Pompa ciepła - sprawność w różnych warunkach

Czy pompa A będzie bardziej oszczędna od pompy B? Czym jest i od czego zależy sprawność pompy ciepła? Te i inne kwestie w tym artykule!

Kilka ofert do porównania

Jak wie każdy posiadacz takiego urządzenia, pompy umożliwiają uzyskanie kilku jednostek ciepła z jednej jednostki prądu. Oznacza to, że ogrzewanie domu pompą ciepła jest bardzo tanie i jest to ważny powód inwestowania w tę technologię.

W związku z tym ważne pytanie brzmi, czy ile jednostek ciepła dostarczy dana pompa ciepła? Stosunek uzyskanego ciepła do wydanej energii elektrycznej to właśnie sprawność.

Rzecz polega na tym, że sprawność pompy ciepła można określać na wiele sposobów i zależy ona od szeregu czynników. Ten artykuł omówi rzecz w całej rozciągłości.

Spis treści

Spokojnie!

Nie musisz być ekspertem od pomp ciepła, by być szczęśliwym właścicielem jednej z nich. Możesz po prostu poprosić o kilka ofert i na podstawie wyliczeń sprawdzić potencjalne zyski.

Od czego zależy sprawność pompy ciepła?

  • Od jakości pompy (rzecz jasna)
  • Od różnicy temperatur
  • Od rodzaju pompy
  • Od przeznaczenia i obciążenia pompy
  • Od pory roku

W grę wchodzi więc szereg czynników. Na szczęście do oceny sprawności pompy wystarczy znać jej etykietę energetyczną.

Etykieta energetyczna i klasa energetyczna pomp ciepła

Klient zainteresowany kupnem pompy ciepła może mieć niemały problem z właściwą oceną jakości poszczególnych urządzeń. Standardowym zagraniem marketingowym jest chwalenie się, że dana pompa ma COP=3,5, albo coś w tym guście. Dla Twojej wiadomości - ta informacja nic nie wnosi i nie da się na jej podstawie porównać dwóch pomp. Więcej o tym w dalszej części artykułu.

Ponadto jeśli szukasz pompy ciepła konkretnego typu, to nie jesteś zainteresowany jej statystykami, ale chcesz po prostu wiedzieć, czy zestaw A jest lepsza niż zestaw B. I tutaj mamy dobre wieści -

Etykiety energetyczne umożliwiają dokonanie takie oceny w kilka sekund.

Montaż pompy ciepła

Jak czytać etykiety energetyczne?

Etykiety energetyczne to inicjatywa Komisji Europejskiej, zaprojektowana po to, by w kilka sekund udzielić klientowi informacji o sprawności energetycznej danego urządzenia w porównaniu z innymi. Informacje tam zawarte to:

  • Oznaczenie produktu i nazwę producenta
  • Klasa efektywności energetycznej pompy w danym trybie pracy (symbolem grzejnika oznaczono c.o., a symbol baterii łazienkowej odnosi się do c.w.u., ponadto osobno ocenia się pompy w zależności od tego, czy grzeją do 35, czy do 55°C)
  • Nominalną moc grzewczą w danej strefie klimatycznej (Polska leży w strefie zimnej).
  • Wytwarzany hałas (wewnątrz i na zewnątrz)
  • Rok wprowadzenia etykiety (Od 2019 nastąpiła tutaj zmiana, ale sporo urządzeń ma jeszcze wzór 2015).

Gdzie szukać tych informacji? Oto wzór:

Jak czytać etykiety energetyczne pomp ciepła?
Objaśnienie informacji na etykiecie energetycznej pompy ciepła.

Najbardziej interesujące są klasy energetyczne, które zaczynają się na A+++ (najlepsza), a kończą na G. Tutaj nie skupimy się jednak na końcu stawki. Dla dobrej pompy ciepła minimalna klasa to A+.

Sprawdź sam jak ułatwia to porównanie kilku pomp - poniżej zamieszczono oznaczenia trzech konkurencyjnych pomp powietrze-woda.

Etykiety energetyczne pomp ciepła - porównanie
Porównanie etykiet energetycznych kilku pomp ciepła.

Najlepiej w tym porównaniu wypada pompa ciepła Vaillanta. Efektywniej produkuje ciepło niż propozycja naszego rodzimego Galmetu, szczególnie jeśli chodzi o ogrzewanie do 35°C. Można jednak stwierdzić, że najsłabiej wypada Viessmann bo wytwarza w domu hałas o natężeniu 39 dB.

