Jaką sprawność ma pompa ciepła zimą? | Pelsun.pl | Pelsun
Porozmawiaj z Ekspertem tel.  885 021 021
Akademia wiedzy
Pozostałe na blogu

Jaką sprawność ma pompa ciepła zimą?

12/11/2024

Jaką sprawność ma pompa ciepła zimą?

Pompa ciepła to urządzenie instalowane głównie z myślą o ogrzewaniu nieruchomości, co sprawia, że inwestorzy decydują się na nią przede wszystkim ze względu na sezon jesienno-zimowy. W przypadku pomp gruntowych, które czerpią ciepło z głębszych warstw ziemi, mrozy nie stanowią problemu, ponieważ temperatura na tym poziomie jest stabilna. Z kolei powietrzna pompa ciepła potrafi działać wydajnie nawet przy minusowych temperaturach zewnętrznych. Jak to możliwe i jak wpływa na sprawność pompy ciepła?

Przeczytaj także:

Wydajność pompy ciepła powietrznej a okres zimowy i grzewczy

Do niedawna powietrzne pompy ciepła miały trudności z działaniem przy niskich temperaturach, szczególnie w zakresie od -5 do -10 stopni Celsjusza. Jednak postęp technologiczny umożliwił producentom stworzenie urządzeń, które skutecznie działają nawet przy spadku temperatury poniżej -25 stopni Celsjusza. Chociaż zimą pompa ciepła zużywa więcej energii na dostarczenie odpowiedniej ilości ciepła do budynku, nadal jest w stanie efektywnie ogrzać zarówno przestrzeń mieszkalną, jak i wodę użytkową. Wydajność pracy urządzenia zależy od zastosowanej technologii, na przykład czy jest to pompa powietrze-powietrze, czy powietrze-woda. Zakres temperatur zewnętrznych ma duży wpływ na efektywność poszczególnych typów urządzeń, co warto wziąć pod uwagę przy wyborze systemu grzewczego do swojego gospodarstwa domowego.

Jak działa pompa ciepła w niskich temperaturach?

Pompa ciepła działa na zasadzie przekształcania energii cieplnej z otoczenia w ciepło, które następnie jest wykorzystywane do ogrzewania budynku. Proces ten przypomina działanie lodówki, ale w odwróconym kierunku. Ciepłe powietrze z zewnątrz pobierane jest przez pompę, która ogrzewa czynnik chłodniczy krążący w wymienniku. Następnie czynnik trafia do sprężarki, gdzie jego temperatura jeszcze wzrasta, a ciepło zostaje przekazane do domowej instalacji grzewczej, czyli grzejników lub ogrzewania podłogowego. W normalnych warunkach pracy, pompy ciepła są w stanie skutecznie zapewniać komfort cieplny w budynku, wykorzystując ciepło z otoczenia, nawet w niższych temperaturach.

Jak dobrać efektywność pompy ciepła?

Aby wybrać odpowiednią pompę ciepła do swojego domu, istotne jest zrozumienie współczynnika COP, który mierzy efektywność tego urządzenia. COP wskazuje, ile energii cieplnej pompa jest w stanie dostarczyć w stosunku do ilości energii elektrycznej, jaką pobiera. Wyższy współczynnik COP oznacza większą efektywność i oszczędność.

Efektywność pompy ciepła zależy nie tylko od samego współczynnika COP, ale także od konstrukcji urządzenia. Istotną rolę odgrywa sprężarka, która zużywa najwięcej prądu i ma bezpośredni wpływ na ogólną wydajność systemu grzewczego. Dlatego ważne jest, aby sprężarka była dobrze dobrana do mocy pompy, dzięki czemu będzie można zminimalizować straty energii. Poza tym wpływa to również na klasę energetyczną urządzenia.

Więcej o współczynniku COP przeczytasz w naszym artykule: COP – co to jest?

Wydajność pompy ciepła a jej rodzaj

Wydajność pompy ciepła w niskich temperaturach jest zależna od rodzaju dolnego źródła, z którego urządzenie pobiera energię. Na rynku dominują dwa główne typy pomp ciepła – powietrzne i gruntowe. Każdy z nich ma swoje specyficzne cechy, które wpływają na efektywność pracy w różnych warunkach pogodowych.

Powietrzne pompy ciepła, które czerpią energię z powietrza atmosferycznego, są bardziej dostępne i tańsze w instalacji, ale ich efektywność spada wraz z obniżaniem się temperatury na zewnątrz. Im chłodniej, tym większa ilość energii elektrycznej jest potrzebna do uzyskania odpowiedniego komfortu cieplnego w budynku. W związku z tym, pompy te wymagają zazwyczaj większej mocy, aby w pełni ogrzać dom podczas mrozów, co wpływa na wzrost kosztów eksploatacji zimą.

