Czy pompa ciepła samodzielnie ogrzeje dom?

Pompa ciepła to nowoczesne i komfortowe urządzenie grzewcze, które można zastosować w każdym domu, nie tylko nowo budowanym, ale też poddawanym termomodernizacji. Jak optymalnie dobrać ją do zapotrzebowania budynku na ciepło?

Pompę ciepła w każdym przypadku można dobrać tak, żeby samodzielnie zaspokajała zapotrzebowanie budynku na ciepło, nawet w największy mróz. W przypadku dużych obiektów moc cieplna pojedynczego urządzenia może się okazać za mała, ale wtedy możliwe jest kaskadowe połączenie większej liczby pomp ciepła tak, by ich sumaryczna moc odpowiadała zapotrzebowaniu. Pozostaje jeszcze odpowiedzieć sobie na pytanie, czy warto dobierać moc pompy ciepła w taki sposób, żeby samodzielnie zapewniała zakładaną temperaturę w pomieszczeniach w każdych warunkach?

Pompy ciepła wykorzystują do ogrzewania ciepło, które jest zakumulowane w naszym otoczeniu - jego źródłem jest przede wszystkim energia słoneczna. Powszechnie stosowane są urządzenia, które odbierają je z ziemi (gruntu), ale najpopularniejszym, bo najłatwiejszym w realizacji rozwiązaniem, jest pompa pozyskująca ciepło z powietrza.

Działanie takich urządzeń opiera się na krążeniu w układzie zamkniętym płynu, który wykonuje tak zwany lewobieżny obieg parowy. Kluczowym procesem w tym obiegu, dzięki któremu ciepło ze źródła o niskiej temperaturze (tak zwanego dolnego) może być dostarczane do źródła o wyższej temperaturze (górnego), jest sprężanie pary płynu, czego skutkiem jest wzrost jego temperatury.

Im wyższą temperaturę płynu uzyskuje pompa ciepła, tym większą pracę wykonuje jej sprężarka, a to znaczy, że tym więcej energii elektrycznej potrzeba do jej napędzania. Dlatego efektywność pompy ciepła jest tym większa, im mniejsza jest różnica temperatury między jej górnym a dolnym źródłem ciepła, czyli między zasilaną przez pompę instalacją grzewczą, a ośrodkiem, z którego pompa odbiera ciepło, czyli powietrzem albo gruntem. Gdy ta różnica temperatury staje się bardzo duża, efektywność pompy ciepła maleje do tego stopnia, że jej używanie przestaje być opłacalne.

Temperatura gruntu jest w miarę stabilna, na głębokości poniżej strefy przemarzania utrzymuje się na poziomie powyżej 0^oC, ale temperatura powietrza zmienia się w dużym zakresie, zdarza się, że spada poniżej -20^oC. Dlatego na ogół nie ma wątpliwości, że gruntowa pompa ciepła bez problemu zapewni moc cieplną potrzebną do ogrzewania domu nawet w największy mróz, natomiast można je mieć w przypadku pompy powietrznej, bo w takich warunkach jej efektywność jest już niesatysfakcjonująca. Z tego względu opłacalne może być dobranie powietrznej pompy ciepła tak, żeby wtedy, gdy temperatura na zewnątrz jest na prawdę niska (poniżej -20^oC) jej działanie wspomagało inne, tak zwane szczytowe źródło ciepła. Jest nim najczęściej grzałka elektryczna wbudowana w jednostkę wewnętrzną pompy ciepła. Takie rozwiązanie jest proste i niedrogie, a dzięki temu opłacalne.

NIE PRZEGAP - dofinansowania do zakupy pompy ciepła:

• Moje Ciepło - jak dostać do 21 tys. zł dopłaty do pompy ciepła
• Nowa dotacja od PGNiG na kocioł gazowy i pompę ciepła
• Program "Czyste powietrze" - w 2022 r. najwyższa dotacja!

Jeśli jednak powietrzna pompa ciepła ma być zastosowana w starym budynku, w którym jest już zainstalowane źródło ciepła, na przykład kocioł gazowy, to można je wykorzystać zamiast grzałek, dzięki czemu koszt eksploatacji systemu grzewczego będzie niższy.

