Jak dobrać moc pompy ciepła? Wszystko co potrzebujesz wiedzieć, żeby wybrać dobrze
Jak dobrać moc pompy ciepła? Wszystko co potrzebujesz wiedzieć, żeby wybrać dobrze
Jednym z istotnych zagadnień przy planowaniu systemu grzewczego opartego na pompie ciepła jest odpowiednie dopasowanie mocy urządzenia do potrzeb konkretnego budynku. Wybór nieodpowiedniej mocy może skutkować obniżeniem komfortu cieplnego lub zwiększeniem kosztów eksploatacyjnych.
Przeczytaj także:
Wszystko o potrzebujesz wiedzieć o Net-billingu. "Nowy system" rozliczania fotowoltaiki bez tajemnic
Czy opłaca się montować fotowoltaikę przy niskich cenach sprzedaży energii?
Jak przebiega montaż pompy ciepła?
Dlaczego odpowiednio dobór mocy pompy ciepła jest istotny?
W przypadku urządzenia o zbyt małej mocy może dojść do sytuacji, w której pompa nie będzie w stanie dostarczyć wystarczającej ilości ciepła w okresach dużego zapotrzebowania. Skutkuje to częstszym uruchamianiem się grzałek wspomagających lub niedogrzaniem pomieszczeń. Z kolei system przewymiarowany może działać nieefektywnie, uruchamiając się zbyt często na krótkie cykle, co prowadzi do szybszego zużycia komponentów i niepotrzebnego wzrostu zużycia energii.
Aby precyzyjnie dobrać pompę ciepła, stosuje się pojęcie obciążenia cieplnego budynku. Parametr ten określa ilość ciepła, jaka jest niezbędna do utrzymania zadanej temperatury wewnętrznej przy konkretnej temperaturze zewnętrznej. Obliczenia uwzględniają m.in. rodzaj i jakość izolacji, powierzchnię użytkową, sposób wentylacji oraz preferencje mieszkańców. Dzięki temu możliwe jest dobranie takiego urządzenia, które będzie pracowało efektywnie zarówno w sezonie grzewczym, jak i podczas zmiennych warunków atmosferycznych.
Zrozumienie tych zależności pozwala na podjęcie świadomej decyzji i uniknięcie kosztownych błędów. Dobór odpowiedniej mocy nie powinien opierać się na szacunkach, lecz na precyzyjnych analizach, najlepiej wykonanych przez specjalistów.
Czy tylko moc pompy ciepła ma wpływ na ogrzewanie w niskich temperaturach?
W Polsce obowiązuje podział na pięć stref grzewczych, a największym zasięgiem terytorialnym cechuje się strefa trzecia. To właśnie dla niej przyjmuje się, że obciążenie cieplne budynku należy wyliczać przy założeniu temperatury zewnętrznej wynoszącej minus 20°C. Jest to wartość umowna, ale jednocześnie odpowiadająca realnym warunkom, jakie mogą wystąpić zimą w znacznej części kraju.
Dla zobrazowania sytuacji – wewnątrz budynku utrzymywana jest komfortowa temperatura na poziomie 21°C, natomiast na zewnątrz panuje mróz. Różnica temperatur jest znacząca, a to oznacza, że ciepło nieustannie ucieka z wnętrza w kierunku chłodniejszego otoczenia. Ten proces zachodzi przez wszystkie przegrody zewnętrzne – ściany, dach, podłogę, a także przez stolarkę okienną i drzwiową oraz system wentylacyjny. Im gorsza izolacyjność tych elementów, tym szybciej ciepło opuszcza budynek.
Zadaniem pompy ciepła w takim przypadku jest precyzyjne uzupełnianie tej utraconej energii cieplnej. To urządzenie nie tylko musi dostarczyć wystarczającą ilość ciepła, ale także musi to robić w sposób ciągły i stabilny, niezależnie od zmiennych warunków atmosferycznych. W praktyce oznacza to, że jeśli obliczone obciążenie cieplne dla danego budynku w strefie trzeciej wynosi 10 kW, to właśnie taką minimalną wydajność grzewczą powinna mieć wybrana pompa ciepła.
