Pompa ciepła w starym domu. Ten czynnik może być ważniejszy niż wiek budynku
Pompa ciepła nie musi pracować w nowym domu z ogrzewaniem podłogowym, aby osiągać wysoką efektywność. Wyniki wieloletnich pomiarów prowadzonych w rzeczywistych budynkach pokazują, że również w starszych domach i instalacjach z grzejnikami możliwe jest uzyskanie dobrych wyników. O efektywności znacznie bardziej niż sam wiek budynku decydują warunki pracy urządzenia.
Przez ostatnie dwie dekady rzeczywistą pracę pomp ciepła analizowano w wielu projektach badawczych prowadzonych m.in. w Niemczech, Francji, Szwajcarii, Wielkiej Brytanii, Austrii i Holandii. Najdłużej prowadzone są badania realizowane przez niemiecki instytut Fraunhofer ISE.
Zebrane dane wskazują, że o rzeczywistej efektywności pomp ciepła w dużej mierze decydują temperatura zasilania, ustawienia sterownika oraz jakość projektu i montażu.
Ponad tysiąc instalacji w badaniach
W jednym z największych projektów przeanalizowano łącznie 1023 instalacje pomp ciepła – zarówno powietrznych, jak i gruntowych. Poszczególne badania różniły się metodologią i zakresem, jednak ich wyniki pozwalają porównać rzeczywistą efektywność urządzeń pracujących w budynkach mieszkalnych.
W przypadku pomp powietrze-woda średnie wartości sezonowego współczynnika efektywności SPF w sześciu analizowanych projektach wynosiły od 2,6 do 3,7. Najniższa wartość pochodziła z najstarszego badania, natomiast najwyższą odnotowano w najnowszym projekcie, obejmującym jednocześnie największą liczbę instalacji.
SPF, czyli Seasonal Performance Factor, określa stosunek ilości ciepła dostarczonego przez pompę ciepła do zużytej przez nią energii elektrycznej w rzeczywistych warunkach eksploatacji. W przeciwieństwie do laboratoryjnego SCOP jest więc obliczany na podstawie faktycznej pracy urządzenia w budynku, najczęściej w całym sezonie lub roku.
Gruntowe pompy ciepła osiągają wyższą efektywność
Badania obejmowały również gruntowe pompy ciepła, choć analizowano ich mniej niż urządzeń wykorzystujących powietrze jako dolne źródło.
W przypadku pomp gruntowych średnia efektywność wynosiła około 4,2. Wyższe wartości wynikają przede wszystkim z warunków, w jakich pracuje urządzenie. Badacze wyjaśniają to faktem, ze temperatura gruntu jest w okresie zimowym wyższa i bardziej stabilna niż temperatura powietrza zewnętrznego, dzięki czemu pompa ma korzystniejsze warunki do pobierania ciepła.
Ostateczny wynik zależy jednak również od konkretnej instalacji, jej projektu oraz sposobu eksploatacji.
Temperatura zasilania ma kluczowe znaczenie
Zestawienie wyników poszczególnych projektów pokazuje duże różnice pomiędzy instalacjami. W części przypadków efektywność była znacznie niższa od średniej, podczas gdy najlepiej działające systemy osiągały SPF przekraczający 4,5 dla pomp powietrznych i 6,5 dla gruntowych.
Badania wskazują, że jednym z najważniejszych czynników wpływających na te różnice są ustawienia instalacji grzewczej, przede wszystkim temperatura zasilania.
Kluczowym parametrem jest krzywa grzewcza, która określa temperaturę wody zasilającej instalację w zależności od temperatury zewnętrznej. Im niższa temperatura zasilania przy zachowaniu wymaganego komfortu cieplnego, tym korzystniejsze warunki pracy pompy ciepła.
Z analiz przywoływanych przez Heat Pumps Watch wynika, że obniżenie temperatury zasilania o 1 st. C może zwiększyć współczynnik efektywności o około 0,1. Różnica jest szczególnie widoczna przy wyższych temperaturach zasilania, ponieważ pompa ciepła musi wówczas wykonać większą pracę, aby podnieść temperaturę czynnika grzewczego.
Dlatego, jak podkreślają eksperci, znaczenie ma nie tylko wybór urządzenia, ale również prawidłowe zaprojektowanie instalacji, jej hydrauliczne zrównoważenie oraz odpowiednie ustawienie automatyki.
