Na początek musimy wiedzieć, że pompy ciepła wykorzystują tzw. czynniki chłodnicze czyli specjalne ciecze o niskiej temperaturze wrzenia (np. czynnik R410A – minus 51,6°C).
Zasadę działania pompy ciepła opiszemy w kilku krokach:
Krok I: Na początku procesu czynnik chłodniczy w postaci cieczy pod niskim ciśnieniem przepływa do wymiennika nazywanego parownikiem. Tam ogrzewa się od powietrza zewnętrznego przetłaczanego przez wentylator. Powietrze nawet przy -20°C jest cieplejsze niż temperatura wrzenia czynnika chłodniczego. Czynnik chłodniczy podgrzewa się i odparowuje stając się gazem o niskim ciśnieniu.
Krok II:
Gaz trafia do sprężarki, która podnosi jego ciśnienie. Każdy, kto kiedykolwiek pompował dętkę w rowerze (albo uważał na lekcjach fizyki) wie, że wiąże się to także z wzrostem temperatury. Na wylocie ze sprężarki mamy już gaz sprężony o wysokiej temperaturze.
Krok III:
Gaz trafia do wymiennika ciepła nazywanego skraplaczem, w którym oddaje ciepło do płynu obiegu grzewczego. Tym płynem najczęściej jest zwykła woda, która krąży w instalacji centralnego ogrzewania. Jest ona zimniejsza od gorącego, sprężonego gazu, a zatem gaz skrapla się tak, jak skrapla się para wodna na lustrze w łazience.
Krok IV:
Skroplony gaz czyli już ciecz (chłodna, o wysokim ciśnieniu) po przejściu przez zawór rozprężny obniża swoje ciśnienie oraz temperaturę i przepływa do parownika, gdzie ponownie odbiera ciepło od dolnego źródła. Proces zaczyna się ponownie.
Podgrzany w pompie ciepła czynnik grzewczy trafia do instalacji grzewczej w budynku.
Technologia pomp ciepła znakomicie sprawdza się w Polsce i jest bardzo popularna w krajach skandynawskich. W Polsce panuje natomiast mylne przeświadczenie, że nasz klimat nie jest wystarczający, by pompa mogła działać efektywnie. Tymczasem nawet w naszym klimacie, przy ujemnych temperaturach zewnętrznych, pompa może generować wystarczającą ilość energii i zminimalizować koszty ogrzewania.
Oczywiście każdego roku zdarzają się dni bardzo zimne, o temperaturach -15°C lub nawet -20°C, jednak pomiary ze stacji meteorologicznych pokazują, jak niewielki procent w skali roku stanowią takie warunki atmosferyczne.
Większość powietrznych pomp ciepła działa efektywnie bez wspomagania do około -5°C. Gdy temperatura powietrza zewnętrznego spadnie poniżej -5°C, ładunek energii zawarty w powietrzu jest zbyt mały, by zapewnić odpowiednią moc i wysoki wskaźnik sprawności pompy. Konieczne jest wówczas zastosowanie dodatkowego źródła ciepła, które będzie wspomagało pracę pompy.
Zestawienie temperaturowe dla wybranych miast w Polsce (w oparciu o dane ze stacji meteorologicznych):
Dobór urządzenia grzewczego jest uzależniony od kilku czynników, m.in. rodzaju budynku i jego zapotrzebowania energetycznego.
Zawsze warto oszacować pobór energii cieplnej, co pozwoli określić parametry systemu grzewczego, który zapewni komfort jego użytkownikom oraz pomoże w oszacowaniu kosztów i oszczędności.
Obliczeniowe Zapotrzebowanie Ciepła (OZC) znacznie ułatwia dobór odpowiedniej pompy ciepła.
W przypadku budynków nowo budowanych – informacje te są najczęściej łatwo dostępne (dla nowego budownictwa z dobrą izolacją przyjmuje się wartość około 50 W/m2, a dla budynku energooszczędnego 30-15 W/m2).
Jeśli chodzi o budynki starszego typu, należy zapotrzebowanie oszacować w oparciu o powierzchnię użytkową lub kubaturę budynku oraz technologię budowy i ocieplenia ścian i dachu (szacunkowe zapotrzebowanie ciepła dla starego budownictwa wynosi około 100 W/m2).
