Pompa ciepła w starym domu. Co decyduje o efektywności?

Czy pompa ciepła może dobrze działać w domu, który ma kilkadziesiąt, a nawet kilkaset lat? Wyniki badań przeprowadzonych w istniejących budynkach pokazują, że sam wiek obiektu nie przesądza o efektywności systemu. Znaczenie mają natomiast m.in. temperatura obiegu grzewczego, parametry urządzenia oraz prawidłowo wykonana hydraulika.

Zbadano 77 instalacji pomp ciepła

W ramach niemieckiego projektu badawczego „WP-QS im Bestand”, realizowanego przez Fraunhofer ISE, przeanalizowano 77 instalacji pomp ciepła pracujących w istniejących budynkach. Szczegółowo opisano sześć obiektów, które różniły się wiekiem, standardem energetycznym oraz sposobem ogrzewania. Cztery instalacje wykorzystywały pompy powietrze-woda, a dwie – pompy gruntowe z sondami.

Badane budynki powstały w latach 1826–1995. Ich rzeczywiste zapotrzebowanie na ciepło określono na podstawie pomiarów zużycia energii, a nie wyłącznie na podstawie obliczeń projektowych. Analizowano m.in. roczny współczynnik efektywności SPF, temperaturę systemu grzewczego oraz sposób wykonania instalacji hydraulicznej.

REKLAMA

REKLAMA

W całej grupie szczególnie widoczne były różnice pomiędzy poszczególnymi instalacjami. Osiągane wartości SPF wynosiły od 3,0 do 5,1.

Pompa ciepła w słabo ocieplonym domu

Jednym z analizowanych przypadków był dom z 1950 roku o powierzchni 120 m2. W budynku wymieniono wcześniej jedynie okna, natomiast pozostałe elementy pozostały w dużej mierze w pierwotnym stanie.

Zapotrzebowanie na energię cieplną wynosiło 145 kWh/m2 rocznie. Pracująca z grzejnikami pompa powietrze-woda osiągnęła jednak SPF na poziomie 3,5. Średnia temperatura obiegu grzewczego wynosiła 42 st. C, a maksymalna 59 st. C.

W instalacji znajdował się również kocioł gazowy, ale w okresie badania jego wpływ na pracę pompy ciepła był niewielki.

Przypadek ten jest o tyle istotny, że wysoka efektywność została osiągnięta mimo stosunkowo dużego zapotrzebowania na ciepło i wysokich temperatur wymaganych przez instalację grzewczą.

Dobrze ocieplony budynek, ale niższy wynik

Inny przypadek dotyczył domu z 1987 roku o powierzchni 165 m2. Niskie zużycie energii wskazywało na dobry standard energetyczny budynku.

Pompa powietrze-woda współpracująca z grzejnikami osiągnęła SPF wynoszący 3,3. Średnia temperatura obiegu grzewczego wynosiła 33 st. C, a maksymalna 47 st. C. Zapotrzebowanie na ciepło wynosiło natomiast zaledwie 53 kWh/m2 rocznie.

Niższy wynik SPF w tym przypadku wiązał się przede wszystkim z parametrami samej pompy ciepła. Jej COP dla punktu A2/W35 wynosił 3,7, czyli mniej niż w części pozostałych analizowanych instalacji.

Pokazuje to, że dobry standard energetyczny budynku i niska temperatura pracy instalacji nie gwarantują automatycznie wysokiego SPF, jeśli pozostałe elementy systemu mają słabsze parametry.

Najmłodszy budynek miał zbyt wysoką temperaturę pracy

Kolejna instalacja pracowała w domu z 1995 roku o powierzchni 170 m2. Budynek miał dobry pierwotny standard energetyczny, który dodatkowo poprawiono niewielkimi pracami termomodernizacyjnymi.

Pompa powietrze-woda współpracowała z grzejnikami i zbiornikiem typu kombi. Osiągnęła SPF na poziomie 3,0, podczas gdy średnia dla badanej grupy wynosiła 3,4.

Jednocześnie instalacja pracowała przy stosunkowo wysokiej temperaturze. Średnia temperatura obiegu wynosiła 47 st. C, a maksymalna 64 st. C. Krzywa grzewcza była ustawiona wysoko i płasko, przez co przy różnych temperaturach zewnętrznych stosowano zbliżone, a według analizy zbyt wysokie temperatury zasilania.

Co ciekawe, przed montażem pompy ciepła zużycie energii wynosiło 144 kWh/m2 rocznie. Po jej instalacji zmierzone zużycie spadło do 70 kWh/m2 rocznie, razem z przygotowaniem ciepłej wody użytkowej.