Jeżeli zastosowane zostanie urządzenie o zbyt niskiej mocy – na przykład 7 kW lub 8 kW – nie będzie ono w stanie pokryć strat cieplnych przy najniższych temperaturach. W takiej sytuacji komfort cieplny zostaje zaburzony, temperatura wewnątrz stopniowo spada, a system pracuje z większym obciążeniem, próbując nadrobić niedobory. Może to prowadzić do szybszego zużycia komponentów, zwiększonego zużycia energii elektrycznej, a w niektórych przypadkach konieczne będzie uruchomienie grzałek wspomagających, co oznacza dodatkowe koszty.
Z kolei dobranie pompy ciepła o odpowiednio skalkulowanej mocy zapewnia stabilność systemu, niższe zużycie energii i wydłużoną żywotność urządzenia. W praktyce oznacza to nie tylko wygodę i bezpieczeństwo użytkowników, ale również większą efektywność energetyczną i mniejsze obciążenie budżetu domowego w długim okresie. Właśnie dlatego tak istotne jest uwzględnienie lokalnej strefy grzewczej i skrajnych temperatur przy projektowaniu systemu ogrzewania opartego na pompie ciepła.
Przeczytaj także: Pompa ciepła zimą – jakich błędów unikać?
Charakterystyka działania pomp ciepła typu powietrze-woda opiera się na zjawisku, w którym wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej maleje ich efektywność i zdolność do przekazywania energii cieplnej do wnętrza budynku. To zjawisko wydaje się sprzeczne z oczekiwaniami, ponieważ im niższa temperatura na zewnątrz, tym większe jest zapotrzebowanie na ciepło wewnątrz pomieszczeń.
Przy umiarkowanych warunkach atmosferycznych, na przykład w sytuacji, gdy temperatura na zewnątrz wynosi 0°C, różnica pomiędzy temperaturą wewnętrzną a zewnętrzną to około 21 stopni. Oznacza to, że straty energii cieplnej z budynku są relatywnie niewielkie. W takich warunkach pompa ciepła może pracować w sposób bardziej efektywny, ponieważ pobieranie ciepła z powietrza nie wiąże się jeszcze z dużym wysiłkiem energetycznym.
Natomiast wraz z obniżaniem się temperatury zewnętrznej do wartości ujemnych, a zwłaszcza w kierunku ekstremalnych – jak minus 20°C – różnica pomiędzy wnętrzem budynku a otoczeniem rośnie znacząco. W tym samym czasie zmniejsza się ilość energii, którą pompa jest w stanie pozyskać z chłodniejszego powietrza. Skutkuje to koniecznością intensywniejszej pracy urządzenia oraz spadkiem jego sprawności, co z kolei przekłada się na wyższe zużycie energii elektrycznej i potencjalnie mniejszy komfort cieplny.
Z tego względu tak istotne staje się odpowiednie zaprojektowanie całego systemu, uwzględniające zarówno specyfikę klimatyczną, jak i parametry samego budynku. Chodzi o to, by pompa mogła sprostać zwiększonemu zapotrzebowaniu na ciepło nawet wtedy, gdy jej wydajność naturalnie maleje. Dzięki temu możliwe jest zapewnienie ciągłości ogrzewania oraz utrzymanie optymalnych warunków użytkowych niezależnie od warunków pogodowych.
Czy każda pompa ciepła przy wysokich mrozach osiąga swoją moc maksymalną? Jaka moc pompy ciepła będzie potrzebna?
Podczas doboru pompy ciepła jednym z najistotniejszych elementów jest analiza parametrów dotyczących jej wydajności grzewczej. Aby lepiej zobrazować sposób, w jaki moc grzewcza zmienia się w zależności od warunków zewnętrznych, można posłużyć się przykładowym wykresem przygotowanym na podstawie danych technicznych dla serii urządzeń Aquami produkowanych przez markę Rotenso.
W naszym wideo poniżej, na osi pionowej przedstawiono wartości mocy cieplnej, jaką pompa jest w stanie dostarczyć do budynku, natomiast oś pozioma obrazuje temperaturę zewnętrzną. Widoczna jest tutaj tendencja spadkowa – im chłodniejsze powietrze, tym niższa efektywność grzewcza urządzenia. Jest to zjawisko typowe dla pomp typu powietrze-woda.
