Jak pompa ciepła przekazuje energię do instalacji?
Urządzenie nie wytwarza całego ciepła bezpośrednio z energii elektrycznej. Pobiera energię z otoczenia, na przykład z powietrza lub gruntu, a następnie przy udziale układu chłodniczego podnosi jej temperaturę do poziomu potrzebnego instalacji grzewczej. Energia elektryczna jest wykorzystywana przede wszystkim do pracy sprężarki, pomp obiegowych, wentylatora i automatyki.
Przebieg procesu można uprościć do kilku etapów:
- czynnik roboczy odbiera energię z dolnego źródła i odparowuje,
- sprężarka zwiększa jego ciśnienie oraz temperaturę,
- w skraplaczu energia jest przekazywana do instalacji centralnego ogrzewania,
- po obniżeniu ciśnienia czynnik ponownie może odebrać energię z otoczenia.
Taki cykl powtarza się automatycznie. Ilość energii elektrycznej potrzebnej do jego realizacji nie jest jednak stała. Zmienia się wraz z temperaturą zewnętrzną, wymaganiami instalacji i aktualnym zapotrzebowaniem budynku na ciepło.
Temperatura zasilania ma duży wpływ na warunki pracy
Pompa ciepła pracuje najkorzystniej, gdy nie musi podgrzewać wody instalacyjnej do bardzo wysokiej temperatury. Z tego powodu często łączy się ją z ogrzewaniem podłogowym lub innym systemem płaszczyznowym. Duża powierzchnia oddawania ciepła pozwala ogrzewać pomieszczenia przy stosunkowo niskiej temperaturze zasilania.
Nie oznacza to, że instalacja grzejnikowa automatycznie wyklucza zastosowanie pompy. Decydują rzeczywiste parametry systemu. W dobrze ocieplonym budynku grzejniki mogą być wystarczająco duże, aby pracować z niższą temperaturą wody. W innych obiektach konieczna może być modernizacja części odbiorników albo zastosowanie urządzenia przystosowanego do wyższych temperatur zasilania.
Różnicę dobrze pokazuje prosty przykład. Jeśli budynek utrzymuje komfortową temperaturę przy wodzie grzewczej o temperaturze około 35°C, źródło ciepła ma łatwiejsze warunki pracy niż w instalacji wymagającej podczas mrozów 55°C lub więcej. Każde podnoszenie wymaganej temperatury zwiększa pracę, którą musi wykonać układ chłodniczy.
Budynek i pompa tworzą jeden układ
Najlepsze urządzenie nie skompensuje dużych strat energii przez dach, ściany, okna czy nieszczelności. Im większe zapotrzebowanie cieplne obiektu, tym większą ilość energii musi w określonym czasie dostarczyć instalacja.
Przed analizą sposobu pracy systemu dobrze uwzględnić między innymi:
- standard izolacji przegród i stolarki,
- rzeczywiste obciążenie cieplne budynku,
- rodzaj oraz powierzchnię odbiorników ciepła,
- temperaturę zasilania wymaganą w najchłodniejszych okresach,
- sposób przygotowania ciepłej wody użytkowej,
- możliwość wykorzystania chłodzenia, jeśli przewiduje je instalacja.
Znaczenie tych elementów widać szczególnie podczas modernizacji starszych domów. Sama wymiana kotła na pompę ciepła bez sprawdzenia instalacji może prowadzić do sytuacji, w której urządzenie przez długi czas pracuje na wysokich parametrach. Czasem większy efekt przynosi wcześniejsze ograniczenie strat ciepła lub zmiana kilku odbiorników niż koncentracja wyłącznie na mocy nowego źródła.
W ofercie Sanpol pompy ciepła obejmują urządzenia powietrzne, gruntowe i przeznaczone do przygotowania c.w.u., a także osprzęt potrzebny do budowy instalacji. Taki podział dobrze pokazuje, że określenie "pompa ciepła" może odnosić się do rozwiązań o różnych zadaniach i odmiennym sposobie współpracy z budynkiem.
