Ogrzewanie z pompą ciepła składa się z instalacji dolnego źródła ciepła, właściwego urządzenia, a więc samej pompy ciepła oraz odpowiedniego systemu rozprowadzania i magazynowania ciepła, czyli instalacji grzewczej, tzw. górnego źródła ciepła. Czynnik roboczy, cyrkulujący w zamkniętym obiegu, parując w niskich temperaturach, odbiera ciepło ze środowiska naturalnego (dolne źródło ciepła). Następnie za pomocą sprężarki pompy ciepła zostaje on doprowadzony do temperatury odpowiedniej do celów ogrzewania obiektu. Energia cieplna odebrana ze środowiska oraz elektryczna energia napędowa, która jest konieczna do sprężania czynnika roboczego, dają w efekcie ciepło pozwalające ogrzać budynek.

Schemat instalacji c.o. i c.w.u opartej na gruntowej pompie ciepła

Schemat instalacji grzewczej opartej na pompie ciepła, źródło: Dimplex

Należy pamiętać, że pompa ciepła nie wytwarza energii cieplnej. Jest to urządzenie pobierające ciepło przy niskiej temperaturze, które dzięki doprowadzeniu energii napędowej – energii elektrycznej na potrzeby pracy sprężarki w pompie ciepła, oddaje w instalacji grzewczej ciepło o wyższej temperaturze.

Przeanalizujmy przykład obiektu o zapotrzebowaniu na moc grzewczą 10kW, zamieszkałego przez 4-osobową rodzinę zużywającą 200dm3/24h ciepłej wody użytkowej, znajdującego się III strefie klimatycznej w miejscowości Kraków. Analizowany obiekt oparty jest na gruntowej pompie ciepła, której dolnym źródłem ciepła jest pionowy gruntowy wymiennik ciepła, natomiast górnym źródłem ciepła jest system ogrzewania podłogowego. Na podstawie danych meteorologicznych, przy utrzymaniu temperatury wewnątrz obiektu na poziomie 20oC i 45oC ciepłej wody użytkowej, do analizowanego obiektu system grzewczy oparty na pompie ciepła musi dostarczyć 27 124 kWh energii grzewczej. Dla sprawności systemu SCOP = 5 do gruntowej pompy należy dostarczyć z dolnego źródła ciepła 21 680 kWh.

Schemat energetyczny dla budynku jednorodzinnego

Zapotrzebowanie na energię grzewczą przykładowego obiektu ulega zmianie po podwyższeniu utrzymywanej temperatury w pomieszczeniach z 20oC na 22oC i wynosi już 30 060 kWh, a co za tym idzie dla sprawności systemu SCOP = 5 do gruntowej pompy należy teraz dostarczyć z dolnego źródła ciepła 24 060 kWh. Jeżeli jeszcze zmieni się zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową z 200dm3/24h na 400dm3/24h zapotrzebowanie na energię grzewczą wzrasta do 33 065 kWh. Przy sprawności systemu SCOP = 4,9 (zmniejszone ze względu na zwiększony udział c.w.u) do gruntowej pompy należy w takiej sytuacji dostarczyć już z dolnego źródła ciepła 26 260 kWh. Dlaczego SCOP zmalało, kiedy wzrosło zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową? Odnotowano aż dwukrotny wzrost zapotrzebowania na c.w.u. o temperaturze 45oC, co oznacza, że pompa będzie musiała przygotować znacznie większą ilość wody o wyższej temperaturze, a im większa różnica pomiędzy temperaturą dolnego – pobieraną z gruntu – a górnego źródła – oddawaną do instalacji c.o. czy c.w.u., tym sprawność pracy pompy ciepła jest mniejsza.

Dobór wielkości gruntowego pionowego wymiennika ciepła do pompy ciepła, a nie do potrzeb energetycznych obiektu może skutkować błędem w oszacowaniu wielkości gruntowego wymiennika ciepła, dalej wychłodzeniem gruntowego wymiennika ciepła, obniżeniem sprawności pracy pompy ciepła, a w konsekwencji nawet jej wyłączeniem. Zmiana utrzymywanej temperatury w pomieszczeniach, czy też zwiększony udział ciepłej wody użytkowej zmieniają ilość energii niezbędnej do dostarczenia do pompy ciepła z gruntowego wymiennika ciepła w celu pokrycia potrzeb energetycznych obiektu. Za miesiąc zapraszamy na artykuł o tym, w jaki sposób poprawnie dobierać wielkość pionowego gruntowego wymiennika ciepła tak, aby ustrzec się błędów projektowych i wyżej wymienionych konsekwencji.

Opracowanie: Adam Koniszewski