Założono w analizie, że zapotrzebowanie budynku przy temperaturze zewnętrznej na poziomie minus 20°C wynosi 10 kW. Przy tej wartości okazuje się, że żadna z zaprezentowanych pomp nie jest w stanie samodzielnie osiągnąć takiej wydajności w ekstremalnie niskich temperaturach. Nawet model o nominalnej mocy 16 kW zapewnia jedynie około 6–7 kW przy wskazanym punkcie temperaturowym.
W takich przypadkach producenci przewidują dodatkowy system wspomagający w postaci grzałek elektrycznych. Ich zadaniem jest uzupełnienie brakującej mocy grzewczej w sytuacji, gdy pompa przestaje być wystarczająco wydajna. W omawianym przykładzie to właśnie te grzałki pokrywają niedobór na poziomie około 4 kW.
Granicą, do której pompa ciepła jest w stanie samodzielnie zapewniać komfort cieplny w budynku bez konieczności wsparcia grzałkami, nazywa się punktem biwalencji. To właśnie ten moment określa zakres samodzielnej pracy urządzenia i stanowi ważne odniesienie przy projektowaniu systemu ogrzewania opartego na pompie ciepła. Uwzględnienie tego parametru pozwala uniknąć niedoszacowania lub przewymiarowania urządzenia, co ma bezpośredni wpływ na efektywność całego układu grzewczego.
Jak obliczyć moc pompy ciepła na podstawie punktu biwalencji?
Punkt, w którym pompa ciepła przestaje samodzielnie pokrywać zapotrzebowanie budynku na energię cieplną, określa się jako punkt bivalencji. W większości przypadków optymalnie powinien on przypadać na poziomie temperatury zewnętrznej około minus 10°C. Dobór urządzenia powinien opierać się na zachowaniu równowagi – z jednej strony nie należy przewymiarować pompy, z drugiej strony nie może ona być zbyt słaba, aby nie wymagała nadmiernego wsparcia grzałkami.
Dla budynku, którego zapotrzebowanie cieplne wynosi 10 kW, można wizualnie przedstawić zależność strat ciepła w funkcji temperatury zewnętrznej, prowadząc prostą od tej wartości aż do 20°C, gdzie potrzeba ogrzewania już nie występuje. Na podstawie tej linii można określić, przy jakiej temperaturze pompa ciepła osiąga swoje graniczne możliwości bez konieczności wsparcia. Dla urządzenia o mocy 10 kW punkt ten przypada przy temperaturze minus 10°C. W przypadku modelu 12 kW będzie to już przy około minus 13°C, co może wydawać się korzystniejsze, ale niesie za sobą inne konsekwencje.
Pojawia się więc pytanie – dlaczego nie zdecydować się na urządzenie, które poradzi sobie nawet przy minus 20°C? Odpowiedź tkwi w sposobie pracy nowoczesnych pomp, które wyposażone są w technologię inwerterową. Dzięki niej możliwe jest płynne dostosowanie mocy grzewczej do rzeczywistego zapotrzebowania, co pozwala na oszczędną i stabilną eksploatację systemu. Problem pojawia się jednak wtedy, gdy wybrana pompa ma zbyt dużą moc nominalną w stosunku do rzeczywistego obciążenia cieplnego w łagodniejszych warunkach.
W sytuacji, gdy na zewnątrz panuje temperatura kilku stopni powyżej zera, zapotrzebowanie na energię cieplną spada. Jeżeli pompa dostarcza wówczas nadmiar energii, system musi radzić sobie z jej nadprodukcją. Prowadzi to do częstego włączania i wyłączania urządzenia, co wpływa niekorzystnie na jego trwałość oraz efektywność. Dla przykładu, jeśli budynek wymaga 4 kW, a pompa generuje 10 kW, powstaje nadwyżka 6 kW, która nie ma zastosowania. To powoduje przegrzewanie pomieszczeń, a w konsekwencji nieoptymalną pracę całego układu.
