Odpowiednie oszacowanie mocy pompy ciepła to jeden z podstawowych parametrów doboru tego nowoczesnego i ekologicznego źródła ciepła dla budynku jednorodzinnego. Pompy ciepła, w przeciwieństwie do tradycyjnych kotłów na paliwo stałe, czy kotłów gazowych, które charakteryzują się wysoką płynnością i modulacją wytwarzanej energii termicznej w zależności od potrzeb, wymagają znacznie dokładniejszych obliczeń oraz prawidłowego doboru.
Prawidłowy dobór mocy grzewczej pompy ciepła istotnie wpływa na jej wysoką efektywność energetyczną, ekonomię pracy oraz bezawaryjne długie działanie. Jak zatem dobrać moc pompy ciepła dla konkretnego budynku jednorodzinnego? W jaki sposób dobrać moc pompy ciepła i co w praktyce wpływa na jej wymaganą wydajność? Czym właściwie są pompy ciepła i jak działają? Sprawdźmy!
Pompa ciepła to urządzenie grzewcze, które w przeciwieństwie do tradycyjnych źródeł ciepła do których zaliczamy kotły na paliwo stałe oraz gazowe, nie wytwarza energii cieplnej w wyniku spalania paliw kopalnych czy drewna. Pompy ciepła to nowoczesne i ekologiczne urządzenia grzewcze pozyskujące energię termiczną z otaczającego nas środowiska. Najczęściej montowane na polskim rynku powietrzne pompy ciepła pobierają energię cieplną z powietrza zewnętrznego, nieco rzadziej stosowane pompy gruntowe pozyskują ciepło z gruntu za pomocą gruntowego wymiennika ciepła, a pompy wodne wykorzystują ciepło wód gruntowych lub zbiorników wodnych.
Pompy ciepła, bez względu na ich rodzaj wymagają jedynie dostarczenia energii elektrycznej niezbędnej do pracy jej systemów sterowania, pomiarów oraz sprężarki umożliwiającej przeprowadzenie procesu przemian czynnika termodynamicznego krążącego w układzie chłodniczym pompy ciepła.
Warto dodać, że pompa ciepła to nie tylko urządzenie na sezon grzewczy. Za pomocą pompy ciepła można przygotować również ciepłą wodę użytkową i to wszystko dzięki wykorzystaniu energii elektrycznej oraz odnawialnych źródeł energii.
Pozyskiwanie energii cieplnej ze środowiska naturalnego, czyli tzw. dolnego źródła ciepła możliwe jest dzięki zjawisku termodynamicznych przemian czynnika chłodniczego pracującego w tzw. układzie termodynamicznym lub układzie chłodniczym pompy ciepła. Zjawisko przemian termodynamicznych zachodzące w pompach ciepła polega na zasadzie odwróconego cyklu chłodniczego, który w podobny sposób umożliwia pracę systemów klimatyzacyjnych lub, który znamy z urządzeń takich jak chłodziarki czy lodówki.
Odwrócony cykl chłodniczy umożliwia pozyskanie i przeniesienie energii cieplnej z dolnego źródła ciepła do górnego źródła ciepła czyli do obiegu grzewczego w obsługiwanym przez pompę ciepłą budynku. W skrócie: pompa ciepła umożliwia odwrócenie przepływu energii, która zgodnie z prawami fizyki przepływa ze środowiska cieplejszego do środowiska chłodniejszego. W przypadku pracującej pompy ciepła, energia cieplna jest pozyskiwana ze środowiska chłodniejszego i transportowana do środowiska cieplejszego. Jak to jest możliwe? Odpowiedzią na to pytanie jest właśnie sposób w jaki pompa ciepła realizuje swój obieg chłodniczy i zjawisko przemian termodynamicznych przemian czynnika chłodniczego krążącego w układzie.
Aby zrozumieć sposób w jaki przebiega ten proces należy poznać zasadę działania czterech głównych podzespołów pompy ciepła: parownika, sprężarki, skraplacza oraz zaworu rozprężnego:
Prawidłowo oszacowana wydajność pompy ciepła dla danego budynku jest bardzo ważna. Odpowiedni dobór pompy ciepła zapewnia nie tylko wysoką efektywność scop i cop, co w praktyce przekłada się na niższe zużycie prądu przez pompę ciepła w okresie grzewczym, ale sprawia też że ogrzewanie pompą ciepła domu jednorodzinnego będzie bezobsługowe i zapewni długotrwałe bezproblemowe działanie całego systemu.