XIX-wieczny dom z SPF na poziomie 4,0

W jednym z najstarszych analizowanych budynków, pochodzącym z 1875 roku, pompa powietrze-woda osiągnęła SPF wynoszący 4,0. Dom miał 360 m2 powierzchni ogrzewanej, a zakres przeprowadzonych wcześniej prac modernizacyjnych był niewielki.

Średnia temperatura obiegu grzewczego wynosiła 36 st. C, natomiast maksymalna 57 st. C. Zapotrzebowanie na energię cieplną określono na 110 kWh/m2 rocznie.

REKLAMA

REKLAMA

REKLAMA

Analiza wykazała jednocześnie problemy z hydrauliką instalacji, w tym skomplikowane prowadzenie rur wokół zasobnika oraz częściowo nieprawidłowe przepływy. Mimo tego instalacja osiągnęła SPF na poziomie 4,0.

Najwyższy wynik osiągnęła pompa gruntowa

Najwyższy współczynnik SPF spośród sześciu analizowanych instalacji uzyskała gruntowa pompa ciepła z sondami. Pracowała w budynku z 1826 roku o powierzchni 240 m2.

Dom został kompleksowo zmodernizowany i osiągnął przeciętny standard energetyczny. Pompa współpracowała z ogrzewaniem podłogowym oraz grzejnikami, a jej SPF wyniósł 5,1. Udział pompy w pokryciu zapotrzebowania na ciepło wynosił niemal 100 proc.

Średnia temperatura obiegu grzewczego była najniższa spośród wszystkich sześciu instalacji i wynosiła 32 st. C. Maksymalna temperatura sięgała 60 st. C.

W tym budynku zainstalowano również kocioł na pellet, jednak w okresie pomiarowym pompa ciepła niemal samodzielnie pokrywała zapotrzebowanie na ciepło.

Błędy hydrauliczne mogą ograniczyć możliwości pompy

Druga gruntowa pompa ciepła pracowała w domu z 1850 roku, który wcześniej poddano termomodernizacji. Budynek miał 205 m2, a pompa zasilała instalację grzejnikową.

SPF wyniósł 3,8, czyli wyraźnie mniej niż w przypadku drugiej analizowanej instalacji gruntowej. Jednym z powodów były błędy w wykonaniu hydrauliki.

Średnia temperatura obiegu grzewczego wynosiła 42 st. C, a maksymalna 51 st. C. W instalacji stwierdzono m.in. zamienione miejscami przyłącza przy podłączeniu do bufora, co powodowało nieprawidłowości w przepływie i spadek temperatury.

Nie tylko termomodernizacja ma znaczenie

Zestawienie sześciu instalacji nie wykazało bezpośredniej zależności między wiekiem budynku a osiąganą efektywnością. Badane obiekty powstały na przestrzeni 170 lat, a wysokie wartości SPF uzyskiwano zarówno w budynkach starszych, jak i nowszych.

Istotnym czynnikiem była natomiast temperatura pracy systemu grzewczego. Najwyższe wartości SPF osiągały instalacje pracujące przy średnich temperaturach obiegu wynoszących 32, 33 i 36 st. C.

Znaczenie miało również wykonanie instalacji. Przykłady dwóch gruntowych pomp ciepła pokazały, że różnice w wynikach mogą być duże: jedna osiągnęła SPF 5,1, a druga 3,8. W analizie drugiego systemu wskazano na problemy z hydrauliką i stosunkowo wysoką temperaturę pracy.

W czterech z sześciu analizowanych instalacji grzałka elektryczna nie pracowała w ogóle albo jej udział był mniejszy niż 2 proc. Jednocześnie autorzy analizy zaznaczyli, że okres pomiarowy charakteryzował się stosunkowo łagodnymi temperaturami zewnętrznymi.

Wyniki obejmujące sześć szczegółowo opisanych budynków nie wskazały również, aby kompleksowa termomodernizacja była warunkiem koniecznym do osiągnięcia dobrego SPF. Dobre wyniki uzyskano także w przypadku domu z 1950 roku, który nie został kompleksowo zmodernizowany, oraz budynku z 1875 roku, w którym zakres modernizacji był niewielki.

Badanie wskazuje więc przede wszystkim na znaczenie właściwego doboru urządzenia, temperatury pracy systemu oraz projektu i wykonania instalacji. Wiek budynku sam w sobie nie przesądza o tym, jak efektywnie będzie pracować pompa ciepła.

Źródło: dr inż. Marek Miara, „Pompa ciepła skuteczna również w starym budynku. Decyduje prawidłowa instalacja”, Pompuj ciepło z głową.

Katarzyna Poprawska-Borowiec