, jednak również będą działać zimą. Ich współczynnik SCOP może wynieść nawet 4...5. Do zwiększania efektywności pomp wykorzystywane są takie technologie, jak sprężarki ze zmienną prędkością obrotową, zasilane przez inwerter oraz wtrysku par (technologia EVI). Pompa ciepła z wtryskiem par umożliwiają uzyskanie wysokiej temperatury wody grzewczej (instalacja CO) przy bardzo niskiej temperaturze powietrza zewnętrznego. Natomiast w zwykłych pompach ciepła przy temperaturze poniżej –5ºC wydajność może spadać nawet o 30%. Obecnie średnia wartość SCOP dla pomp ciepła typu powietrze-woda, wykorzystywanych w domach z grzejnikami, wynosi 3 - 3,7. Ponadto, technologia cały czas idzie do przodu i efektywność pomp ciepła wzrasta. Właściwie dobrana pompa ciepła powinna działać efektywnie nawet podczas mrozów. Gdy moc grzewcza okaże sie niewystarczająca, automatycznie włączy się grzałka elektryczna, podgrzewająca dodatkowo powietrze z zewnątrz. Jednak, przy właściwie dobranej pompie, energia elektryczna zużyta przez tę grzałkę, nie będzie duża.

W jakich krajach sprzedaje się najwięcej pomp ciepła

Według danych Europejskiego Stowarzyszenia Pomp Ciepła (EHPA) sprzedaż pomp ciepła w Europie zależy od średniej miesięcznej temperatury w styczniu w danym kraju. W 2021 roku najwięcej pomp w przeliczeniu na 1000 gospodarstw domowych sprzedano w najzimniejszych krajach naszego kontynentu – Finlandii (niecałe 70 pomp / 1000 gospodarstw; średnia temperatura w styczniu -8°C) i Norwegii (60/1000; -7°C), natomiast najmniej w najcieplejszych – Wielkiej Brytanii (2/1000 ; +4°C), Portugalii (10/1000; +10°C) czy Hiszpanii (10/1000; +6°C). W Polsce dane te wyniosły odpowiednio 15/1000 i -1°C. Tyle samo pomp sprzedano w Austrii (-4°C) oraz Holandii (+4°C).   Jednak klimat ociepla się, a temperatury zimą w Polsce wykazują tendencję wzrostową. Co prawda zima 2023/24 stanowiła tu pewien wyjątek, jednak mrozy poniżej -10°C występują coraz rzadziej i coraz krócej. Według organizacji PORT PC, przy projektowaniu systemów grzewczych wciąż są brane pod uwagę dane z lat 1971-2000, gdy zimy były o wiele mroźniejsze, niż obecnie.

Przygotowanie pompy ciepła na sezon zimowy ma wpływ na jej efektywność

Ponieważ w okresie zimowym pompa ciepła pracuje intensywnie, bardzo ważne jest, aby jeszcze przed sezonem grzewczym odpowiednio ją przygotować. Dzięki temu można uniknąć nieoczekiwanych awarii i braku ogrzewania domu podczas mrozów, czy zwiększonych kosztów eksploatacji. Przez zimą powinno się zlecić specjalistom (posiadającym uprawnienia na F-gazy) wykonanie przeglądu technicznego pompy ciepła. Obejmuje on czyszczenie filtrów, sprawdzenie szczelności układu chłodniczego, kontrolę sterownika urządzenia (pod kątem alarmów, komunikatów serwisowych w rejestrze oraz sprawdzenie czasów pracy pompy ciepła i tzw. „startów”) Ważne jest również sprawdzenie stanu izolacji rur oraz stanu jednostki zewnętrznej powietrznych pomp ciepła (wymiennik ciepła nie może być zanieczyszczony. Specjaliści zalecają również osłonięcie jednostki zewnętrznej, aby zabezpieczyć ją przed śniegiem, który może zmniejszać przepływ powietrza i obniżać sprawność pompy. Może to być np. specjalny pokrowiec na pompę ciepła, albo daszek, podobny do stosowanych nad drzwiami do budynków. 

Pogłębiaj swoją wiedzę, czytaj poradniki

Opracowanie redakcja : (P.H.)

Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą redakcji portalu www.ogrzewnictwo.pl