Dobór pomp ciepła opiera się przede wszystkim na określeniu zapotrzebowania budynku na energię. Zapotrzebowanie na energię budynku jednorodzinnego zależne jest z kolei przede wszystkim od stopnia zaizolowania budynku, jego lokalizacji w odniesieniu do konkretnej strefy klimatycznej kraju, od projektowej temperatury wewnątrz budynku oraz od jego powierzchni i kubatury.
Przeprowadzenie obliczeń OZC, czyli obliczeń zapotrzebowania cieplnego budynku nie jest łatwym zadaniem, a z uwagi na to, że jest to kluczowy parametr doboru pompy ciepła warto zwrócić się o pomoc do profesjonalnej firmy zajmującej się projektowanie i montażem instalacji grzewczych opartych o pompy ciepła. Obliczenie zapotrzebowania budynku na ciepło wyznacza się zawsze w najbardziej niekorzystnych warunkach, tzn. przy najniższej projektowej temperaturze powietrza zewnętrznego. Obliczenie zapotrzebowania właśnie w takich warunkach pozwala na zoptymalizowanie warunków pracy dobranej pompy ciepła i zapewnienie pełnego komfortu cieplnego w budynku nawet w okresach bardzo niskich temperatur.
Na zapotrzebowanie budynku na ciepło wpływa między innymi lokalizacja budynku. Polska podzielona jest na 5 stref klimatycznych, które określają projektową temperaturę powietrza zewnętrznego i w zależności od lokalizacji budynku w danej strefie klimatycznej do obliczeń przyjmuje się temperatury od -16 do -24 stopni Celsjusza. Określenie projektowej temperatury powietrza wewnątrz budynku również jest bardzo ważnym parametrem ponieważ wraz ze wzrostem temperatury powietrza wewnątrz budynku przy stałej niskiej temperaturze powietrza zewnętrznego rośnie wymagana moc dobieranego urządzenia grzewczego. Na zapotrzebowanie na energię ma wpływ również konstrukcja oraz stopień izolacji i szczelności budynku dlatego analiza konstrukcji, zwłaszcza w przypadku modernizowanych, starszych budynków odgrywa bardzo ważną rolę przy doborze pompy ciepła.
Pomimo tego, że dokładne obliczenia OZC oraz sporządzenie projektu technicznego jest kluczowe przy prawidłowym doborze pompy ciepła, a dokładne przeprowadzenie takich obliczeń wymaga posiadania odpowiedniej wiedzy, doświadczenia oraz oprogramowania projektowego to każdy inwestor wstępnie w prosty i szybki sposób jest w stanie określić wymaganą moc pompy ciepła do jego budynku.
Ogólnie przyjmuje się, że zapotrzebowanie domu na ciepło w uproszczeniu wygląda następująco:
Ogólne obliczenia pozwalają zatem określić wstępnie wymaganą moc grzewczą pompy ciepła do ogrzewania domu i przygotowania ciepłej wody użytkowej.
Znając wymaganą wydajność pompy ciepła dla danego budynku, inwestor wie jakiego rzędu mocy i wydajności urządzeń szukać. Znajomość samej wydajności pompy ciepła to jednak nie wszystko, warto również przeanalizować rodzaje oraz parametry pracy urządzenia grzewczego aby wybrać urządzenie, które najlepiej spełni swoje zadanie w danym budynku. Na jakie parametry pracy pompy ciepła zwrócić szczególną uwagę?:
Ważną kwestią może być również design pompy ciepła, dodatkowe funkcje sterowania, możliwość podłączenia do automatyki domu inteligentnego oraz możliwość chłodzenia budynku w lecie pompą ciepła. Przy wyborze odpowiedniej pompy ciepła warto więc zwrócić uwagę również na dodatkowe opcje jakie mogą być przydatne dla danego użytkownika.
Zwróćmy szczególną uwagę na deklarowaną przez producenta etykietę energetyczną wybranej pompy ciepła. Nowoczesna powietrzna pompa ciepła dla budynku o powierzchni około 100m2 zużywa średnio od 3500 do 4500 kWh energii elektrycznej rocznie. Roczne zużycie energii elektrycznej może być jednak niższe, a czynników które wpływają na zużycie prądu przez pompę ciepła jest wiele.