Dlatego dobór mocy pompy powinien zawsze być oparty na analizie bilansu cieplnego oraz na założeniu, że urządzenie będzie wykorzystywane w szerokim zakresie temperatur. Tylko wtedy możliwe jest zapewnienie komfortu cieplnego, trwałości urządzenia i niskich kosztów eksploatacyjnych.
Optymalizacja pracy pompy ciepła
W pracy pomp ciepła dąży się do uzyskania możliwie płynnej i jednostajnej pracy, ponieważ każde ponowne uruchomienie sprężarki wiąże się z większym zużyciem energii i wpływa na trwałość komponentów. Jeśli urządzenie jest przewymiarowane względem zapotrzebowania cieplnego budynku, dochodzi do sytuacji, w której pompa musi się często włączać i wyłączać, co prowadzi do tzw. pracy przerywanej. W takiej konfiguracji system ogrzewania pracuje mniej efektywnie, a jego żywotność może ulec skróceniu.
Dlatego właśnie zaleca się, aby punkt biwalencji, czyli granica pracy samodzielnej pompy bez wsparcia grzałkami, przypadał mniej więcej przy temperaturze zewnętrznej około minus 10°C. Przemawia za tym także rozkład temperatur w sezonie grzewczym. Dane z wieloletnich obserwacji klimatycznych, na przykład dla Lublina, pokazują, że zdecydowana większość godzin w tym okresie mieści się w przedziale temperatur od około minus 6°C do plus 10°C. Oznacza to, że to właśnie w tym zakresie pompa ciepła powinna pracować najbardziej efektywnie.
Wybierając urządzenie o nieco większej mocy, można uzyskać lepszą wydajność w cieplejszych dniach, pod warunkiem że cały system został dobrze zaprojektowany – z odpowiednio dobranym sterowaniem oraz z buforem ciepła, który pozwala wyrównać chwilowe nadwyżki energii. Przewymiarowanie pompy w umiarkowany sposób może być korzystne, szczególnie jeśli urządzenie będzie również odpowiadało za przygotowanie ciepłej wody użytkowej. W takich momentach część mocy zostaje skierowana do podgrzewania zasobnika, co chwilowo ogranicza możliwość ogrzewania pomieszczeń.
Z kolei dobranie pompy o zbyt małej mocy niesie znacznie większe ryzyko. W przypadku bardzo niskich temperatur zewnętrznych, takich jak minus 20°C lub niższych, urządzenie może nie sprostać zapotrzebowaniu, nawet przy wsparciu grzałek elektrycznych. Wówczas temperatura w budynku zaczyna spadać, co wpływa bezpośrednio na komfort domowników i może prowadzić do strat energetycznych.
W analizowanym przypadku wykresu mocy grzewczej pomp ciepła Rotenso najkorzystniejszymi rozwiązaniami wydają się urządzenia o mocy 10 kW lub 12 kW. Dobór zależy nie tylko od samego zapotrzebowania cieplnego budynku, ale także od dodatkowych funkcji, jakie ma pełnić system, oraz od potencjalnych różnic między parametrami projektowymi a rzeczywistym zużyciem energii. Uwzględnienie wszystkich tych aspektów pozwala stworzyć wydajny i ekonomiczny system grzewczy.
Sprawdzanie właściwości technicznych źródeł ciepła
Rzeczywiste zapotrzebowanie cieplne budynku może różnić się od wartości przyjętych w obliczeniach projektowych. W praktyce nie są to różnice sięgające dwukrotności, jednak wzrost z 10 do 12 kW nie należy do rzadkości. Przyczyną mogą być niedoskonałości izolacji, nieszczelne okna, zwiększona wentylacja, czy nieprzewidziane zmiany w strukturze ocieplenia. W takich sytuacjach bezpieczniejszym podejściem jest wybór urządzenia o nieco większym potencjale.
Warto również zwrócić uwagę na różnice w nazewnictwie i oznaczeniach mocy pomp ciepła w zależności od producenta. Przykład dwóch marek pokazuje, jak duże mogą być rozbieżności: pompa oznaczona jako 10 kW u jednego producenta osiąga tę moc przy dodatnich temperaturach zewnętrznych, co nie odpowiada warunkom, w których system grzewczy pracuje najintensywniej. Tymczasem inny model, oznaczony jako 6 kW, oferuje pełną moc grzewczą przy temperaturach bliskich minus 18 stopni.
