Czy pompa ciepła pracuje w mroźne dni?

Pytanie o to, czy pompa ciepła poradzi sobie w przypadku dużych mrozów, pojawia się bardzo często przed wyborem źródła ciepła do domu. Wraz z ekspertami z firmy Vaillant postaramy się przedstawić zasadę działania pompy ciepła w mroźne dni oraz przybliżmy hybrydowe systemy grzewcze.

Z tekstu dowiesz się:

  • w jakich temperaturach pracuje pompa ciepła,
  • na czym polega hybrydowe ogrzewanie domu.

Zasada pracy pompy ciepła gruntowej i powietrznej jest zbliżona. Główną różnicą jest dolne źródło, czyli miejsce, skąd pompa pobiera energię do ogrzania budynku. W przypadku gruntowych pomp ciepła jest to ciepło zmagazynowane w ziemi oraz naturalny poziom temperatury w gruncie. Temperatura gruntu jest stabilna i sprawność pompy ciepła jest na równym poziomie przez cały rok.

Jak natomiast wygląda proces ogrzewania, gdy dolnym źródłem jest powietrze atmosferyczne, którego temperatura waha się od -25 do nawet 40℃? Odpowiedz jest prosta – czynnik, który pobiera energię z otoczenia, jest jeszcze chłodniejszy. Powietrzna pompa ciepła działa dzięki sprężarce, która poprzez sprężenie czynnika chłodniczego ogrzewa go do wysokiej temperatury. Im większe ciśnienie czynnika roboczego, tym jest większa jego temperatura. Gorący czynnik oddaje ciepło do instalacji, a następnie przechodzi przez zawór rozprężny, który zmniejsza ciśnienie i temperaturę czynnika.

Dzięki zaworowi rozprężającemu czynnik chłodniczy znajdujący się w jednostce zewnętrznej ma bardzo niską temperaturę, niższą niż temperatura zewnętrzna. Im większa jest różnica pomiędzy temperaturą czynnika a temperaturą powietrza, tym sprawność oraz moc pompy jest większa.

Koperta pracy, czyli pole pracy pompy ciepła

Każda pompa ciepła dostępna na rynku ma określny zakres temperatur, w jakim może pracować. Jest to przedstawiane w formie wykresu, na którym na osi poziomej podana jest temperatura zewnętrzna natomiast na osi pionowej temperatura zasilania oraz powrotu.

Koperta pracy pompy ciepła

Na wykresie zaznaczone są trzy pola:

  1. Tryb ogrzewania certyfikowany zgodnie z EN14511-4. W obrębie tego pola pracy (temperatura zasilania / temperatura powietrza na wlocie) gwarantowane jest uruchomienie i praca pompy ciepła przez co najmniej jedną godzinę w każdym punkcie. W przypadku powietrznej pompy ciepła aroTHERM PLUS jest to temperatura zewnętrzna -25°C. Zgodnie z wykresem do uruchomienia pompy ciepła przy tej temperaturze wymagana jest temperautra 20°C w instalacji. Temperatura zewnętrzna -25°C występuje bardzo rzadko, jednak ważne jest, aby utrzymywać odpowiednią temperaturę w instalacji i nie wychładzać budynku.
  2. Pole uruchomienia. Temperatury powietrza i powrotu muszą mieć określoną wartość (zaznaczoną obszarem na wykresie), aby sprężarka mogła się uruchomić.
  3. Pole pracy. Pompa działa w zakresie między minimalną i maksymalną temperaturą zewnętrzną. Te temperatury określają warunki graniczne dla trybu ogrzewania. Eksploatacja poza warunkami granicznymi powoduje wyłączenie sprężarki.Podczas pracy monitorowana jest tylko temperatura zasilania.

Pole pracy jest zakresem, na który musimy zwrócić szczególną uwagę. Jest to ważne w przypadku ogrzewania grzejnikowego, gdzie temperatura zasilania jest dużo wyższa niż przy ogrzewaniu podłogowym. Podczas planowania instalacji grzewczej musimy uwzględnić maksymalną temperaturę, z jaką pracuje pompa ciepła. Właśnie dlatego zaleca się tzw. grzejniki niskotemperaturowe, które dostarczą odpowiednią ilość energii przy niższej temperaturze zasilania, np. 50°C.

Koperta pracy jest uzależniona od rodzaju pompy, wykorzystanych technologii oraz czynnika chłodniczego.