Na etykiecie Vaillanta widać też kod QR, który powinien umożliwić klientom bezpłatny dostęp do europejskiej bazy danych ze szczegółowymi informacjami na temat danej pompy. Na tej nowej etykiecie brakuje też klas od E do G, a urządzeń należących do tych klas nie należy już wprowadzać na rynek.

Masz już niezbędną wiedzę

Umiejętność czytania etykiet energetycznych powinna Ci wystarczyć do oceny sprawności danej pompy, co pomoże Ci w dokonaniu wyboru.

Współczynnik sprawności COP

Współczynnik sprawności COP w zrozumiały sposób określa sprawność działania pompy ciepła w danym momencie. Żeby zrozumieć, jak działa, musimy zrozumieć przemiany energii zachodzące przy działającej pompie ciepła

Całe piękno działania pompy ciepła polega na tym, że zużywając zaledwie 2kW energii elektrycznej, możemy zyskać 7kW energii cieplnej. Pozostałe 5kW pochodzi ze słońca, w formie ciepła rozproszonego w powietrzu i gruncie.

Energia pochodząca ze słońca mało nas interesuje przy okazji obliczania współczynnika wydajności. W końcu dostarczana jest bezpłatnie i nawet nie podlega opodatkowaniu. Z perspektywy domu po prostu zyskujemy ciepło, a tracimy prąd.

Współczynnik wydajności COP jest to więc stosunek uzyskanej energii cieplnej do zużytej energii elektrycznej. W powyższym przykładzie COP = 7 / 2 = 3,5 czyli z 1 kWh energii elektrycznej uzyskujemy 3,5 kWh energii cieplnej.

Jak wspomnieliśmy, wydajność COP zależy od różnicy między temperaturą dolnego źródła ciepła, a temperaturą, którą chcemy uzyskać. Zależność tę omówmy na podstawie poniższego schematu:

COP powietrznej pompy ciepła marki Dimplex. Czarne linie to COP przy ogrzewaniu do danej temp.

Z powyższego schematu możemy wyczytać, że jeśli chcemy chcemy uzyskać temperaturę 35°C na wyjściu, podczas gdy temperatura dolnego źródła wynosi 5°C, pompa będzie pracować ze skutecznością COP = 4,5. Z kolei, gdy w tej samej sytuacji chcemy uzyskać 55°C, COP = 2,9.

Pozostaje pytanie, od czego zależy wymagana temperatura górnego źródła ciepła, a od czego dolnego źródła ciepła.

Wymagana temperatura górnego źródła ciepła zależy przede wszystkim od przeznaczenia pompy.

  • Do ogrzewania basenu wystarczy 25°C
  • Do bezpośredniego nawiewu ciepłego powietrza wystarczy 25-35°C
  • Do ogrzewania podłogowego potrzebna jest temperatura 30-45°C
  • Centralna Woda Użytkowa (C.W.U.) wymaga podgrzewania do jakichś 45-55°C
  • Centralne Ogrzewanie (C.O.) wraz z C.W.U. oznacza zwykle konieczność utrzymywania temperatury od 45 do nawet 70°C (zależy od rodzaju grzejników i wielkości systemu)

Połapanie się w skuteczności COP może być trudne. Rozważmy kilka przykładów:

Przykład 1 - pompa powietrze woda do c.w.u.

Ta sama pompa może być wykorzystywana do różnych zadań, stąd karta danych typowej pompy zawiera kilka podanych współczynników COP dla różnych temperatur. Na przykład pompa ciepła powietrze - woda do C.W.U. typu Spectra od Galmet podaje:

COP = 3,52 (A20/W55)COP = 3,49 (A15/W55)

Co oznaczają poszczególne oznaczenia w nawiasach?

(dolne źródło rodzaj i temperatura / górne źródło rodzaj i temperatura), przy czym A - powietrze W - woda20 - 20>°C

COP = 3,52 (A20/W55) oznacza więc, że pompa ma współczynnik COP równy 3,52, gdy ogrzewa wodę do 55°C kosztem powietrza o temperaturze 20°C. COP = 3,49 (A15/W55) oznacza, że pompa ma COP = 3,49, gdy ogrzewa wodę do 55°C kosztem powietrza o temperaturze 15°C.

Zakres temperatur na dolnym źródle 15-20°C pokazuje, że ta pompa przystosowana jest do zasilania powietrzem z wnętrza budynku, być może z jego piwnicy. Może też działać w domkach letniskowych.

