W artykule Jak działa pompa ciepła? 5 głównych etapów. pisałem o tym, jak działa pompa ciepła, a przede wszystkim jak działa pompa ciepła powietrze-woda. Niezależnie od tego czy jest to pompa ciepła typu split czy monoblok.
W tym poście skupię się na czynnikach, które wpływają na zużycie energii (pobór prądu) przez pompę ciepła. Większość z nich warto brać pod uwagę dobierając urządzenie do konkretnego domu lub budynku.
Należy zaznaczyć, że źle dobrana lub/i niewłaściwie użytkowana pompa ciepła, może przełożyć się na rachunki wyższe, niż mogłyby one istotnie być.
Od czego zależy ile prądu zużywa pompa ciepła?
Moc pompy ciepła
Teoretycznie im wyższa będzie moc pompy ciepła, tym większe będzie zużycie energii. W praktyce większość pomp ciepła dostępnych obecnie w sprzedaży przez producentów, wyposażona jest w sprężarki sterowane inwerterowo. Sprężarki te różnią się od sprężarek on/off tym, że pozwalają na dostosowanie mocy urządzenia do znacznie niższych wartości, niż maksymalna. Dzięki temu, można powiedzieć, że w pewnym stopniu pompa ciepła jest w stanie dopasować się wówczas do chwilowego zapotrzebowania budynku na ciepło.
Dzięki temu zużyje też dokładnie tyle energii, ile powinna (teoretycznie). Natomiast jeżeli moc pompy będzie zbyt duża, może się okazać, że w trakcie cieplejszych dni, np. wczesną wiosną, ale wciąż takich, że urządzenie nadal pracuje, moc takiego urządzenia będzie większa, niż potrzeba, przez co pompa będzie się często włączała i wyłączała, a najwięcej energii pójdzie na jej ponowne uruchamianie. Podobnie będzie ze zbyt małą mocą urządzenia – zbyt długo urządzenie będzie działało na pełnych obrotach, aby dogrzać budynek lub szybciej włączy się grzałka wspomagająca.
Sprężarka
Oprócz tego, znaczenie ma jakiego typu jest to sprężarka i na jakim czynniku ona pracuje. Obecnie najczęściej spotykane są urządzenia oparte o czynnik: R410A, R32 lub R290. Najmniej efektywnym z nich jest czynnik R410A, a najbardziej efektywny jest czynnik R290 (propan). Sprężarki propanowe spotkamy jednak wyłącznie w urządzeniach typu monoblok lub hydrosplit. Sprężarki mają również podział ze względu na ich budowę.
Dzielą się na sprężarki: tłokowe, rotacyjne i spiralne. Na najniższe zużycie energii pozwalają te ostatnie – sprężarki spiralne (tzw. scroll). Ponadto sprężarki tego typu pozwalają na płynniejszą i cichszą pracę samego urządzenia, a ich żywotność jest zdecydowanie dłuższa, niż w przypadku pozostałych rozwiązań.
Plusem pozostałych będzie zdecydowanie niższa cena w porównaniu do sprężarek spiralnych, przez co cena urządzenia również będzie niższa, ale w tym przypadku mamy coś za coś.
Docieplenie budynku
Docieplenie ścian i dachu będzie miało kluczowe znaczenie dla zużycia energii przez pompę ciepła. Przez dach i ściany ucieka duża ilość ciepła. Nawet minimalna izolacja pozwala na znaczne zmniejszenie zużycia energii.
W skrajnych przypadkach zapotrzebowanie na ciepło nieocieplonego budynku, może być 3x wyższe, niż byłoby to w przypadku jego ocieplenia. Dodatkowo jeżeli myślimy o ociepleniu domu w najbliższym czasie, to wybór mocy samego urządzenia również w mniejszym lub większym stopniu się zmieni. Wówczas wybierając moc pompy ciepła, warto pomyśleć o urządzeniu, które będzie w stanie dopasować się do mniejszego zapotrzebowania lub wybrać takie, które będzie pewnego rodzaju kompromisem lub/i uwzględnić odpowiedniej pojemności zbiornik buforowy, który w pewnym stopniu będzie w stanie zrekompensować błędy w doborze urządzenia.
Sposób ogrzewania
Sposób ogrzewania – nie bez znaczenia pozostaje sposób ogrzewania budynku (rodzaj emiterów ciepła).
W zależności od tego, czy w domu jest podłogówka, kaloryfery czy klimakonwektory, zużycie energii będzie kształtowało się zupełnie inaczej, bo też temperatura wody, do której pompa ciepła musi ją ogrzać, będzie inna. W przypadku ogrzewania domu kaloryferami, istotne będzie też jakiego rodzaju są to kaloryfery. <br>Warto pomyśleć też nad większymi kaloryferami, aby zwiększyć ich powierzchnię grzewczą, jeżeli mamy taką możliwość. Urządzenie należy również dobrać tak, aby było ono w stanie poradzić sobie z pracą przy wyższym parametrze. Z pracą na kaloryferach z zasady kiepsko będą radziły sobie pompy niskotemperaturowe.
