Moc nominalna pompy ciepła – jakie ma znaczenie?

Przyzwyczajenia związane z różnego typu urządzeniami nie tylko grzewczymi, ale i elektroniką powodują, że bardzo często pytamy o ich moc. Spodziewamy się usłyszeć jedną odpowiedź - “moc urządzenia wynosi X kW”. Tymczasem, w przypadku pomp ciepła tak nie jest - moc urządzenia różni się w zależności od temperatury. Jakie ma więc znaczenie moc pompy ciepła?

Zdjęcie autora: Redakcja GLOBEnergia

Redakcja GLOBEnergia

Odpowiedni dobór urządzenia jest kluczową kwestią, zarówno podczas budowy domu jak i jego modernizacji. To, czy w efekcie końcowym domownicy będą zadowoleni z użytkowania pompy ciepła, będzie zależało od wielu parametrów. Nawet najlepsze urządzenie, które zostało dobrane w niewłaściwy sposób, może narazić inwestora na wyższe koszty eksploatacji, a także problemy z uzyskaniem komfortu cieplnego w budynku. Nic więc dziwnego, że inwestorzy szukając odpowiedniego rozwiązania dla swojego domu, szukają również pompy ciepła o odpowiedniej mocy weryfikując, czy pokryje ona zapotrzebowanie w ich domu. Na co więc należy zwrócić uwagę patrząc na moc urządzenia? Pytamy Stanisława Glodnego z firmy Panasonic.

Pompa ciepła jest urządzeniem o charakterystyce spadkowej. To oznacza, że wraz z obniżaniem się temperatury zewnętrznej, spada również dostępna moc i wydajność urządzenia. - komentuje Stanisław Glodny.

Stanisław Glodny, Panasonic
Stanisław Glodny, Panasonic Heating and Cooling

Charakterystyka spadkowa pompy ciepła sprawia, że dobierając moc pompy ciepła należy zweryfikować, w jakiej temperaturze będzie ona pracowała. Głównym zadaniem pompy ciepła jest zapewnienie komfortu cieplnego w zimie w każdy, nawet najzimniejszy dzień roku. Tym samym, podczas doboru mocy pompy ciepła uwzględnia się strefę klimatyczną, w której będzie ona pracowała. W Polsce występuje pięć stref klimatycznych, dla których najniższe temperatury zewnętrzne w zimie zostały określone na podstawie wieloletnich obserwacji. Przykładowo, najzimniejsza jest V strefa klimatyczna, w której temperatura obliczeniowa powietrza może wynosić nawet -24 st. C, a największy obszar w Polsce zajmuje III strefa klimatyczna, w której temperatura zimą może dochodzić do -20 st. C.
Temperatura obliczeniowa służy do tego, aby określić tzw. warunki projektowe, dla których pompa ciepła musi dostarczyć odpowiednią moc, by zapewnić komfort cieplny w budynku. Co to oznacza w praktyce?

W praktyce oznacza to, że jeżeli pompa ciepła nie będzie w stanie sama pokryć zapotrzebowania na moc w warunkach projektowych, to potrzebne jest źródło szczytowe, którego moc musi ten niedobór uzupełnić - komentuje Stanisław Glodny

W tym momencie nie sposób nie wspomnieć o trybach pracy pompy ciepła, których do wyboru jest kilka:

  • tryb monowalentny, w którym urządzenie o dużej mocy ma za zadanie samodzielnie zapewnić 100% zapotrzebowania budynku na ciepło, nawet w najbardziej mroźne dni,
  • tryb monoenergetyczny równoległy, w którym pompa ciepła jest wspomagana dodatkowym źródłem ciepła zasilanym energią elektryczną. Tryb równoległy charakteryzuje się tym, że poniżej punktu biwalencyjnego grzałka pracuje równolegle z pompą ciepła, zatem uzupełnia jedynie niedobór mocy urządzenia,
  • tryb monoenergetyczny alternatywny, w którym pompa ciepła jest wspomagana dodatkowym źródłem ciepła zasilanym energią elektryczną. Tryb alternatywny charakteryzuje się tym, że poniżej punktu biwalencyjnego pompa ciepła wyłącza się, a pracuje sama grzałka elektryczna,
  • tryb biwalentny równoległy, w którym pompa ciepła jest wspomagana dodatkowym źródłem ciepła zasilanym inną energią niż energia elektryczna, na przykład za pomocą kotła gazowego, węglowego, olejowego, itp.,
  • tryb biwalentny alternatywny, w którym pompa ciepła poniżej temperatury biwalencyjnej jest zastępowana dodatkowym źródłem ciepła zasilanym inną energią niż energia elektryczna, na przykład za pomocą kotła gazowego, węglowego, olejowego, itp. 

