Od około dwóch lat trwa prawdziwa rewolucja na rynku surowców energetycznych. Dynamika zmian cen gazu zaczęła być obserwowana w 2021 roku. W czwartym kwartale tego roku ceny tego surowca na rynkach hurtowych w krajach Unii Europejskiej wzrosła do 371 zł za MWh. W tym samym okresie 2020 roku było to tylko niespełna 68 zł. Sytuacja pogorszyła się jeszcze bardziej w 2022 roku w wyniku rosyjskiej inwazji na Ukrainę. Ceny węgla wzrosły w szczytowym okresie tego roku nawet czterokrotnie w stosunku do 2021.
Wszystko to powoduje, że właściciele domów zaczęli szukać skutecznych i efektywnych kosztowo źródeł ciepła. Główne zainteresowanie padło na pompy ciepła. Urządzenia kosztują nieco więcej niż tradycyjne systemy ogrzewania, ale pozwalają na wygenerowanie sporych oszczędności eksploatacyjnych. Z poniższego artykułu dowiesz się, jak działają pompy ciepła, jak wpływają na pracę urządzenia bardzo niskie temperatury zewnętrzne i kiedy warto korzystać z systemu biwalentnego.
Jak działa pompa ciepła?
W odróżnieniu od kotłów gazowych i kotłów zasilanych paliwem stałym, pompy ciepła nie produkują ciepła w wyniku spalania paliwa. Urządzenia pozwalają za to na transferowanie energii cieplnej z tzw. dolnego źródła do wnętrza budynku. Tam może być ona użyta do ogrzania wody w instalacji hydraulicznej lub też do przygotowania ciepłej wody użytkowej.
Najpopularniejszy rodzaj pomp ciepła to urządzenia powietrzne, pobierające ciepło z powietrza atmosferycznego. Występują one najczęściej w wersji split. Zestaw takiej pompy ciepła składa się z przypominającego jednostkę klimatyzacji, agregatu zewnętrznego i jednostki wewnętrznej (tzw. hydroboxu). Obie jednostki są połączone za pomocą układu chłodniczego. Należy pamiętać, że układ może być zbudowany jedynie przez osobę posiadającą uprawnienia F-gazowe. Jest to podyktowane dbałością o środowisko, bowiem ewentualny wyciek czynnika chłodniczego wypełniającego układ może mieć negatywne skutki dla atmosfery i przyczyniać się do efektu cieplarnianego.
Innym popularnym typem pomp ciepła są urządzenia korzystające z wymienników gruntowych. W tym przypadku energia cieplna pochodzi z gruntu. Najczęściej używanym rodzajem wymiennika są sondy pionowe. Instaluje się je na głębokość nawet kilkuset metrów ponieważ na tym poziomie temperatura gruntu jest właściwie stała przez cały rok. Sondy są wypełnione odpornym na zamarzanie czynnikiem – w przypadku starszych instalacji solanką, a nowszych glikolem.
Kluczowym podzespołem pompy ciepła jest sprężarka. To do nie trafia czynnik chłodniczy, który przyjął energię cieplną z dolnego źródła. W wyniku działania sprężarki czynnik chłodniczy jest kompresowany. W efekcie zwiększenia ciśnienia czynnika, rośnie też jego temperatura. Po tym etapie czynnik trafia do skraplacza, za pomocą którego dochodzi do zmiany jego stanu skupienia z gazowego w ciekły. Pozwala to na efektywne przekazanie ciepła do wody zgromadzonej w instalacji hydraulicznej. Gdy już do tego dojdzie, czynnik chłodniczy ulega rozprężeniu a jego stan skupienia zmienia się z powrotem w gazowy. Opisany cykl jest ponawiany aż do momentu zgromadzenia takiej ilości energii cieplnej, która pozwala na ogrzanie wody do potrzebnej temperatury.
Wpływ temperatury zewnętrznej na sprawność urządzenia
Nowoczesne pompy ciepła odznaczają się bardzo wysoką sprawnością. Niczym dziwnym jest efektywność energetyczna dochodząca do poziomu 5. Przeglądając karty produktów i oferty poszczególnych producentów na pewno zwrócisz uwagę, że sprawność energetyczna jest wyrażana za pomocą wskaźników COP lub SCOP.
Pierwsza z wymienionych metryk to wskaźnik wyznaczany przez producentów w warunkach laboratoryjnych. Wskaźnik ten jest podawany dla konkretnych warunków temperatury zewnętrznej i zadanej temperatury grzania wody w układzie hydraulicznym. Wskaźnik COP oznaczony, jako A7W35 oznacza, że jest właściwy dla temperatury powietrza zewnętrznego na poziomie 7℃ i temperatury wody w instalacji grzewczej na poziomie 35℃. Podana wartość wskaźnika określa stosunek energii cieplnej produkowanej przez pompę ciepła do zużywanej przez nią energii elektrycznej.