Współczynnik COP bez podanego zakresu temperaturowego nie znaczy nic konkretnego i ten fakt jest wykorzystywany w reklamach.

Powietrzna pompa ciepła
Powietrzna pompa ciepła

Przykład 2 - Gruntowa pompa ciepła do C.O. i C.W.U. Maxima 42GT firmy Galmet:

Przykład 2 - Gruntowa pompa ciepła do C.O. i C.W.U. Maxima 42GT firmy Galmet:

COP = 4,67 (B0W35)COP = 3,08 (B0W55)

Mamy tutaj dodatkowe oznaczenie B. Oznacza to solankę (z angielskiego brine), używaną w pompach gruntowych w dolnym źródle. COP = 3,08 (B0W55) oznacza, że pompa jest zdolna do uzyskania wysokiej temperatury 55°C, dając 3,08 kWh ciepła za każdy zużyty 1 kWh prądu i to w sytuacji, gdy dolne źródło ciepła ma temperaturę 0°C.

Powyższy przykład pokazuje wszystko to, co piękne w gruntowych pompach ciepła, zdolnych do wydajnego i skutecznego ogrzewania mieszkania i wody użytkowej. Ponieważ temperatura pod gruntem przez cały rok ulega niewielkim zmianom i generalnie jest wyższa niż 0°C, można spodziewać się, że realna sprawność będzie jeszcze wyższa.

Uwaga: Obliczenia COP mogą, ale nie muszą zawierać w sobie zużycia prądu przez pompę wymusząjącą obieg wody w grzejnikach. Jeśli jednak taka pompa znajduje się bezpośrednio w jednostce pompy ciepła, zwykle jest uwzględniana.

Przykład 3 - pompa powietrze - woda do c.o. PCCO SPLIT 6kW firmy Hewalex

COP = 2,9; Warunki grzania: temperatura wody wlot/wylot 40/45°C, temperatura powietrza zewnętrznego DB/WB 7/6°C

Ten przykład zakłada, że woda wychodząc z pompy, ogrzewając mieszkanie i powracając do niej, straci tylko 5°C, co jest realnym założeniem, ale tylko, jeśli pompa jest dobrze dobrana do wielkości budynku.

Powyższe przykłady wyraźnie pokazują, że największą wadą wskaźnika COP jest jego ścisła zależność od czynników zewnętrznych, a te ulegają ogromnym zmianom w ciągu roku. Szczególnie pompy ciepła działają z zupełnie inną skutecznością w lecie i w zimie. Próbą wyrażenia ogólnej sprawności COP w ciągu całego roku lub sezonu grzewczego jest sprawność sezonowa SPF oraz SCOP.

Teraz nie dasz się oszukać reklamom

Wiedza o tym, czym jest COP pomoże Ci chronić się przed najpopularniejszą zagrywką marketingową producentów pomp ciepła. Gotowy na kilka ofert do wyboru?

Sprawność sezonowa SPF oraz SCOP

Sprawność sezonowa SCOP wylicza teoretyczną sprawność systemu w ciągu całego sezonu grzewczego. SCOP daje lepsze wyobrażenie o sprawności pompy, jednak w dalszym ciągu jest to wyliczenie teoretyczne, oparte o założenia, które nie muszą przystawać do naszej sytuacji.

Sprawność sezonowa SPF (w teorii) pokazuje rzeczywistą sezonową sprawność pompy w danym przypadku, dzieląc całkowitą ciepła dostarczonego przez system w ciągu roku przez całkowitą ilość zużytej energii elektrycznej w tym samym okresie, włączając też wszelkie dodatkowe pompy i grzałki, które mogą występować w instalacji. Żeby wyliczyć SPF, instalacja musi działać co najmniej rok, a jej działanie monitorowane. Oczywiście wartość SPF różni się od wielu rzeczy, począwszy od tego, czy pompa jest właściwie użytkowana i zainstalowana.

Należy też dodać, że nie jest są to obowiązujące definicje i w literaturze bywają używane całkowicie zamiennie.

Ponieważ jest to wartość właściwa dla każdego przypadku, w kartach produktu generalnie znajdujemy ich przybliżone wyliczenia. Koniecznie trzeba zwracać uwagę na te wartości, dające większy wgląd w faktyczną sprawność niż sam COP.

Zawsze szukaj zakładanego przez producenta wskaźnika SCOP lub SPF!

