Jednym z czynników, który wpływa na moc dobieranej pompy ciepła jest lokalizacja budynku, za którą idzie strefa klimatyczna, a więc obliczeniowa temperatura zewnętrzna. W Polsce występuje pięć stref klimatycznych (I-V), z których V charakteryzuje się najniższymi temperaturami w okresie zimowym, a I najwyższymi. W zależności od tego, w której strefie klimatycznej jest zlokalizowany budynek, do obliczeń przyjmowane są inne temperatury zewnętrzne.

Strefa klimatyczna I II III IV V
Temperatura obliczeniowa powietrza
na zewnątrz budynku w st. C
-16 -18 -20 -22 -24
 źródło:PN-82/B-02403

Temperatury obliczeniowe zostały określone na podstawie wieloletnich obserwacji i wpływają no to w jaki sposób zostanie dobrana pompa ciepła do danego budynku. Oprócz tego, trzeba mieć na uwadze, że w przypadku pomp ciepła paradoks polega na tym, że moc urządzenia spada wraz ze spadkiem temperatur. Z tym wiąże się również główna obawa przyszłych inwestorów, którzy boją się, że w ujemnych temperaturach pompa ciepła nie da rady ogrzać budynku. Producenci pomp ciepła zdają sobie z tego sprawę i wiedzą, że muszą oferować klientom bezpieczeństwo. Nawet przy wyjątkowo niskich temperaturach zewnętrznych rzędu -20, -25 st. C użytkownicy pomp ciepła w dalszym ciągu muszą mieć ogrzewany dom i przygotowaną ciepłą wodę użytkową. Muszą mieć zapewniony komfort. Dlaczego temperatura zewnętrzna wpływa na dobór mocy pompy ciepła? Pytamy Piotra Jabłońskiego – Product Managera w Mitsubishi Electric

Gęstość czynnika chłodniczego

Jednostka zewnętrzna pompy ciepła pełni rolę parownika, pobierając ciepło z otoczenia. Czynnik chłodniczy w parowniku ma niższą temperaturę niż temperatura zewnętrzna, dzięki temu zostaje podgrzany i zmienia stan skupienia z ciekłego na gazowy. Ten gaz zostaje sprężony przez sprężarkę, a wytworzone w tym procesie ciepło jest przekazywane w wymienniku płytowym (skraplaczu) do systemu instalacji centralnego ogrzewania budynku. Temperatura zewnętrzna ma bardzo znaczący wpływ na ten proces, a więc na moc pompy ciepła. Dlaczego? Zwróćmy uwagę, jak zmienia się gęstość czynnika chłodniczego w zależności od temperatury zewnętrznej, na przykładzie czynnika R32.

Temperatura zewnętrzna [st. C] Gęstość czynnika na ssaniu sprężarki [kg/m3]
+7 26,08
0 20,97
-10 15,12
-28 7,9

W tabeli możemy zaobserwować jaka jest gęstość czynnika w zależności od temperatury parowania. Zwróćmy uwagę, że w temperaturze +7 st. C gęstość czynnika wynosi 26 kg/m3, a w temperaturze -28 st. C tylko 7,9 kg/m3. To ponad trzykrotnie mniejsza ilość czynnika w tej samej objętości. O czym to świadczy? O tym, że w temperaturze – 28 st. C, sprężarka musi wykonać 3 razy więcej pracy, żeby osiągnąć te same parametry, co w przypadku temperatury +7 st. C. – komentuje Piotr Jabłoński – Product Manager w Mitsubishi Electric.

Wydatek masowy

Tak jak każdy silnik w samochodzie ma określoną pojemność, tak każda sprężarka ma określoną pojemność komory sprężania. W przypadku sprężarek ta pojemność wynosi około 28 cm3.

Wszystkie sprężarki oferowane przez Mitsubishi Electric, są sprężarkami inwerterowymi i mają zmienną prędkość obrotową. Maksymalnie jest to 120 obrotów na sekundę, minimalnie jest to 10 obrotów na sekundę. Jeśli przeliczymy maksymalny wydatek objętościowy, czyli to ile metrów sześciennych na godzinę jesteśmy w stanie przetłoczyć, to okaże się, że maksymalnie sprężarka może przetłoczyć 12 m3 na godzinę, a minimalnie 1m3. Mając gęstość czynnika, jesteśmy w stanie określić jaki jest wydatek masowy takiego urządzenia. – komentuje Piotr Jabłoński – Product Manager w Mitsubishi Electric

Wydatek masowy jest potrzebny, aby móc określić, jaką moc ma w danej temperaturze sprężarka. Mnożąc 12 m3 na godzinę, przez gęstość czynnika w różnych temperaturach, uzyskujemy następujące wyniki.

Temperatura zewnętrzna [st. C] Wydatek masowy [kg/h]
+7 312
0 251
-10 180
-28 94

 

Jeśli wydatek masowy pomnożymy przez różnicę entalpii, czyli początek parowania i koniec parowania, to uda nam się określić, jaką moc minimalną i maksymalną osiągnie pompa ciepła w danej temperaturze. Okazuje się, że przy temperaturze -28 st. C moc maksymalna jest ponad trzykrotnie niższa niż w temperaturze + 7 st. C.

Temperatura zewnętrzna [st. C] Wydatek masowy [kg/h] Moc min – max [kW]
+7 312  2,1 – 26
0 251 1,6 – 20
-10 180 1,25 – 15
-28 94 0,6 – 7,8

Warto zauważyć, że sprężarka pracując w temperaturach dodatnich +7 st. C nie będzie pracowała z maksymalnym wydatkiem, dlatego że jako producent dbamy o to, aby współczynniki COP były jak najwyższe. Ta moc jest stale dostosowywana do wymagań instalacji. Ten przykład pokazuje jak zmienia się moc w zależności od temperatury zewnętrznej. Obrazuje, że w temperaturach dodatnich osiągamy bardzo duże moce, a w temperaturach ujemnych niskie. – komentuje Piotr Jabłoński – Product Manager w Mitsubishi Electric

Pompa ciepła Zubadan Inverter zdolna do skutecznej i niezawodnej pracy nawet przy temperaturach sięgających -28°C, źródło: Mitsubishi Electric

Czy te parametry można poprawić?

Podane w tabeli parametry dotyczą standardowych układów chłodniczych pomp ciepła. Jeśli chcemy to zmienić, chcemy by efektywność naszego urządzenia była wyższa, a temperatury tłoczenia niższe i aby moce osiągane w niższych temperaturach były wyższe, musimy zastosować technologię wtrysku czynnika. Tę technologię wykorzystują nasze pompy ciepła Zubadan. – komentuje Piotr Jabłoński – Product Manager w Mitsubishi Electric

Zmniejszenie mocy pomp ciepła w ujemnych temperaturach nie oznacza jednak, że pompy ciepła całkowicie przestają pracować. Należy pamiętać, że tak skrajnie niskie temperatury w ciągu sezonu grzewczego występują stosunkowo rzadko. Dodatkowo, to właśnie między innymi po to pompy ciepła są wyposażane w grzałkę elektryczną jako źródło szczytowe, by nawet w mroźne dni, komfort w budynku mógł zostać zapewniony.


Materiał został opracowany na podstawie siódmego webinaru z cyklu Webinarowa Środa: „Praca pomp ciepła w zimnym klimacie”, który prowadzili Damian Filipowicz – Product Leader LES ATA/ATW w Mitsubishi Electric oraz Piotr Jabłoński – Product Manager LES ATA/ATW w Mitsubishi Electric.

Redakcja GLOBEnergia