Pompa ciepła może współpracować z grzejnikami
Wyniki wieloletnich badań podważają również założenie, że pompa ciepła wymaga ogrzewania podłogowego. W badaniach wykazano, że instalacje wyposażone w tradycyjne grzejniki również mogą osiągać efektywność na poziomie SPF 3 i więcej. Warunkiem jest jednak możliwość zapewnienia odpowiedniej temperatury w pomieszczeniach przy możliwie niskiej temperaturze zasilania.
W starszych budynkach może to wymagać dostosowania instalacji. Pomocna może być między innymi wymiana części grzejników na większe lub niskotemperaturowe, a także regulacja hydrauliczna całego systemu. Nie oznacza to jednak, że sam fakt zastosowania grzejników w starszym domu wyklucza efektywną pracę pompy ciepła.
Rok budowy budynku nie przesądza o efektywności
Analizy prowadzone w rzeczywistych budynkach wskazują również, że sam wiek obiektu nie jest dobrym wyznacznikiem efektywności pompy ciepła. Eksperci zapewniają, że starszy budynek może mieć większe zapotrzebowanie na ciepło niż nowy, ale istotne jest to, w jakim znajduje się obecnie stanie oraz jakie temperatury są wymagane przez instalację grzewczą. Znaczenie ma więc m.in. wykonana termomodernizacja, charakterystyka przegród, wielkość grzejników i sposób regulacji ogrzewania.
Dodatkowe ocieplenie budynku może ograniczyć jego zapotrzebowanie na energię, podobnie jak modernizacja wentylacji. Nie oznacza to jednak, że przed instalacją pompy ciepła każdy starszy budynek musi zostać najpierw kompleksowo zmodernizowany.
W praktyce kluczowe jest ustalenie rzeczywistych strat ciepła oraz sprawdzenie, przy jakiej temperaturze zasilania istniejąca instalacja jest w stanie zapewnić wymagany komfort.
Jak pompy ciepła radzą sobie podczas mrozów?
Jednym z istotnych zagadnień analizowanych przez badaczy była praca pomp ciepła przy bardzo niskich temperaturach zewnętrznych. W badaniach Fraunhofer ISE najchłodniejszym miesiącem był luty 2021 r. Średnia temperatura powietrza dla analizowanych instalacji wyniosła wówczas -3,6 st. C. W przypadku 17 badanych instalacji, z wyłączeniem trzech najlepiej zmodernizowanych budynków, średni SPF wyniósł 2,3, przy wartościach od 1,6 do 2,8.
Oznacza to, że również przy ujemnych temperaturach pompy dostarczały więcej energii cieplnej, niż zużywały energii elektrycznej. Najniższy wynik odnotowano w instalacji pracującej przy średniej temperaturze -10,2 st. C.
W pięciu analizowanych instalacjach uruchamiały się elektryczne grzałki wspomagające, a ich zużycie energii zostało uwzględnione w obliczeniach efektywności.
Podobne dane przyniosło badanie francuskiej agencji ADEME. Podczas fali mrozów w styczniu 2024 r., gdy średnia temperatura wyniosła około -4 st. C, średnia efektywność badanej grupy instalacji wyniosła 2,0. Dla całego sezonu grzewczego było to 2,9.
Nie tylko temperatura zewnętrzna ma znaczenie
Dane z wieloletnich badań pokazują więc, że spadek temperatury zewnętrznej rzeczywiście pogarsza warunki pracy pompy ciepła, ale nie oznacza automatycznie utraty efektywności całego systemu.
Znacznie większe różnice mogą występować pomiędzy poszczególnymi instalacjami pracującymi w podobnych warunkach. Jak wskazuje dr Marek Miara z Heat Pumps Watch, wynika to m.in. z jakości projektu i montażu, ustawień regulacji oraz temperatury zasilania.
W praktyce oznacza to, że ocena możliwości zastosowania pompy ciepła w konkretnym budynku powinna uwzględniać przede wszystkim jego rzeczywiste zapotrzebowanie na ciepło i parametry istniejącej instalacji. Sam rok budowy domu, obecność grzejników czy występowanie mroźnych dni nie przesądzają o tym, czy system będzie pracował efektywnie.
Dane wykorzystane w artykule pochodzą z materiału przygotowanego w ramach kampanii „Pompuj ciepło z głową!”, której inicjatorem jest Polska Organizacja Rozwoju Technologii Pomp Ciepła (PORT PC).
Katarzyna Poprawska-Borowiec
katarzyna.borowiec@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy E-Magazyny Sp. z o.o.