Montaż pompy ciepła

Klasy energetyczne pomp ciepła

Skoro już wiadomo, że klasy energetyczne są najlepszym sposobem na ocenę sprawności danej pompy, wniknijmy w temat nieco głębiej.

Jaka jest różnica między poszczególnymi klasami? Odpowiedzi znajdziesz w poniższych tabelkach. Wyjaśnienie pojęcia sezonowej efektywności energetycznej ogrzewania pomieszczeń znajdziesz poniżej. Zwróć uwagę, że klasy są osobno definiowane w zależności od przeznaczenia.

Klasy efektywności energetycznej pomp ciepła

Na koniec omówmy, czym jest sezonowa sprawność ogrzewania pomieszczeń i jakie czynniki bierze ona pod uwagę.

Sezonowa sprawność energetyczna ogrzewania pomieszczeń

Czym właściwie jest sezonowa sprawność energetyczna ogrzewania pomieszczeń ηs widoczna w powyższej tabelce? Czym się różni od SCOP podawanego przez producentów i dlaczego warto się kierować tym oznaczeniem?

Sezonowa sprawność energetyczna ogrzewania pomieszczeń ηs definiowana jest jako wyrażony procentowo stosunek zapotrzebowania ilości ciepła potrzebnego do ogrzania pomieszczeń w danym sezonie i dostarczonego przez pompę do rocznego zużycia energii pierwotnej (ważne!) niezbędnej do spełnienia tego zapotrzebowania.

Oblicza się go jako (w przypadku standardowych pomp ciepła) "stosunek wskaźnika sezonowej efektywności SCOP do współczynnika konwersji CC lub sezonowego wskaźnika zużycia energii pierwotnej SPER, skorygowany o wpływ czynników obejmujących regulację temperatury oraz - w przypadku ogrzewaczy pomieszczeń z pompą ciepła woda/woda lub solanka/woda i ogrzewaczy wielofunkcyjnych z pompą ciepła - zużycie energii elektrycznej przez co najmniej jedną pompę dla wody gruntowej". - Rozporządzenie Komisji UE z dnia 18 lutego 2013

ηs to najlepszy sposób porównania różnych zestawów grzewczych. Dlaczego? W całym procesie bierze się pod uwagę takie czynniki jak:

  • współczynnik SCOP w danej strefie klimatycznej, czyli też zapotrzebowanie na prąd w różnych strefach klimatycznychszacowana ilość godzin pracy urządzenia w różnych strefach klimatycznych i przy różnych temperaturach (od -22 do +15°C)
  • zapotrzebowanie na prąd w różnych strefach klimatycznych
  • szacowana ilość godzin pracy urządzenia w różnych strefach klimatycznych i przy różnych temperaturach (od -22 do +15°C)
  • straty w trybie czuwania, w trybie wyłączenia, wyłączenia termostatu oraz w trybie włączonej grałki karteru w sezonie ogrzewczym.
  • wszelkie ogrzewacze dodatkowe
  • działanie dodatkowych pomp obiegu wody lub solanki
  • średnie straty energii elektrycznej na drodze od elektrowni do naszego domu (to właśnie dlatego mamy tu informację o energii pierwotnej)
  • w przypadku pomp ciepłą do c.w.u. - 24-godzinny szacowany profil zapotrzebowania na ciepłą wodę

Czym więc ηs różni się od SCOP?

  • W obliczeniach używa energii pierwotnej wyprodukowanej w elektrowni, a nie energii elektrycznej zużytej przez domostwo (w UE średnio do domu dociera 40% energii wyprodukowanej w elektrowni, czyli 40% energii pierwotnej - 60% to straty przesyłowe).
  • Uwzględnia straty wynikające z trybu czuwania i podobnych rzeczy

Dlaczego sezonowa sprawność ηs to prawdopodobnie najbardziej precyzyjny wskaźnik do porównania sprawności pomp ciepła?

  • Zaawansowane metody obliczania - uwzględniające warunki zbliżone do rzeczywistych
  • Jednolitość i powtarzalność badań- co daje pewność, że wszyscy producenci badają pompy w tych samych warunkach i dzięki temu można je porównać
  • Ścisły nadzów Komisji Europejskiej - która nie patrzy na zagrania marketingowe i promuje zdrową rywalizację w dziedzinie OZE.
Montaż pompy ciepła
Dawid Kaczmarczyk
Dawid Kaczmarczyk

Z wykształcenia technik mechatronik, z zawodu dziennikarz i copywriter, zainteresowany między innymi fotowoltaiką i językiem chińskim.