Dlaczego ciągła, spokojna praca może być korzystniejsza?
W tradycyjnym ogrzewaniu użytkownicy często przyzwyczajeni są do mocnego nagrzewania instalacji, wyłączenia źródła, a następnie ponownego uruchomienia po spadku temperatury. W przypadku pompy ciepła taki sposób sterowania nie zawsze jest korzystny.
System może pracować przez dłuższy czas z niższą temperaturą wody, dostarczając dokładnie tyle energii, ile w danym momencie traci budynek. Pomaga w tym sterowanie pogodowe. Gdy na zewnątrz robi się chłodniej, automatyka stopniowo zwiększa temperaturę zasilania zgodnie z ustawioną krzywą grzewczą.
Zbyt wysoka krzywa powoduje niepotrzebne podnoszenie temperatury wody. Zbyt niska może natomiast sprawić, że podczas chłodniejszych dni pomieszczenia nie osiągną wymaganej temperatury. Ustawienia najlepiej więc dopasowywać na podstawie zachowania budynku w różnych warunkach pogodowych, zamiast reagować dużymi zmianami parametrów po kilku godzinach.
Istotne jest również ograniczenie częstego uruchamiania i wyłączania sprężarki. Jeśli źródło ciepła jest źle dopasowane do zapotrzebowania albo instalacja ma niewłaściwe przepływy, cykle pracy mogą być krótkie. Dobrze zaprojektowany układ dąży natomiast do stabilnej pracy odpowiadającej bieżącemu zapotrzebowaniu na energię.
Ogrzewanie pomieszczeń to tylko część pracy systemu
Pompa może również przygotowywać ciepłą wodę użytkową. Jest to inny tryb pracy niż ogrzewanie podłogowe, ponieważ woda w zasobniku zwykle musi osiągać wyższą temperaturę niż czynnik krążący w instalacji płaszczyznowej.
Na zużycie energii wpływają więc także pojemność zasobnika, liczba mieszkańców, częstotliwość poboru wody i ustawiona temperatura. Nie zawsze potrzebne jest utrzymywanie maksymalnej dostępnej wartości przez całą dobę. Sterownik może realizować przygotowanie c.w.u. w określonych godzinach, dostosowanych do rytmu użytkowania budynku.
Niektóre systemy wykorzystują pompę również do chłodzenia. Sposób realizacji tej funkcji zależy od konstrukcji urządzenia i instalacji odbiorczej. W przypadku chłodzenia płaszczyznowego szczególnego znaczenia nabiera kontrola temperatury powierzchni oraz wilgotności, ponieważ zbyt mocne schłodzenie może prowadzić do kondensacji pary wodnej.
Efektywność wynika z warunków pracy, a nie z jednego parametru
Porównując urządzenia, łatwo skupić się na jednym współczynniku efektywności podanym w danych technicznych. Taka wartość opisuje jednak pracę w konkretnych warunkach pomiarowych. W rzeczywistym domu warunki zmieniają się przez cały sezon.
Na początku jesieni powietrzna pompa ciepła może pracować przy dodatniej temperaturze zewnętrznej i niskiej temperaturze zasilania. W styczniu ten sam system może jednocześnie mierzyć się z mrozem i większym zapotrzebowaniem budynku na energię. Chwilowa efektywność będzie wtedy inna, choć urządzenie pozostaje to samo.
Z tego powodu o jakości działania instalacji nie świadczy wyłącznie tabliczka znamionowa urządzenia. Liczą się także sposób zaprojektowania instalacji, parametry odbiorników, ustawienia automatyki oraz rzeczywiste potrzeby budynku. Dopiero spojrzenie na pompę ciepła jako element całego systemu pozwala ocenić, czy źródło pracuje w warunkach, do których zostało przeznaczone.