Te różnice wynikają nie z błędów w konstrukcji czy nieścisłości, ale z braku jednolitych standardów w zakresie nazewnictwa. Każdy producent sam określa, dla jakich warunków nominalnych podaje moc swoich urządzeń, co oznacza, że porównywanie pomp jedynie na podstawie nazw modeli może prowadzić do błędnych decyzji. Różnice te widoczne są także w przypadku innych marek, takich jak Colton, gdzie deklarowana moc nominalna osiągana jest dopiero przy temperaturach powyżej zera, a przy ujemnych wartościach spada znacząco.
Dlatego tak istotne jest sięganie do szczegółowych danych technicznych – tabelek i wykresów producenta, które pokazują zmienność wydajności w zależności od temperatury zewnętrznej. Brak takich informacji może świadczyć o niskim standardzie oferty lub braku rzetelnego podejścia do projektowania systemu.
Wątpliwości dotyczące tego, czy większe urządzenie oznacza automatycznie większe zużycie energii, pojawiają się bardzo często. W rzeczywistości wiele zależy od sposobu modulacji i sterowania urządzeniem. Współczesne pompy z technologią inwerterową dopasowują swoją moc do aktualnych potrzeb budynku. Oznacza to, że większa jednostka, jeśli nie pracuje ciągle na pełnej mocy, nie musi generować większych kosztów eksploatacyjnych. Dodatkowo, zapewniając rezerwę mocy, może skuteczniej i stabilniej reagować na zmienne warunki zewnętrzne.
Przykład dwóch zbiorników na ciepłą wodę użytkową i specyfikacji pomp ciepła
Zapotrzebowanie energetyczne potrzebne do podgrzania 300-litrowego zbiornika wody do temperatury 45°C wynosi około 12 kWh. Niezależnie od tego, czy energia ta zostanie dostarczona przez pompę o mocy 12 kW w ciągu jednej godziny, czy przez urządzenie o mocy 6 kW w ciągu dwóch godzin, zużycie pozostaje na tym samym poziomie. Czas realizacji różni się, ale końcowy bilans energetyczny pozostaje niezmienny.
Pompa ciepła automatycznie dopasowuje swoją pracę do aktualnego zapotrzebowania budynku, dlatego wybór urządzenia o większej mocy nie musi prowadzić do wzrostu zużycia energii. Wyjątkiem są sytuacje, w których urządzenie o zbyt dużej mocy zbyt często się włącza i wyłącza – to tak zwane taktowanie, które zwiększa zużycie energii i może skracać żywotność sprężarki. Z drugiej strony, zbyt mała jednostka nie jest w stanie samodzielnie zapewnić wymaganej ilości ciepła, co skutkuje częstym wspomaganiem przez grzałki elektryczne, a to także prowadzi do wzrostu kosztów eksploatacyjnych.
W przypadku wątpliwości między wyborem dwóch modeli pomp, różniących się nieznacznie mocą, lepiej zdecydować się na nieco większe urządzenie. Sprawność pomp, mierzona współczynnikiem COP, zależy od warunków pracy – im wyższa wartość COP, tym mniejsze zużycie energii w stosunku do ilości ciepła wytworzonego.
Na przykładzie pompy ciepła Rotenso o mocy 10 kW, przy temperaturze zewnętrznej –5°C i zasilaniu instalacji grzewczej wodą o temperaturze 45°C, wartości COP prezentują się różnie w zależności od trybu pracy. Przy maksymalnych obrotach sprężarki COP wynosi 2,65. W trybie średnim wzrasta do 2,72, a przy najniższych obrotach osiąga 2,80. Widać więc, że większa sprawność osiągana jest przy pracy urządzenia z mniejszym obciążeniem, co potwierdza sens montażu pomp lekko przewymiarowanych – pod warunkiem że nie dochodzi do nadmiernego taktowania.