Wartości wyrażone w W/m2 mnoży się z powierzchnią przewidzianą do ogrzania. Otrzymany wynik to całkowite zapotrzebowanie mocy cieplnej dla danego obiektu wyrażone w kilowatach (kW).
Inwestor, który zastanawia się nad wyborem pompy ciepła jako źródła ogrzewania, powinien zdecydować, w jakim systemie będzie pracowała pompa – monowalentnym (w którym pompa ciepła jest jedynym urządzeniem grzewczym) czy biwalentnym (pracują dwa urządzenia) oraz czy pompa ma spełniać funkcje grzewcze i chłodzące. Inwestor powinien również wybrać rodzaj dolnego i górnego źródła ciepła. Podczas wyboru pompy szczególną uwagę należy zwrócić na moc grzewczą. Pozostałe parametry, które należy uwzględnić podczas wyboru odpowiedniego rodzaju pompy ciepła to ilość stałych mieszkańców, wielkość powierzchni działki, rodzaj gruntu i zagospodarowanie na działce, a także rodzaj budynku oraz typ instalacji grzewczej w obiekcie.
Największe koszty ogrzewania pompą ciepła związane są z inwestycją w samo urządzenie – powietrzną pompę ciepła. O ile koszty te mogą przemawiać na korzyść tradycyjnych źródeł ciepła, to już efektywność urządzeń (zwłaszcza w kontekście późniejszej, wieloletniej eksploatacji) przechyla szalę na korzyść technologii pomp ciepła.
Cena samej pompy uzależniona jest od jej typu, zakresu mocy i materiałów, które zostały użyte do jej wykonania. Z kolei cena instalacji powietrznej pompy ciepła jest najniższa, w porównaniu z kosztami instalacji pozostałych pomp.
Najlepszy moment na inwestycję w pompę to oczywiście etap rozpoczęcia budowy budynku. Koszt może być wówczas rozłożony na kilka lat i spłacany w ramach kredytu inwestycyjnego na budowę domu. W pompę ciepła można jednak zainwestować także podczas termomodernizacji budynku. Największe oszczędności można zauważyć w porównaniu z korzystaniem z kotła elektrycznego. W przypadku ogrzewania węglowego, w okresie wiosna-jesień różnice w wydatkach są porównywalne, jednak pompa ciepła jako urządzenie automatyczne gwarantuje ciepłą wodę bez nakładu dodatkowej pracy.
Czas amortyzacji kosztów związanych z inwestycją w pompę ciepła jest zależny od czynników, takich jak: rodzaj źródła finansowania, zapotrzebowanie budynku na ciepło (przy większym zapotrzebowaniu energetycznym budynku nakłady inwestycyjne będą zawracały się szybciej), wydajność pompy, rodzaj systemu grzewczego, dolne źródło i temperatura zewnętrzna.
Warto pamiętać, że pompa ciepła to jedno z najtańszych eksploatacyjnie źródeł ciepła, gdyż pozwala uzyskać 75% energii z powietrza, przy jednoczesnym 25% zapotrzebowaniu na energię elektryczną. Przyjmuje się orientacyjnie, że koszt ogrzewania domu pompą ciepła jest niższy o około 75% od ogrzewania elektrycznego, 50% od ogrzewania olejem opałowym i 40% gazem ziemnym. Każda instalacja pompy ciepła może zostać dodatkowo rozszerzona o nowoczesne systemy wentylacji, rekuperacji lub fotowoltaiki, dzięki którym ogrzewanie będzie jeszcze bardziej wydajne i oszczędne.
Najważniejszy parametr, który wpływa na efektywność pomp ciepła to temperatura górnego źródła ciepła (temperatura instalacji wewnętrznej w budynku). Powinna być możliwie najniższa. Dlatego w przypadku wykorzystania systemu grzewczego z pompą ciepła, wskazane jest zastosowanie ogrzewania powierzchniowego: podłogowego, ściennego lub grzejnikowego niskotemperaturowego, w których temperatury zasilania instalacji są niskie (do 55°C).
Efektywność instalacji pompy ciepła jest uzależniona również od warunków, w jakich pompa funkcjonuje. Im mniejsza różnica między temperaturami dolnego i górnego źródła, tym bardziej wydajna jest pompa ciepła, współczynnik COP wyższy, a koszty ogrzewania pompą ciepła niższe.