Może okazać się, że dobranie niskotemperaturowej pompy ciepła do domu ogrzewanego w 100% kaloryferami, skończy się dużym zużyciem energii, szybszym zużyciem urządzenia lub po prostu nie będzie ono w stanie ogrzewać pomieszczeń do takiej temperatury, jakiej byśmy oczekiwali.
Warunki zewnętrzne
Od tego, jakie temperatury na zewnątrz będziemy mieli, zwłaszcza zimą, w dużej mierze zależne jest jak duże będzie zużycie energii w ciągu sezonu grzewczego i całego roku. Im dłużej będą trwały mrozy, tym większe będzie całkowite sezonowe i roczne zużycie energii. Wydajność pompy ciepła spada wraz z temperaturą i dlatego też pompę ciepła dobiera się często do tzw. punktu biwalentnego, czyli takiej temperatury na zewnątrz, do której urządzenie jest w stanie wytworzyć potrzebną moc grzewczą, pracą samej sprężarki.
Poniżej tej temperatury włączy się wówczas dodatkowe źródło ciepła (szczytowe). Może to być np. grzałka elektryczna, zewnętrzna lub fabrycznie zamontowana w urządzeniu, ale może też być to piec gazowy czy piec na pellet. Najczęściej wykorzystuje się grzałkę elektryczną i nie powinna ona przekraczać 10% czasu pracy urządzenia w ciągu roku.
Sposób korzystania z pompy ciepła
W zależności od tego, czy urządzenie będzie służyło wyłącznie w trybie CO (centralnego ogrzewania), czy będzie służyło również do przygotowywania ciepłej wody użytkowej (CWU), zużycie energii będzie wyglądało inaczej. Przygotowanie wody użytkowej wiąże się oczywiście z dodatkowym poborem energii, a sprawność samego urządzenia jest wówczas znacznie niższa, niż w trybie CO. Znaczenie będzie miało też do jakiej temperatury podgrzewać będziemy CWU i analogicznie – jakie temperatury w pomieszczeniach będziemy chcieli uzyskać w trybie CO.
Wykorzystane technologie
Na wykorzystane w urządzeniach technologie mamy niestety wpływ tylko wybierając odpowiedniej klasy urządzenia jeszcze na etapie zakupu. Im bardziej świadomie i rzetelnie podejdziemy do tej kwestii, tym większe będzie prawdopodobieństwo, że urządzenie będzie cieszyło się bezawaryjną pracą, a my będziemy zadowoleni z zakupu. Przykładem takich technologii może być m.in. wspomniana wcześniej sprężarka; algorytmy pracy urządzenia; czy nawet sposób odszraniania jednostki zewnętrznej (tzw. defrost), który również wymaga odpowiedniego wydatku energetycznego, jeżeli odbywa się w wysokiej temperaturze.
Wykorzystane materiały
Np. rury o odpowiednim przekroju i izolacji również będą przekładały się na efektywność urządzenia, a co się z tym wiąże zużycia energii, ponieważ żeby pompa ciepła pracowała efektywnie, musimy zachować odpowiedni przepływ wody w instalacji centralnego ogrzewania. Pozytywny wpływ na efektywność pompy ciepła może mieć czyszczenie instalacji przed jej montażem i okresowe czyszczenie filtrów.
Odległość od jednostki zewnętrznej.
Im dłuższa trasa rur pomiędzy jednostkami lub od jednostki zewnętrznej do miejsca jej przyłączenia do instalacji centralnego ogrzewania, tym większe będą straty ciepła. Większe straty ciepła to informacja dla urządzenia, że musi wejść na wyższe obroty (jeżeli to możliwe) lub dołączyć źródło szczytowe, np. grzałkę wspomagająca, co również może wpływać na zwiększone zużycie energii, a w skrajnych przypadkach, może być jedną z przyczyn niedogrzania budynku.
Okna, drzwi i mostki termiczne
W zależności od tego jak dużo mamy przeszkleń i jakiej jakości okna i drzwi mamy w swoim domu, będą występowały mniejsze lub większe straty ciepła. Dzieje się tak, ponieważ przerywają one ciągłość izolacji budynku, przez co są punktem, w którym będzie uciekało nam ciepło. Aby ograniczyć straty ciepła, możemy zastosować okna trzyszybowe i drzwi z izolacją termiczną.
Nasze nawyki
Jeżeli lubimy wysokie temperatury w pomieszczeniach, powiedzmy 24-25 stopnie, a w trakcie mroźnej zimy pootwieramy wszystkie okna, żeby dom przewietrzyć, to umówmy się, że nie pozostanie to obojętne dla jakiegokolwiek urządzenia grzewczego. Pompa ciepła będzie musiała nadgonić straty ciepła, spowodowane nieszczelnościami, co przełoży się również na większe zużycie energii. Samo podniesienie temperatury w pomieszczeniach ponad normę, to również dodatkowe zużycie energii i to samo tyczy się podgrzania wody użytkowej do wyższej temperatury.
