Czy pompa ciepła może samodzielnie pokryć zapotrzebowanie na ciepło?

Jeżeli pompa ciepła jest dobrana na 100% zapotrzebowania na ciepło, to bez dodatkowego źródła grzewczego jest w stanie ogrzać budynek nawet przy srogiej zimie.

Gruntowe pompy ciepła wykorzystują energię zakumulowaną w gruncie, na wielkość której nie mają wpływu czynniki zewnętrzne. Wobec tego ich praca nie zależy od warunków atmosferycznych i temperatury panującej na zewnętrz budynku. Osiągnięcie wymaganej temperatury w budynku gwarantuje nam poprawny dobór mocy grzewczej pompy ciepła do zapotrzebowania na ciepło tego budynku oraz prawidłowe zwymiarowanie kolektora gruntowego.

Ze względu na spadek wydajności grzewczej wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej, pompy ciepła zasilane powietrzem zewnętrznym zazwyczaj instaluje się w systemie biwalentnym, w którym pompa ciepła pracuje do pewnej temperatury zewnętrznej np. -8oC określanej jako punkt biwalentny. Jest to temperatura zewnętrzna do której pompa ciepła pokrywa obliczone zapotrzebowanie na ciepło bez dodatkowego wspomagania. Pompę powietrzną dobieramy tak aby w punkcie biwalencji jej moc grzewcza pokrywała w 100% zapotrzebowania na ciepło (np. dla budynku z instalacją podłogową o zapotrzebowaniu na ciepło na poziomie 10kW dobierzemy pompę ciepła która ma ok 10kW przy A-8/W35). Poniżej punktu biwalencji pompa wspomagana jest innym źródłem ciepła np. grzałką elektryczną (tryb biwalentny monoenergetyczny) czy kotłem gazowym (tryb biwalentny równoległy lub alternatywny). Producenci najczęściej zalecają takie zaprojektowanie pompy ciepła, żeby punkt biwalentny w przypadku trybu biwalentnego równoległego lub monoenergetycznego wynosił -5°C lub poniżej. Przy takim punkcie biwalentnym, uzyskuje się udział pompy ciepła w wytwarzaniu ciepła wielkości ok. 98 %. Wówczas grzałka elektryczna musi dostarczyć jedynie 2 % ciepła.

Producenci pomp ciepła jednak ciągle pracują nad ich udoskonaleniem. Jest to szczególnie widoczne w segmencie pomp ciepła typu powietrze/woda. W ciągu ostatnich siedmiu lat zmieniał się zarówno współczynnik sprawności jak również graniczna dolna temperatura pracy pomp ciepła, która z -10°C zeszła do -25°C (np. pompa ciepła NIBE F2120)!. Opanowanie konstrukcji sprężarek typu scroll z możliwością „wtrysku międzystopniowego” umożliwiło wyposażenie modułów chłodniczych pomp ciepła w dodatkowy wymiennik ciepła, zwany potocznie ekonomizerem, co w efekcie pozwoliło na uzyskanie efektu sprężania dwustopniowego przy zastosowaniu pojedynczej sprężarki. Umożliwia to niezawodną pracę pompy ciepła w temperaturach równych, a nawet niższych niż -20°C i powoduje: wzrost efektywności energetycznej tych urządzeń (SCOP pompy ciepła F2120 wynosi aż 5,1!), co objawia się również tym, iż wartość granicznej temperatury pompy ciepła została przesunięta w okolice -10°C oraz uzyskanie temperatury wody na zasilaniu systemu grzewczego na poziomie 65°C (w przeważającym zakresie pracy). Odpowiednio dobrana moc grzewcza tak zaawansowanej technologicznie pompy ciepła umożliwia zastosowanie również w systemie monowalentnym (jako jedyne źródło ciepła w budynku).
Oprócz określenia punktu biwalencji i optymalnego dopasowania mocy grzewczej pompy ciepła, dobór taki dobrze jest zweryfikować pod kątem kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych, np. wykorzystując komputerowe programy doborowe, którymi dysponują producenci pomp ciepła.

Podsumowując pompa ciepła może samodzielnie pokrywać zapotrzebowanie na ciepło jednak w większości przypadków mamy do czynienia z wspomaganiem dodatkowym lub szczytowym źródłem energii które wspomaga pompę ciepła w trakcie najmroźniejszych dni w ciągu roku lub służy tylko do przegrzewu wody przeciw bakteriom z grupy Legionella. Przewymiarowanie pompy ciepła nie wpływa pozytywnie na jej pracę gdyż przez zdecydowaną większość roku nie będzie ona wykorzystywała swojej mocy maksymalnej. Przewymiarowanie nie jest też w żaden sposób uzasadnione ekonomicznie ponieważ koszt energii elektrycznej jaka zostanie zużyta przez grzałkę, która jest najczęściej stosowana jako źródło szczytowe, nie przekracza zazwyczaj 200 zł rocznie.

Tryby pracy pompy ciepła:

System monowalentny	Pompa ciepła jest jedynym urządzeniem grzewczym i pokrywa 100% zapotrzebowania energetycznego, w całym zakresie przyjętych do obliczeń temperatur zewnętrznych i wewnętrznych.
System biwalentny alternatywny	W systemie grzewczym pracują dwa urządzenia grzewcze. Jeśli pompa ciepła nie jest w stanie pokryć zapotrzebowania energetycznego, zostaje wyłączona a obciążenie grzewcze przejmuje drugie urządzenie (np. kocioł gazowy, olejowy).
System biwalentny równoległy	W systemie grzewczym pracują dwa urządzenia grzewcze. Jeśli pompa ciepła nie jest w stanie pokryć zapotrzebowania energetycznego, włącza się drugie urządzenie grzewcze (kocioł gazowy, olejowy). Przykładem systemu biwalentnego częściowo równoległego, jest np. układ pompy ciepła z kotłem na paliwo stałe (lub kominkiem z płaszczem wodnym). Oba urządzenia mogą pracować równocześnie, jednak gdy zostanie przekroczona maksymalna dopuszczalna temperatura na czujniku zasilania podłączonego do pompy ciepła, urządzenie wyłącza się. Pracuje tylko kocioł, a pompa ciepła zostanie uruchomiona dopiero wtedy, kiedy temperatura na zasilaniu spadnie poniżej wymaganej wartości.
System biwalentny równoległy monoenergetyczny	W systemie grzewczym pracują dwa urządzenia grzewcze. Jeśli pompa ciepła nie jest w stanie pokryć zapotrzebowania energetycznego, włącza się drugie urządzenie grzewcze. Dodatkowym źródłem ciepła jest ogrzewanie elektryczne (np. grzałka elektryczna o stopniowej regulacji mocy 2,4,6,9kW), które wspiera pompę ciepła tylko w czasie najzimniejszych dni.