Ze względu na kwestię optymalizacji systemu grzewczego pod względem kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych podczas wyboru trybu pracy pompy ciepła, decyzja bardzo często pada na tryb biwalentny monoenergetyczny równoległy, w którym grzałka elektryczna staje się źródłem szczytowym. W tej kwestii istotny jest punkt biwalencji, który jest niczym innym jak punktem przecięcia krzywej wydajności mocy pompy ciepła z krzywą zapotrzebowania budynku na ciepło. Punkt biwalencji oznacza temperaturę, w której do pracy pompy ciepła dołączy się źródło szczytowe. Połączenie obu źródeł ciepła pozwala na pokrycie zapotrzebowania na moc w danej temperaturze. Tę zależność przedstawia poniższy wykres, na którym możemy zaobserwować, jaka jest zależność temperatury zewnętrznej oraz zapotrzebowania na moc w budynku w trakcie sezonu grzewczego.

Moc pompy ciepła w zależności od temperatury zewnętrznej w sezonie grzewczym. Źródło: materiały Panasonic

Podczas doboru pompy ciepła do budynku konieczne jest spełnienie wymagania dotyczącego mocy źródła ciepła. Obowiązkiem projektanta jest zweryfikowanie czy przy konkretnej temperaturze zewnętrznej, moc pompy ciepła powiększona o moc dostępnego źródła szczytowego pokrywa zapotrzebowanie projektowe w budynku dla konkretnej temperatury wody kotłowej, której wymaga instalacja. Spełnienie tego warunku jest bezwzględnie konieczne - komentuje Stanisław Glodny.

Stanisław Glodny, Panasonic
Stanisław Glodny, Panasonic Heating and Cooling

Na wykresie możemy zaobserwować spadkową charakterystykę pompy ciepła. A jak to wygląda na liczbach? Przyjrzyjmy się charakterystykom dwóch przykładowych pomp ciepła dobranych: pierwsza do nowego domu, a druga do domu modernizowanego.

Przykładowy dobór pompy ciepła do nowego i modernizowanego budynku, materiały redakcyjne

Dla temperatury + 7 st. C moc pierwszej pompy ciepła wynosi 7 kW. W temperaturze - 7 st. C ta moc wynosi już 5,6 kW. To oznacza, że dla różnicy temperatur 14 st. C moc pompy ciepła spadła o 20%. W przypadku drugiej pompy ciepła moc grzewcza z 9 kW w temperaturze +7 st. C spada do 7,9 w temperaturze -7 st. C, a więc o około 12%.

Warto również zwrócić uwagę, że pompy ciepła są projektowane do pracy w określonym przedziale temperatur zewnętrznych. To oznacza, że gdy temperatura jest zbyt niska, urządzenie znajduje się poniżej granicy swojej pracy i nie może już ogrzewać budynku, gdyż ich moc w tym wypadku wynosi 0 kW i spada o 100%. Powyższe pompy ciepła mogą pracować do temperatury - 20 st. C. To pokazuje, jak duże znaczenie ma strefa klimatyczna w kontekście doboru pompy ciepła. Choć te konkretne pompy ciepła, bez problemu znajdą zastosowanie w I, II i III strefie klimatycznej nie znajdą zastosowania w strefie IV i V, gdyż poniżej temperatury -20 st. C nie pracują. Rozwiązaniem, które pozwoli na ich wykorzystanie, jest zapewnienie źródła szczytowego np. grzałki o mocy nie mniejszej niż szczytowe zapotrzebowanie budynku.

Warto podkreślić, że są na rynku powietrzne pompy ciepła, które są w stanie pracować poniżej temperatury -20 st. C

komentuje Stanisław Glodny

Wiemy już, że moc pompy ciepła ma charakter spadkowy i jest zależna od temperatury zewnętrznej. Czym jest więc moc nominalna pompy ciepła? 

Moc nominalna pompy ciepła, podawana zwykle dla parametru A7W35, a więc dla temperatury zewnętrznej plus 7 st. C oraz temperatury wody kotłowej 35 st. C. Moc nominalna może, ale nie musi pokrywać się ze zdolnością pompy ciepła do pokrycia zapotrzebowania na moc w warunkach projektowych - komentuje Stanisław Glodny.

Co to oznacza dla inwestora? Czy patrząc na moc nominalną może stwierdzić, że pompa ciepła pokryje zapotrzebowanie na moc w jego budynku? W większości przypadków moc nominalna pompy ciepła dla parametru A7W35 z uwzględnieniem grzałki elektrycznej pozwala na pokrycie zapotrzebowania na moc w warunkach projektowych dla niskotemperaturowego górnego źródła. Nie można jednak uznać tego za regułę i zawsze należy zweryfikować moc urządzenia w warunkach projektowych . 


Materiał powstał na podstawie webinaru z cyklu Webinarowa Środa Redakcji GLOBENERGIA “Zapotrzebowanie budynku na moc a strefa klimatyczna - dobór pompy ciepła” z udziałem Stanisława Glodnego z Panasonic Heating&Cooling Solutions.

Zobacz również