Z kolei gruntowe pompy ciepła pobierają energię z gruntu, gdzie temperatura na głębokości kolektorów jest stabilna i zawsze powyżej zera. Dzięki temu pompy te są mniej wrażliwe na zmiany pogodowe i mogą efektywnie działać przez cały rok, nawet podczas silnych mrozów. Chociaż ich instalacja wiąże się z wyższymi kosztami i wymaga odpowiednich warunków terenowych, to stabilna temperatura gruntu pozwala na zakup urządzenia o mniejszej mocy, co w efekcie przekłada się na niższe koszty eksploatacji.

Wybór pomiędzy powietrzną a gruntową pompą ciepła zależy od warunków terenowych i budżetu, ale kluczowym czynnikiem jest efektywność pracy w zimie, kiedy potrzeba ogrzewania jest największa.

Punkt biwalentny – co to jest?

Różnica między powietrzną a gruntową pompą ciepła wynika przede wszystkim z zakresu temperatur, w jakich te urządzenia pracują. W przypadku pomp powietrznych, spadek temperatury zewnętrznej powoduje obniżenie ich wydajności, przez konieczne może być wsparcie dodatkowego źródła ciepła, jakim jest grzałka elektryczna. W ocenie tego, jak pompa ciepła radzi sobie w zimowych warunkach, bardzo ważne jest określenie tzw. punktu biwalentnego. 

Punkt biwalentny to temperatura, przy której moc generowana przez pompę ciepła odpowiada stratom cieplnym budynku. Kiedy temperatura spada poniżej tego punktu, pompa nie jest w stanie samodzielnie ogrzewać domu i niezbędne jest wsparcie dodatkowym źródłem, czyli wspomnianą grzałką elektryczną.

Co ważne, pompę ciepła można ustawić w kilku różnych konfiguracjach:

• monowalentna – pompa ciepła pokrywa całe zapotrzebowanie na ciepło, niezależnie od temperatury zewnętrznej,
• biwalentna równoległa – pompa ciepła pracuje samodzielnie do momentu, gdy temperatura osiągnie punkt biwalentny. Poniżej tej temperatury do pracy dołącza dodatkowe źródło ciepła, np. grzałka elektryczna,
• biwalentna alternatywna – pompa ciepła działa do osiągnięcia punktu biwalentnego, po czym wyłącza się, a ogrzewanie przejmuje inne źródło ciepła, np. kocioł gazowy.

W polskich warunkach klimatycznych najczęściej wybieraną opcją jest konfiguracja biwalentna równoległa, która zapewnia, że pompa ciepła pokrywa zdecydowaną większość zapotrzebowania na ciepło przez cały sezon grzewczy, a grzałka elektryczna uruchamia się tylko w wyjątkowo niskich temperaturach.

Sprawność pompy ciepła w okresie zimowym a temperatury dla punktu biwalentnego

W tym momencie może pojawić się pytanie o to, przy jakiej temperaturze powietrza na zewnątrz wyznacza się punkt biwalentny. Istotny w tym przypadku jest to, że wszystko zależy od lokalizacji geograficznej miejsca, w którym montowana ma być pompa ciepła. Wartym podkreślenia jest fakt, że Polska znajduje się w pięciu strefach klimatycznych:

strefy klimatyczne polska do doboru pompy ciepła

Pomocne w określeniu temperatury punktu biwalentnego do lokalizacji inwestycji mogą być dane poniżej:

• strefa I - temperatura zewnętrzna wg projektu -16 stopni C, temperatura punktu biwalentnego -4/-7 stopni C
• strefa II - temperatura zewnętrzna wg projektu -18 stopni C, temperatura punktu biwalentnego -5/-8 stopni C
• strefa III - temperatura zewnętrzna wg projektu -20 stopni C, temperatura punktu biwalentnego -6/-9 stopni C
• strefa IV - temperatura zewnętrzna wg projektu -22 stopnie C, temperatura punktu biwalentnego -7/-10 stopni C
• strefa V - temperatura zewnętrzna wg projektu -24 stopnie C, temperatura punktu biwalentnego -8/-11 stopni C

Co istotne, punkt biwalentny wyznacza temperatury, które panują przez około kilkadziesiąt godzin w roku.

Pompa ciepła monoblok i split a spadek temperatury w okresie zimowym

Pompa ciepła typu split składa się z dwóch jednostek – zewnętrznej i wewnętrznej, między którymi krąży czynnik chłodniczy. Dzięki temu, że czynnik ten nie zamarza, proces przekazywania ciepła do wody grzewczej odbywa się dopiero w jednostce wewnętrznej. W przypadku pomp ciepła typu monoblok wszystkie elementy znajdują się w jednej obudowie na zewnątrz budynku.

W tym przypadku wymiana ciepła odbywa się na zewnątrz, a ciepło jest przesyłane do instalacji grzewczej przez rury hydrauliczne, które częściowo znajdują się na zewnątrz budynku. Aby zapobiec ryzyku zamarznięcia tych rur, stosuje się specjalne zabezpieczenia. Jednym z rozwiązań jest zastosowanie instalacji wypełnionej glikolem, który obniża punkt zamarzania lub zastosowanie dodatkowego wymiennika ciepła w systemie.