Oprócz tego na skuteczność pompy wpływają także lokalizacja oraz warunki atmosferyczne panujące zimą.
Dlatego efektywność pompy ciepła należy ocenić każdorazowo, w zależności od sytuacji i warunków, w jakich miałaby pracować.
COP (z ang. coefficient of performance) to współczynnik wydajności cieplnej, który wyraża stosunek pomiędzy mocą grzewczą pompy ciepła a mocą elektryczną niezbędną do napędu sprężarki. Zgodnie z normą EN 255 14511 najczęściej jest przedstawiany dla parametrów 7°C (temperatura na wejściu do pompy ciepła z dolnego źródła) i 35°C (na zasilaniu systemu grzewczego). Im współczynnik COP jest większy, tym większa jest efektywność pompy.
Zasada działania pompy ciepła w skrócie jest taka, że pompa ciepła pobierając 1 kWh energii elektrycznej, zabiera z otoczenia 4 kWh ciepła i następnie w łącznej ilości 5 kWh przekazuje to ciepło do systemu grzewczego. Pompa ciepła dostarcza więcej ciepła, niż zużywa prądu i dlatego jest tania w eksploatacji (mówimy, że ma współczynnik wydajności rzędu 5).
Oczywiście! Sterownik pompy ciepła OEM Term jest wyposażony w funkcję PV Ready. Dzięki tej funkcji wytworzony w modułach fotowoltaicznych prąd stały przepływa przez falownik i zostaje przekształcony w prąd zmienny potrzebny do zasilania pompy i wytworzenia maksymalnej ilości energii jaką może zmagazynować system grzewczy (lub chłodzący) w budynku i ciepłej wody. Funkcja PV Ready daje nam możliwość najefektywniejszego wykorzystania „darmowej” energii elektrycznej.
Warto pamiętać, że w styczniu 2017 roku zaczną obowiązywać w Polsce ostrzejsze wymagania odnośnie energooszczędności budynków. Nowe warunki techniczne (WT 2017) będą miały wpływ na wymaganą izolacyjność budynku oraz jego wyposażenie. Z analizy popularnych i dostępnych, gotowych projektów domów wynika, że do spełnienia nadchodzących wymagań, konieczne będzie zastosowanie instalacji opartych o odnawialne źródła energii. Kotły węglowe a nawet kondensacyjne, choćby z wykorzystaniem wentylacji mechanicznej z rekuperacją, to za mało by spełnić wymagania EPmax według WT 2017. Na szczęście, z pomocą mogą przyjść powietrzne pompy ciepła OEM Term, które umożliwiają osiągnięcie najniższych rocznych kosztów utrzymania, w porównaniu z innymi systemami ogrzewania. Podnoszą również klasę energetyczną budynku do A+.
Pompa ciepła może ogrzać wodę do maksymalnej temperatury 55-60°C. Podgrzewanie wody do wyższych temperatur w żadnym systemie nie jest ekonomicznie uzasadnione, z uwagi na większe straty ciepła do otoczenia.
Tak, pompa ciepła może pokryć całkowite zapotrzebowanie budynku na ciepło, jednak zależy to tak od budynku, jak i właściwego doboru urządzenia.
W budynkach energooszczędnych i pasywnych pompa z pewnością może być jedynym źródłem ogrzewania i energii potrzebnej do przygotowania c.w.u., ograniczając tym samym koszy ogrzewania.
Nie, jednak założenie zastosowania pompy ciepła na etapie projektowania pozwala na zaoszczędzenie wydatków związanych z dalszą inwestycją – np. zrezygnowanie z kominów, przewodów spalinowych, przyłącza gazowego czy ograniczenia ilości kanałów wentylacyjnych. Można również zmienić przeznaczenie kotłowni na pomieszczenie gospodarcze i wykorzystać go jako pralnię czy spiżarnię.
Posiadanie pompy ciepła sprowadza się w głównie do jej użytkowania. Nie ma potrzeby ciągłego doglądania jej pracy, a konserwacja pompy nie jest kosztowna ani skomplikowana.
Jest to zależne od stopnia skomplikowania instalacji, jednak sam montaż pompy bez montażu instalacji trwa około 1 dnia.