Obniżenie kosztów ogrzewania domu pompą ciepła można osiągnąć poprzez połączenie pompy ciepła z niskotemperaturowym ogrzewaniem podłogowym. Ogrzewanie podłogowe zasilane jest wodą o temperaturze nie przekraczającej zazwyczaj 35 stopni Celsjusza. Niska temperatura zasilania instalacji centralnego ogrzewania to niższe zużycie prądu niezbędnego do ogrzania wody grzewczej.
Warto zoptymalizować również temperaturę ciepłej wody użytkowej. Niższa temperatura podgrzewania wody użytkowej nie musi wpływać na obniżenie komfortu jej wykorzystania, a im mniejsza ilość energii cieplnej dostarczonej do zasobnika CWU tym niższe zużycie prądu pobranego na potrzeby pracy sprężarki pompy ciepła.
Na koszt ogrzewania domu pompą ciepła wpływ ma także powierzchnia domu, jego stopień izolacji i szczelności oraz fakty wykorzystania wentylacji grawitacyjnej lub mechanicznej. Roczne zużycie prądu przez pompę ciepła będzie niższe w domach dobrze zaizolowanych, szczelnych i wyposażonych w wentylację mechaniczną z odzyskiem ciepła. Pokrycie zapotrzebowania na ciepło budynku o wysokiej klasie energetycznej będzie po prostu możliwe przy wykorzystanie mniejszej pompy ciepła i dostarczeniu mniejszej ilości energii do układu centralnego ogrzewania.
Koszty ogrzewania w domu jednorodzinnym z wykorzystanej gruntowej, wodnej lub powietrznej pompy ciepła można obniżyć jeszcze bardziej korzystając z innych odnawialnych źródeł energii takich jak instalacja fotowoltaiczna. Współpraca pompy ciepła z instalacją fotowoltaiczną przy jednoczesnym wykorzystaniu ogrzewania niskotemperaturowego tworzy swoisty efekt synergii, w którym odnawialne źródła energii i nowoczesne rozwiązania techniki grzewczej w budownictwie zapewniają maksymalne zoptymalizowanie pracy każdego tych systemów.
Wszystkie urządzenia grzewcze potrzebują energii elektrycznej, aby możliwa była ich praca. Pompy ciepła są w tym aspekcie szczególnymi urządzeniami, ponieważ sposób w jaki działa pompa ciepła pozwala jej na wygenerowanie większej ilości energii cieplnej, aniżeli pobieranej z sieci lub instalacji fotowoltaicznej. Ważnym parametrem pracy pompy ciepła, który charakteryzuje zależność pomiędzy zużyciem prądu przez pompę ciepła, a energią cieplną przez nią wytworzoną jest współczynnik COP i współczynnik SCOP.
Im wyższa wartość współczynnika SCOP oraz COP tym większa sprawność pompy co przekłada się na jej pobór prądu w danych warunkach pracy. Współczynnik COP określa zatem ilość energii cieplnej wytworzonej w skali roku z każdej pobranej 1kWh, a współczynnik SCOP określa ilość energii cieplnej wytworzonej w pewnym przedziale czasowym, np. w okresie grzewczym z każdej pobranej kWh energii elektrycznej.
Warto zwrócić uwagę na wartości współczynników SCOP oraz COP danej pompy. Znajomość współczynnika SCOP i COP pozwoli już na etapie projektowym budynku lub na etapie planowania modernizacji dokonać znacznego obniżenia kosztów ogrzewania budynku oraz oszacować poziom ilości zużytej energii elektrycznej przez cały sezon grzewczy lub przez cały rok pracy pompy ciepła.
Pompa ciepła to efektywne i ekologiczne urządzenie wykorzystywane do ogrzewania budynku oraz do ogrzewania ciepłej wody użytkowej. Fakt, że roczne zużycie prądu przez pompę ciepła nie jest wysokie i w prosty sposób może być obniżone jeszcze bardziej sprawia, że obecnie tego typu urządzenia są bardzo chętnie wybierane przez szerokie grono inwestorów budujących i modernizujących domy jednorodzinne.
biuro@ecocomfort.pl
603 908 700