Instalacja grzewcza z pompą ciepła - praca w trybie biwalentnym

Układ, w którym pompa ciepła współpracuje z innym źródłem ciepła jest nazywany biwalentnym. Funkcjonuje on tak, że pompa zasila instalację grzewczą samodzielnie w zakresie temperatury, w którym jej efektywność jest wysoka. Natomiast, po przekroczeniu określonej minimalnej temperatury, tak zwanego punktu biwalentnego, jej działanie zaczyna wspomagać drugie, konwencjonalne urządzenie grzewcze (na przykład grzałka elektryczna). Producenci zalecają projektowanie instalacji grzewczej z pompą ciepła w taki sposób, żeby punkt biwalentny wynosił -5^oC lub mniej, w zależności od charakterystyki efektywności konkretnego urządzenia. W układach z tak określonym punktem biwalentnym udział pompy ciepła w wytwarzaniu ciepła sięga 98% i jest to zwykle rozwiązanie bardziej opłacalne niż zastosowanie pompy ciepła, która zapewnia 100% pokrycie zapotrzebowania na energię do ogrzewania.

Określenie punktu biwalentnego i optymalne dopasowanie mocy grzewczej pompy do zapotrzebowania na ciepło podczas projektowania systemu grzewczego wspomagają komputerowe programy doborowe, którymi dysponują producenci pomp ciepła.

Przewymiarowanie pompy ciepła nie wpływa pozytywnie na jej pracę, ponieważ za duża jednostka przez większą część roku nie będzie wykorzystywała swojej mocy maksymalnej. Nie jest też uzasadnione ekonomicznie, bo koszt energii elektrycznej, którą zużywa grzałka wspomagająca działanie optymalnie dobranej pompy powietrznej, nie przekracza 200 zł rocznie.

Coraz większe możliwości

Pompy ciepła są stale udoskonalane. Widać to najlepiej w segmencie pomp ciepła typu powietrze-woda. W ciągu ostatnich kilkunastu lat zmieniały się zarówno współczynnik sprawności, jak i graniczna dolna temperatura pracy tych pomp ciepła, która z -10^oC została w przypadku niektórych modeli obniżona nawet do -25^oC.

Przeczytaj też: Jak działa powietrzna pompa ciepła?

Przykładem urządzenia, które może działać w szerokim zakresie temperatury, jest łatwa w montażu pompa monoblokowa. Jest ona w stanie podgrzewać wodę nawet do 60^oC, gdy temperatura powietrza na zewnątrz wynosi -10^oC. Gdy spadnie do -20^oC, zapewnia temperaturę wody 45^oC, co wystarczy do zasilania niskotemperaturowej instalacji grzewczej i przygotowywania ciepłej wody użytkowej.

Przeczytaj też: Nieprawidłowe działanie pompy ciepła - jak poradzić sobie z niestabilną pracą urządzenia >>>

Zastosowanie sprężarek typu scroll z możliwością „wtrysku międzystopniowego” umożliwiło wyposażenie pomp ciepła w dodatkowy wymiennik ciepła nazywany ekonomizerem. Dzięki temu w niskiej temperaturze, nawet poniżej -20°C, urządzenie osiąga wysoką efektywność energetyczną (współczynnik sezonowej efektywności energetycznej SCOP przekracza 5). Wartość granicznej temperatury, przy której taka pompa ciepła działa ekonomicznie, została przesunięta w okolice -10°C. Możliwe stało się też uzyskanie temperatury wody zasilającej instalację c.o. na poziomie 65oC.

Przeczytaj też:

• Jakie są koszty ogrzewania domu pompą gruntową i powietrzną?
• Jak dobrać odpowiednią moc pompy ciepła?

Z czym łączyć pompę ciepła

Do niedawna wielu inwstorów zastanawiało się, czy warto łączyć pompę ciepła z kolektorami słonecznymi. W instalacjach z przeciętnym zapotrzebowaniem na energię i ciepłą wodę użytkową takie połączenie nie jest uzasadnione ekonomicznie. Takie rozwiązanie można polecić ewentualnie w sytuacji, gdy instalacja ma służyć do podgrzewania wody w basenie.

Obecnie znacznie bardziej korzystne jest połączenie pompy ciepła z systemem fotowoltaicznym. Dzięki zapisanej w ustawie o OZE możliwości odsyłania do sieci elektroenergetycznej nadwyżek energii wytwarzanej w domowej instalacji PV o mocy nieprzekraczającej 10 kW i bezpłatnego wykorzystania 80% tej energii w długim okresie rozliczeniowym, budynek wyposażany w instalację PV może się stać niemal zeroenergetyczny.

Nowoczesne pompy ciepła świetnie nadają się do współpracy z instalacjami fotowoltaicznymi, dzięki czemu możemy uzyskać ekologiczne ciepło oraz uniezależnić się od rosnących cen prądu. Poniższy schemat to przykład instalacji, w której pompa ciepła jest jedynym źródłem ciepła w domu. Urządzenie zaspokaja też resztę potrzeb mieszkańców, zapewniając chłodzenie i produkcję ciepłej wody użytkowej.