Czy pompa ciepła działa w zimie?

Jak pompa ciepła grzeje zimą?

Pompa ciepła przenosi energię z chłodniejszego otoczenia do cieplejszej instalacji w budynku. Czynnik chłodniczy odbiera ciepło w parowniku, sprężarka podnosi jego ciśnienie i temperaturę, a skraplacz przekazuje energię do wody grzewczej albo bezpośrednio do powietrza w domu. Ten obieg termodynamiczny działa także wtedy, gdy temperatura zewnętrzna spada poniżej zera.

W powietrznej pompie ciepła dolnym źródłem jest powietrze zewnętrzne. Im jest chłodniejsze, tym trudniej przenieść z niego ciepło do instalacji, szczególnie jeśli grzejniki wymagają wysokiej temperatury zasilania. W gruntowej pompie ciepła energia pochodzi z gruntu, a w układzie woda-woda z wody gruntowej. Mechanizm pozostaje podobny, ale warunki po stronie dolnego źródła są inne.

Rodzaj dolnego źródła a praca zimą

Nie każda pompa ciepła reaguje na zimę tak samo. Największą zmienność widać w urządzeniach korzystających z powietrza zewnętrznego. Grunt na głębokości pracy wymiennika ma temperaturę znacznie stabilniejszą niż powietrze, dlatego gruntowa pompa ciepła nie odczuwa każdego krótkiego ochłodzenia w taki sam sposób.^[2]

Stabilniejsze dolne źródło nie zwalnia z prawidłowego doboru. Zbyt mały wymiennik gruntowy, niedostateczny przepływ wody albo źle dobrane pompy obiegowe także mogą ograniczyć pracę systemu. Dlatego porównanie rodzajów pomp nie powinno sprowadzać się do zdania, że jeden typ zawsze działa, a drugi przestaje działać przy mrozie.

Co zmienia się podczas mrozu?

Wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej budynek zwykle potrzebuje większej mocy grzewczej. Jednocześnie powietrzna pompa ciepła pracuje w trudniejszych warunkach i może dostarczać mniej mocy niż przy łagodnej pogodzie. To dwa nakładające się zjawiska: zapotrzebowanie domu rośnie, a możliwości urządzenia mogą maleć. Dlatego sama moc nominalna podana dla standardowego punktu badania nie wystarcza do oceny zimowej pracy.

W dokumentacji konkretnego modelu należy sprawdzić moc grzewczą i COP dla kilku temperatur zewnętrznych oraz wymaganej temperatury wody. Rozporządzenie Komisji UE rozróżnia między innymi moc deklarowaną dla warunków zewnętrznych, temperaturę biwalentną, graniczną temperaturę pracy TOL oraz sezonowy współczynnik SCOP. Wymaga też podawania parametrów dla zdefiniowanych warunków, dlatego wynik dla standardowego punktu z powietrzem o temperaturze +7°C nie opisuje sam całego sezonu.^[1]

Znaczenie ma także temperatura zasilania instalacji. Ogrzewanie podłogowe i odpowiednio dobrane duże grzejniki mogą oddawać potrzebne ciepło przy niższej temperaturze wody. Stare, małe grzejniki mogą wymagać wyższej temperatury zasilania, co zwiększa pracę sprężarki i zwykle obniża COP. Nie oznacza to automatycznie, że pompa nie nadaje się do modernizowanego domu, ale wymaga sprawdzenia odbiorników i strat ciepła.

Temperatura projektowa nie jest taka sama w każdej lokalizacji. To punkt odniesienia do obliczenia obciążenia cieplnego i oceny mocy pompy w zimowych warunkach. Bez lokalnych danych łatwo porównać urządzenia dla temperatury, która nie odpowiada miejscu inwestycji.

Odszranianie jednostki zewnętrznej

Podczas ogrzewania parownik jednostki zewnętrznej jest chłodniejszy od przepływającego przez niego powietrza. Gdy na lamelach skrapla się wilgoć i zamarza, powstaje szron ograniczający przepływ powietrza oraz wymianę ciepła. Sterownik wykrywa warunki wymagające odszraniania i okresowo odwraca obieg, aby ogrzać wymiennik zewnętrzny. Badanie terenowe NREL opisuje właśnie taki sposób usuwania lodu i wskazuje, że odszranianie jest jednym z normalnych trybów pracy obserwowanych zimą.^[3]

W trakcie cyklu wentylator może się zatrzymać, z jednostki może unosić się para, a ogrzewanie domu może być chwilowo ograniczone. Po zakończeniu na tacy ociekowej pojawia się woda. Są to zwykłe skutki odszraniania, o ile urządzenie wraca do ogrzewania, odpływ jest drożny, a na wymienniku nie narasta trwała bryła lodu.

Grzałka i punkt biwalentny

Grzałka elektryczna w pompie ciepła nie jest dowodem, że urządzenie nie działa zimą. Może pełnić funkcję szczytowego źródła ciepła, zabezpieczenia lub wsparcia podczas odszraniania. W układzie monoenergetycznym pompa i grzałka korzystają z energii elektrycznej. W układzie biwalentnym dodatkowym źródłem może być inne urządzenie grzewcze sterowane razem z pompą.