Chłodzenie pompą ciepła
Jeżeli pompę ciepła będziemy wykorzystywali również do chłodzenia latem (funkcja klimatyzacji), to zużycie energii w skali całego roku również się trochę zwiększy. Mogą to być nieduże wartości, ponieważ chłodzenie budynku latem wymaga znacznie mniej energii, niż jego ogrzanie zimą, natomiast należy mieć to również na uwadze.
Sprawność urządzenia
Docieramy do punktu, przy którym wszystkie wyżej wspomniane czynniki będą miały znaczenie. W zależności od tego, jakiej jakości komponenty wykorzystano przy produkcji urządzenia, np. zastosowaną sprężarkę, czy komponenty wewnątrz urządzenia są dodatkowo zaizolowane; w jaki sposób pracuje samo urządzenie; w jaki sposób ogrzewany jest budynek; zastosowania się do zaleceń producenta dotyczących montażu; odpowiedniego doboru urządzenia; tym wyższa będzie sprawność urządzenia. Wartości, jakie deklarują producenci można znaleźć w karcie katalogowej danego urządzenia. Jednym z parametrów jest współczynnik efektywności (COP) i określa sprawność urządzenia ogółem. Przyjmując, że COP = 5.0, oznacza to że na każde 1 kWh pobranej energii elektrycznej (prądu), urządzenie jest w stanie wytworzyć 5 kWh energii cieplnej. Mamy też drugi wskaźnik – sezonową efektywność ogrzewania pomieszczeń (SCOP), który podany w formie jak wyżej lub w wartości procentowej, określa nam sprawność urządzenia w samym sezonie grzewczym. Można przyjąć, że jest on bardziej wiarygodny pod kątem oszacowania zużycia energii przez pompę ciepła. Im wyższy jest ten wskaźnik, tym mniej energii zużywa urządzenie.
Ilość mieszkańców
Co ciekawe, ciało człowieka również oddaje ciepło do otoczenia. Można zatem przyjąć, że im więcej jest domowników, tym więcej tego ciepła łącznie oddajemy. Wartości te są raczej pomijalne w wyliczeniach, ale już zużycie ciepłej wody przez mieszkańców jak najbardziej będzie miało znaczenie. Niezależnie od tego czy pompa częściej przełączy się na tryb CWU czy zastosujemy większy zbiornik – wzrośnie nam, choćby nieznacznie, zużycie energii.
Podsumowanie
Podsumowując, na zużycie energii przez pompę ciepła, a co się z tym wiąże, kosztów ogrzewania, wpływa:
-
- moc urządzenia
- rodzaj zastosowanej sprężarki
- izolacja termiczna budynku
- sposób ogrzewania
- warunki atmosferyczne
- tryb pracy urządzenia
- technologie zastosowane w urządzeniu
- materiały i akcesoria zewnętrzne
- długość trasy rur
- rodzaj okien i drzwi
- nawyki
- tryb chłodzenia
- sprawność urządzenia
- ilość mieszkańców (i zużycie wody)
Aby zużycie pompy ciepła było jak najniższe, wybierajmy przede wszystkim urządzenia o wysokiej efektywności i klasie efektywności energetycznej A+++. Jest to też istotne dla tych z Was, którzy decydując się na pompę ciepła, chcą zrezygnować z kopciucha czy ogólnie pieca na opał stały i będą korzystali z programu Program Czyste Powietrze – STOP Smog. Zadbajmy o odpowiednie warunki jej pracy, a w codziennym użytkowaniu urządzenia, kierujmy się zdrowym rozsądkiem. Warto metodą prób i błędów znaleźć taki złoty środek, przy którym ograniczenie zużycia prądu, nie będzie wiązało się z dużą utratą komfortu.
Słownik pojęć:
Sprężarka – urządzenie, w którym zwiększane jest ciśnienie czynnika chłodniczego.
Sprężarka inwerterowa – sprężarka z płynną regulacją wydajności.
Sprężarka spiralna – sprężarka, w której wzrost ciśnienia powstaje dzięki współpracy dwóch spirali.
Izolacja – zabezpieczenie budynku przed utratą ciepła, np. za pomocą styropianu.
Zbiornik buforowy – zbiornik przechowujący ciepłą wodę.
Emitery ciepła – urządzenia lub całe instalacje, oddające ciepło, np. instalacja ogrzewania podłogowego lub kaloryfery.
Pompy niskotemperaturowe – pompy ciepła, które są w stanie ogrzać wodę na wyjściu z pompy ciepła do maksymalnie 55 stopni.
Punkt biwalentny – taka temperatura zewnętrzna, do której pompa ciepła jest w stanie ogrzewać budynek mocą samej sprężarki.
Defrost – proces odsrzaniania (rozmrażania) jednostki zewnętrznej.
Źródło szczytowe – dodatkowe urządzenie wspomagające ogrzewanie budynku w momencie, kiedy temperatury na zewnątrz są na tyle niskie, że nie jest możliwe jego ogrzanie, mocą samej sprężarki.
Mostki termiczne – miejsca, w których ciepło ucieka nam z budynku.
COP – współczynnik wydajności pompy ciepła.
SCOP – sezonowa efektywność ogrzewania pomieszczeń.