TriVAI i układy hybrydowe

Średnia temperatura w okresie grzewczym w centralnej Polsce waha się od -2 do +1 stopnia. Liczba godzin z temperaturą poniżej -18 stopni najczęściej nie przekracza 30. W związku z tym powietrzne pompy ciepła dobiera się tak, aby dodatkowa grzałka załączała się przy temperaturach około -7°C/-11°C (jest to punkt biwalentny). Taki dobór pozwala uzyskać maksymalną sprawność przy średnich temperaturach, które występują najczęściej. Oczywiście poniżej punktu biwalentnego sprężarka również pracuje, jednak jest wspomagana grzałką elektryczną.

Wiesz już, jaka jest moc pompy ciepła w danym punkcie (sprawdzisz to w karcie katalogowej urządzenia) oraz jakie posiada maksymalne temperatury pracy. Należy wziąć również pod uwagę zapotrzebowanie budynku. Oczywiście, wartość ta w każdym przypadku będzie inna. Pompa pokryje 100% zapotrzebowania do punktu biwalentego, następnie załączy się dodatkowe urządzenie grzewcze (w większości przypadków jest to grzałka elektryczna, jednak może to być inne urządzenie grzewcze z automatycznym zapłonem), którego moc również należy obliczyć w kontekście zapotrzebowania budynku.

Ciekawym rozwiązaniem jest układ hybrydowy z kotłem gazowym, który idealnie sprawdza się w przypadku dużych mrozów oraz w okresach przejściowych. Inteligentny sterownik Vaillant multiMATIC VRC 700 po wprowadzeniu kosztów gazu oraz energii elektrycznej szacuje sprawność obu urządzeń i wybiera tańsze w danym momencie ogrzewanie gazem lub pompą ciepła.

Na podstawie współczynnika COP i wprowadzonych taryf regulator systemowy określa tak zwany punkt trójwartościowy (wartość triVAI).

 

Przykład:

COP pompy ciepła = 4

Koszt dodatkowego urządzenia grzewczego = 20 gr/kWh

Współczynnik sprawności dodatkowego urządzenia grzewczego = 0,9

Koszty energii elektrycznej = 60 gr/kWh

wzór trivaiPompa ciepła jest włączana przy wartości triVAI ≥ 1! Oznacza to, że w momencie, gdy pompa ciepła osiąga COP = 4, to pracuje sama pompa. Zgodnie ze wzorem oraz przyjętymi założeniami kocioł gazowy załączy się, jeśli COP pompy spadnie poniżej 2,7. Dobrze dobrane urządzenie wysokiej jakości ma większe średnioroczne COP niż 2,7, a więc kocioł gazowy nie będzie pracował przez długi czas. Inteligentny system triVAI jest najbardziej ekonomicznym trybem ogrzewania łączącym dwa źródła ciepła.

Niezależnie od tego, jaki układ wybierzemy, dobrze dobrana pompa ciepła ogrzeje budynek nawet w czasie dużych mrozów. Oczywiście ostateczny wybór rozwiązania w każdym przypadku wymaga uwzględnienia charakterystyki instalacji w konkretnym budynku. W związku z tym zachęcamy do kontaktu z autoryzowanymi instalatorami Vaillant, którzy odbyli szkolenia organizowane przez firmę i są w stanie na miejscu zweryfikować możliwości zastosowania poszczególnych rozwiązań.

Więcej

Polecamy

Najnowsze

Jak dobrze wykonana elewacja może ograniczyć straty ciepła?

Ograniczenie start ciepła z budynku zapewnia trwałość użytych wyrobów budowlanych oraz zmniejsza koszty utrzymania obiektu. Aby ograniczyć ucieczkę ogrzanego powietrza, trzeba zadbać o właściwe...

Kominek nie tylko na zimę

Nowoczesne kominki dały się poznać jako urządzenia gwarantujące bezpieczeństwo energetyczne i wysoką efektywność. Szczególnie mocno odczuliśmy to podczas zimy, która właśnie mija. Ekstremalne warunki...

Wszystko co musisz wiedzieć o malowaniu kaloryfera

Kaloryfer to nieoceniony przyjaciel w trakcie mroźnej zimy – czy dbasz jednak o to, by przez cały rok prezentował się korzystnie? Gdy nie zatroszczy...