Należy pamiętać, że sprawność pompy ciepła zależy od różnicy pomiędzy temperaturami dolnego i górnego źródła ciepła. Oczywiście temperatura powietrza, z którego pobierane jest ciepło różni się na przestrzeni sezonu, a nawet dnia. W przypadku gdy temperatura na zewnątrz budynku spada, obniża się też COP. Trzeba zdawać sobie sprawę, że uzyskanie maksymalnej deklarowanej przez producenta sprawności nie będzie możliwe nawet podczas lekkich mrozów. W przypadku gdy temperatura spadnie w okolice -20℃, pompa ciepła przestaje działać w standardowym trybie, a funkcję grzewczą zaczyna realizować za pomocą zwykłej grzałki elektrycznej. Oczywiście ma to drastyczny wpływ na koszty eksploatacji urządzenia. Pompa ciepła Viessmann pracująca we współpracy z niskotemperaturową instalacją hydrauliczną, ogrzewająca pomieszczenie do temperatury 20℃, osiąga COP na poziomie ok. 4,9 w przypadku gdy temperatura powietrza zewnętrznego wynosi +7℃. Po spadku temperatury na zewnątrz do -7℃, sprawność energetyczna już ok. 1,9.
Co to jest układ biwalentny?
Dobrym sposobem na zwiększenie efektywności systemu grzewczego w surowych warunkach atmosferycznych jest zastosowanie układu biwalentnego. Montaż takiego systemu podnosi znacznie koszt inwestycji, dlatego decydują się na niego zwykle Ci inwestorzy, którzy przeprowadzają modernizację istniejącego układu centralnego ogrzewania. W przypadku prac w już użytkowanej kotłowni, lepszym i bardziej opłacalnym rozwiązaniem może się okazać pozostawienie starego źródła ciepła.
System biwalentny jest systemem grzewczym wykorzystującym dwa oddzielne źródła ciepła. Celem budowy takiego układu jest osiągnięcie możliwie najlepszej wydajności i efektywności w zakresie eksploatacji systemu ogrzewania. Jednym z najczęściej spotykanych systemów biwalentnych jest pompa ciepła w połączeniu z kotłem gazowym lub też kominkiem wyposażonym w płaszcz wodny. Sposób działania układu jest bardzo prosty, ale niezwykle skuteczny. Polega on na wyznaczeniu tzw. punktu biwalentnego. Jest to temperatura, przy której efektywność pompy ciepła ulega drastycznemu załamaniu i staje się niższa od efektywności rezerwowego źródła ciepła. Temperatury punktu biwalentnego dla klimatu umiarkowanego mieszczą się w granicach od -5 do -10℃. Gdy temperatura osiąga ten poziom, COP pompy ciepła typu powietrze woda może spaść nawet o 70%. W przypadku systemu opartego na dwóch źródłach ciepła, następuje wtedy wyłączenie pompy ciepła i uruchomienie np. kotła gazowego, którego sprawność nie jest zależna od temperatury powietrza atmosferycznego.
Jak wybrać model pompy i instalatora?
Decyzja o instalacji pompy ciepła wiąże się zwykle z wydatkiem na poziomie kilkudziesięciu tysięcy złotych. Przeciętny koszt średniej wielkości pompy ciepła typu powietrznego mieści się w zakresie od 20 000 do 40 000 zł. Montaż nowego systemu ogrzewania powinien być zatem powodem do satysfakcji, a nie ewentualnego narzekania na koszty eksploatacji nadal utrzymujące się na wysokim poziomie. Szereg pomocnych informacji i rad dotyczących pomp ciepła znajdziesz na portalu proheat.pl. Znajdują się tam również analizy modeli urządzeń oferowanych przez różnych producentów. Wraz z artykułami dostarczane są tabele porównawcze i materiały wideo, dzięki którym przyswojenie potrzebnej wiedzy będzie jeszcze łatwiejsze.
Portal może okazać się pomocny również w znalezieniu firmy instalacyjnej. Pamiętaj, że pompa ciepła to produkt stosunkowo młody (przynajmniej w odniesieniu do polskiego rynku). W przeciągu ostatnich dwóch lat powstało wiele firm trudniących się ich montażem. Wiele z nich nie zdążyło zebrać jeszcze odpowiedniego doświadczenia, przez co prace mogą być wykonane niefachowo i przyczynić się do niższej efektywności pracy urządzenia. Analizując oferty montażu nie powinieneś kierować się tylko ceną. Duże znaczenie ma też renoma danej firmy, opinie innych osób, które korzystały z jej usług, a także dostępność obsługi posprzedażowej.