Jak mądrze sterować pracą pompy ciepła?

Jak mądrze sterować pracą pompy ciepła?

Sterowanie pracą pompy ciepła to jeden z ważnych aspektów jej użytkowania, który wpływa zarówno na komfort cieplny, jak i na efektywność energetyczną. Po zamontowaniu urządzenia pojawia się pytanie, w jaki sposób dostosować jego działanie do potrzeb użytkowników i warunków panujących w budynku. Odpowiednie ustawienia decydują o tym, kiedy pompa powinna się włączyć, wyłączyć oraz jak dostosować temperaturę w różnych strefach grzewczych.

Przeczytaj także:

• Jak działa ładowanie samochodu elektrycznego z fotowoltaiki?
• Jak działa powietrzna pompa ciepła przy niskich temperaturach?
• Czy jest sens montować fotowoltaikę do pompy ciepła? Jakie są koszty eksploatacji budynku z PC i PV?

Skąd pompa ciepła otrzymuje sygnał, że ma się włączyć lub wyłączyć?

Najłatwiej wyjaśnić zasadę działania pompy ciepła na schemacie przedstawiającym jej kluczowe elementy. W systemie składającym się z jednostki zewnętrznej, jednostki wewnętrznej, bufora i instalacji grzewczej, ciepło transportowane jest za pomocą układu freonowego do jednostki wewnętrznej, a następnie dystrybuowane rurami wodnymi do grzejników.

Decyzja o rozpoczęciu lub zakończeniu ogrzewania może opierać się na dwóch podstawowych systemach sterowania. Pierwszy z nich bazuje na temperaturze powietrza wewnątrz budynku, mierzonej przez termostat. Jeśli temperatura w pomieszczeniu spadnie poniżej zadanej wartości, sterownik wysyła sygnał do pompy ciepła, aby rozpoczęła pracę. Gdy temperatura osiągnie określony poziom, urządzenie otrzymuje sygnał do wyłączenia.

Taki sposób sterowania sprawia, że pompa ciepła działa cyklicznie – uruchamia się, gdy temperatura spadnie i zatrzymuje, gdy osiągnięty zostanie ustalony poziom ciepła. Wadą tej metody jest częste włączanie i wyłączanie sprężarki, co niekorzystnie wpływa na jej żywotność. Optymalnym rozwiązaniem w przypadku pomp ciepła jest wydłużenie czasu pracy na jednym cyklu, które ogranicza liczbę rozruchów i poprawia efektywność działania całego systemu.

Sterowanie temperaturą wody, jako alternatywne rozwiązanie

Aby pompa ciepła mogła pracować w dłuższych cyklach, można zastosować alternatywny sposób sterowania, który opiera się na temperaturze wody zamiast temperatury powietrza. W tym przypadku nie wykorzystuje się termostatu pomieszczeniowego, lecz czujniki monitorujące temperaturę zasilania i powrotu wody do pompy.

System ten działa w taki sposób, że pompa nieustannie przepuszcza wodę w instalacji. Przykładowo, jeśli temperatura zasilania ma wynosić 45°C, a powrotu 40°C, urządzenie utrzymuje pracę na odpowiednim poziomie. W miarę jak budynek się nagrzewa, temperatura powrotu wzrasta – na przykład do 42–43°C. Wówczas pompa odczytuje, że ogrzewanie osiągnęło odpowiedni poziom i nie ma dalszej potrzeby intensywnego dostarczania ciepła. W odpowiedzi na ten sygnał stopniowo zmniejsza swoją moc, a jeśli osiągnie minimalne obroty i temperatura nadal rośnie, zatrzymuje pracę.

Następnie pompa okresowo sprawdza, czy temperatura wody w instalacji zaczyna spadać, co oznacza konieczność ponownego uruchomienia. Ten sposób sterowania pozwala na bardziej płynną pracę urządzenia, ale wymaga precyzyjnego ustawienia krzywej grzewczej. Jeśli zostanie ona źle dobrana, może dochodzić do wahań temperatury w pomieszczeniach – raz będzie wynosić 21°C, innym razem 22,5°C lub spadnie do 20,5°C. Czynniki takie jak zmieniające się warunki pogodowe, np. silniejszy wiatr, mogą wpływać na sposób ogrzewania budynku, co wymaga regularnych korekt ustawień, dopóki nie zostanie osiągnięta optymalna konfiguracja.