Temperatura biwalentna opisuje warunki, poniżej których do pokrycia obciążenia może być potrzebna moc uzupełniająca. Nie jest tym samym co TOL, czyli graniczna temperatura pracy zadeklarowana dla danego modelu. Pompa może więc nadal pracować poniżej punktu biwalentnego, a grzałka tylko uzupełnia brakującą moc. To, jak często się włącza i ile energii zużywa, zależy od doboru urządzenia, sterowania oraz rzeczywistych strat budynku.

Nie należy wyłączać grzałki w menu wyłącznie po to, aby obniżyć zużycie. Jeśli została przewidziana przez projekt i producenta, jej blokada może w skrajnych warunkach obniżyć temperaturę w domu albo zakłócić ochronę instalacji. Najpierw trzeba sprawdzić przyczynę częstej pracy: krzywą grzewczą, ustawienie punktu biwalentnego, przepływy, zapotrzebowanie budynku i moc pompy przy aktualnej temperaturze.

Jak sprawdzić przygotowanie instalacji do zimy?

Ocena nie zaczyna się od pytania o najniższą temperaturę zapisaną w reklamie. Trzeba zestawić charakterystykę urządzenia z budynkiem i instalacją. Pomagają w tym następujące kroki:

1. Ustal obciążenie cieplne budynku. Obliczenia powinny odpowiadać lokalnej temperaturze projektowej oraz uwzględniać przegrody, wentylację i oczekiwaną temperaturę wewnętrzną.
2. Sprawdź moc pompy w zimowym punkcie pracy. Porównaj ją z obciążeniem domu, używając tabel lub wykresów dla właściwej temperatury zasilania, a nie wyłącznie wartości nominalnej.
3. Odczytaj temperaturę biwalentną i TOL. Ustal, kiedy sterownik może dołączyć grzałkę i do jakiej temperatury producent dopuszcza pracę sprężarki.
4. Zweryfikuj odbiorniki ciepła. Sprawdź, czy podłogówka lub grzejniki oddadzą wymaganą moc przy możliwie niskiej temperaturze wody.
5. Sprawdź hydraulikę i automatykę. Właściwy przepływ, czyste filtry, działające pompy obiegowe i prawidłowo ustawiona krzywa grzewcza wpływają na pracę całego układu.
6. Przygotuj jednostkę zewnętrzną. Zapewnij swobodny przepływ powietrza, stabilne posadowienie oraz odpływ wody z odszraniania zgodny z instrukcją.

Sterowanie pogodowe dopasowuje temperaturę zasilania do warunków zewnętrznych. Przy łagodniejszej pogodzie może ją obniżyć, zamiast utrzymywać przez cały sezon wartość potrzebną tylko w najzimniejszym punkcie. Przewodnik MCS wskazuje kompensację pogodową jako podstawowy element projektu wodnej instalacji z pompą ciepła i podkreśla zależność ustawień od charakterystyki odbiorników.^[4]

Co obserwować w czasie zimy?

Pompa ciepła może podczas mrozu pracować dłużej niż kocioł, a sprężarka inwerterowa często utrzymuje ciągłą pracę z dopasowaną mocą. Długi cykl sam w sobie nie oznacza awarii. Ważniejsze jest, czy temperatura w domu pozostaje stabilna, czy urządzenie osiąga temperaturę zasilania oraz czy nie przechodzi co chwilę między startem i zatrzymaniem.

• Normalne zachowanie: dłuższa praca przy chłodniejszej pogodzie, okresowe odszranianie, para wodna po jego rozpoczęciu i odpływ wody po zakończeniu.
• Sygnał do sprawdzenia ustawień: częste uruchamianie grzałki mimo łagodnej pogody, bardzo wysoka zadana temperatura wody, krótkie cykle sprężarki lub wyraźnie nierówne ogrzewanie pomieszczeń.
• Sygnał do serwisu: komunikat błędu, trwałe oblodzenie wymiennika, zablokowany wentylator, brak ogrzewania po odszranianiu, nietypowy hałas albo wyciek.

Koszt zimowej pracy zależy od ilości ciepła potrzebnej budynkowi, sezonowej efektywności systemu, temperatury zasilania, udziału grzałki i ceny energii. Pojedynczy odczyt COP z ekranu nie opisuje rachunku za sezon. Do porównania wariantów potrzebne są dane obejmujące cały budynek i typowy przebieg pogody, a nie jeden mroźny dzień.

Czy pompa ciepła poradzi sobie przez całą zimę?

Tak, jeśli została dobrana do budynku i lokalnego klimatu, a instalacja odbiorcza pozwala jej pracować z rozsądną temperaturą zasilania. W powietrznej pompie ciepła spadek COP, cykle odszraniania oraz możliwość uruchomienia grzałki są elementami zimowej pracy, a nie automatycznym dowodem błędnego działania.

Najważniejsze jest odróżnienie trzech wartości: mocy pompy przy konkretnych warunkach, temperatury biwalentnej i granicznej temperatury pracy. Dopiero zestawienie ich z obciążeniem cieplnym domu odpowiada na pytanie, czy dany model ogrzeje konkretny budynek podczas mrozu. Ogólna deklaracja, że pompa działa zimą, jest prawdziwa, ale projekt decyduje o komforcie, zużyciu energii i udziale źródła pomocniczego.