Z tego względu znacznie bardziej ryzykownym rozwiązaniem jest instalacja pompy o zbyt niskiej mocy. W takim przypadku urządzenie może nie nadążać z dostarczaniem odpowiedniej ilości energii, szczególnie podczas niskich temperatur zewnętrznych, co wpływa na komfort cieplny i zwiększa zużycie energii.
Obliczenia dotyczące zapotrzebowania na moc grzewczą w warunkach skrajnie niskich temperatur, jak –20°C, odnoszą się do sytuacji, w której temperatura w budynku jest już ustabilizowana, a pompa ciepła odpowiada jedynie za jej utrzymanie. Jednak w przypadku nagłego wychłodzenia wnętrza, na przykład wskutek zatrzymania się pompki obiegowej, konieczne staje się nie tylko dalsze podtrzymywanie ciepła, ale również jego uzupełnienie. Taka sytuacja zwiększa chwilowe zapotrzebowanie na energię.
W tym kontekście przewaga nieco mocniejszych pomp ciepła staje się bardziej widoczna. Zapewniają one większą elastyczność pracy systemu i lepiej radzą sobie w sytuacjach awaryjnych. Dodatkowo warto zwrócić uwagę na obecność grzałek elektrycznych, które wbudowywane są standardowo przez wielu renomowanych producentów. Zazwyczaj mają one moc sięgającą 9 kW, co pozwala nie tylko na skuteczne dogrzewanie pomieszczeń w warunkach ekstremalnych, ale również na awaryjne przejęcie całej funkcji ogrzewania w przypadku usterki jednostki głównej.
Dzięki temu możliwe jest zapewnienie ciągłości ogrzewania przez kilka dni, co ma szczególne znaczenie zimą. System nie pozostaje bezczynny, a użytkownicy nie muszą obawiać się całkowitego wychłodzenia budynku. Co więcej, połączenie podstawowej mocy pompy ciepła, która w temperaturze –20°C może dostarczyć około 6 kW, z dodatkowym źródłem ciepła w postaci grzałki o mocy 9 kW, pozwala osiągnąć sumaryczną wydajność rzędu 15 kW. To wartość, która przekracza przeciętne zapotrzebowanie energetyczne nawet w trudnych warunkach, co daje użytkownikom większy margines bezpieczeństwa i komfort cieplny w domu.
Ogrzewanie podłogowe i grzejniki – czy system ogrzewania wpływa na wybór pompy ciepła?
Dobór odpowiedniej mocy pompy ciepła powinien uwzględniać sposób, w jaki rozprowadzane jest ciepło w budynku. System ogrzewania podłogowego zwykle pracuje na niskiej temperaturze, wynoszącej około 30°C, natomiast grzejniki wymagają zazwyczaj wyższych parametrów, sięgających nawet 45°C. Różnice te wpływają bezpośrednio na wydajność urządzenia grzewczego.
Dla niższej temperatury zasilania pompa ciepła jest w stanie dostarczyć większą moc grzewczą przy tej samej temperaturze zewnętrznej. W przypadku ogrzewania podłogowego, przy założeniu temperatury otoczenia wynoszącej –20°C, możliwe jest uzyskanie przykładowo 5,35 kW. Natomiast przy ogrzewaniu grzejnikowym, gdzie wymagane są wyższe temperatury w instalacji, wydajność urządzenia może spaść nawet do 3,89 kW.
Taka zależność nie oznacza, że system grzejnikowy nie nadaje się do współpracy z pompą ciepła. Wymaga on jednak innego podejścia przy projektowaniu instalacji oraz dokładniejszego uwzględnienia wymagań cieplnych budynku.
Aby właściwie oszacować potrzebną moc grzewczą, warto skorzystać z audytu energetycznego, który może być realizowany w ramach programów wspierających modernizację energetyczną, takich jak „Czyste Powietrze”. Audyt pozwala określić faktyczne zapotrzebowanie cieplne budynku z uwzględnieniem strat energii przez przegrody zewnętrzne i system wentylacji. W przypadku braku takiej możliwości, można również posiłkować się dostępnymi w sieci kalkulatorami, które przybliżają orientacyjną wartość obciążenia cieplnego na podstawie danych technicznych budynku. Choć są mniej precyzyjne, stanowią pomocne narzędzie do wstępnej analizy.