Sterowanie krzywą grzewczą na odcinku bufor - pompa ciepła

Aby uniknąć konieczności ciągłego korygowania krzywej grzewczej, można zastosować bardziej zaawansowane sterowanie z wykorzystaniem bufora. Pompa ciepła będzie pracować w oparciu o temperaturę w buforze, a nie bezpośrednio na podstawie zapotrzebowania z instalacji grzewczej. Dzięki temu jej cykle pracy będą dłuższe i bardziej zoptymalizowane.

W takim systemie pompa ciepła dostarcza energię cieplną do bufora, a czujniki monitorują, czy zgromadzone ciepło jest odbierane przez instalację. Najważniejszym elementem staje się tu pompa obiegowa, odpowiedzialna za transport ciepła do grzejników lub ogrzewania podłogowego. Zamiast sterować bezpośrednio pompą ciepła, termostat pomieszczeniowy kontroluje właśnie pompę obiegową. Oznacza to, że gdy temperatura w budynku osiągnie pożądany poziom, zamiast wyłączenia pompy ciepła zatrzymuje się tylko obieg ciepłej wody. Pompa ciepła nadal pracuje, uzupełniając zapasy energii w buforze, ale nie przegrzewa pomieszczeń. 

W momencie ponownego zapotrzebowania na ciepło, system reaguje natychmiast – pompa obiegowa zaczyna pobierać zgromadzoną energię i dostarczać ją do instalacji. Dzięki temu ogrzewanie działa od razu, bez konieczności ponownego uruchamiania pompy ciepła i czekania na jej rozgrzanie. Gdy poziom ciepła w buforze zacznie spadać, pompa ciepła stopniowo się uruchamia i uzupełnia zapasy. Proces ten powtarza się w cyklu, zapewniając stabilność temperatury w pomieszczeniach oraz dłuższą i bardziej efektywną pracę całego systemu.

Dlaczego ostatni sposób sterowania najlepiej wpływa na wydajność pompy ciepła?

Takie sterowanie pozwala na wydłużenie cykli pracy pompy ciepła, co sprawia, że każde jej uruchomienie trwa dłużej, a sama pompa nie włącza się przy każdej najmniejszej zmianie temperatury. W efekcie najpierw wykorzystywane jest ciepło zgromadzone w buforze, a dopiero gdy jego poziom spadnie poniżej określonego progu, pompa rozpoczyna pracę. Dzięki temu cały system działa stabilniej, a energia cieplna jest efektywnie wykorzystywana w dłuższych cyklach, co zmniejsza częstotliwość włączania i wyłączania urządzenia.

Dodatkową korzyścią jest optymalizacja pracy pompy ciepła pod względem wydajności. Analizując wykresy sprawności, można zauważyć, że urządzenie osiąga najlepsze wyniki, gdy pracuje w swoim optymalnym zakresie mocy. Przy maksymalnym obciążeniu sprawność spada, natomiast gdy pompa pracuje w bardziej zmodulowanym trybie, efektywność jest wyższa. Wprowadzenie bufora i sterowanie na podstawie temperatury wody oraz powietrza pozwala na częstsze korzystanie z optymalnych parametrów pracy, a to wpływa na mniejsze zużycie energii.

Działanie pompy ciepła można porównać do jazdy samochodem. Pojazd, który jedzie płynnie i unika częstego zatrzymywania oraz ponownego ruszania, zużywa mniej paliwa niż taki, który musi się co chwilę rozpędzać od zera. Podobnie jest z pompą ciepła – im dłużej pracuje w jednym cyklu, tym efektywniej wykorzystuje energię, a sam system staje się bardziej ekonomiczny i mniej obciążony pod względem eksploatacyjnym. Właśnie dlatego odpowiednie sterowanie pozwala nie tylko na obniżenie kosztów eksploatacji, ale także na wydłużenie żywotności urządzenia.