Powietrzne pompy do ogrzewania domu w naszym klimacie

Już w połowie XIX wieku dowiedziono, że aparaty chłodnicze można zastosować do celów grzewczych. Zjawisko to wykorzystano w powietrznych pompach ciepła, które działają na takiej samej zasadzie jak lodówka czy zamrażarka.

Lodówki i zamrażarki są urządzeniami, które ciepło pobrane z artykułów spożywczych oddają do pomieszczenia. W pompach ciepło pozyskiwane jest z powietrza na zewnątrz budynku i następnie trafia do pomieszczeń.

Powietrzne pompy ciepła – jak działają

Pompa ciepła typu „powietrze–woda” to jedno z urządzeń grzewczych korzystających głównie z nieograniczonych zasobów OZE (odnawialnych źródeł energii). To ich ogromna zaleta, ale nie jedyna. Istotna jest również efektywność tych urządzeń w szerokim zakresie temperatur (od -25ºC do 45ºC). Panujące w  Polsce warunki klimatyczne pozwalają na zastosowanie powietrznych pomp ciepła praktycznie bez ograniczeń na obszarze całego kraju.

Warto wiedzieć: Czym są i jak działają Odnawialne Źródła energii?

Najczęściej standardowe modele powietrznych pomp ciepła pracują wydajnie do momentu, gdy temperatura zewnętrzna osiągnie -15ºC. Jednak najnowsze technologicznie urządzenia zapewniają produkcję ciepła do -20ºC (np. NIBE SPLIT czy NIBE F2040), a nawet ok. -25ºC. Osiągnięcie w takich warunkach atmosferycznych, wysokiej temperatury na zasilaniu systemu grzewczego (na poziomie nawet 63ºC), przy zachowaniu wysokiego średniorocznego współczynnika sprawności SCOP na poziomie 5,05, okazało się możliwe dla pompy ciepła NIBE F2120. Udało się to uzyskać dzięki połączeniu technologii inwerterowej z technologią wtrysku gorącej pary EVI.

Dla temperatury zewnętrznej -15ºC wskaźnik efektywności energetycznej (COP) wynosi od 2 do 3 i zależy od zadanej temperatury zasilania. Oznacza to, że energia cieplna przekazywana przez urządzenie jest 2–3 razy większa, niż gdybyśmy wykorzystywali do ogrzewania energię elektryczną. COP (wskaźnik wyznaczany laboratoryjnie) czy SPF (średnioroczny wskaźnik sprawności uwzględniający rzeczywiste warunki pracy pompy) rośnie wraz ze wzrostem temperatury zewnętrznej. Oczywiście najlepsze wyniki osiąga się, gdy temperatura na zewnątrz jest zdecydowanie powyżej zera.

Pompa ciepła w układzie biwalentnym

Wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej wydajność grzewcza pompy ciepła spada. Z tego względu urządzenia zasilane powietrzem zewnętrznym instaluje się najczęściej w systemie biwalentnym, w którym pompa ciepła pracuje do pewnej temperatury zewnętrznej (np. -8ºC), nazywanej punktem biwalentnym. Jest to graniczna temperatura zewnętrzna, do której powietrzna pompa ciepła pracuje samodzielnie i pokrywa obliczone dla budynku zapotrzebowanie na ciepło.

Producenci najczęściej zalecają takie zaprojektowanie pompy ciepła, by 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 na poziomie ok. 98%. W takiej sytuacji grzałka elektryczna musi dostarczyć jedynie 2% ciepła. Podsumowując powietrzna 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 lub służy tylko do przegrzewu wody, by przeciwdziałań bakteriom z grupy Legionella.

Pompy ciepła nie należy przewymiarowywać, ponieważ nie wpływa to pozytywnie na jej pracę. Przewymiarowana pompa zdecydowaną większość roku nie będzie wykorzystywała swojej maksymalnej mocy, a przy wyjątkowo niskich temperaturach powietrza będzie też miała niską sprawność. Przewymiarowanie nie jest też w żaden sposób uzasadnione ekonomicznie, gdyż koszt energii elektrycznej, którą zużywa grzałka stosowana jako źródło szczytowe, nie przekracza zazwyczaj 200 zł rocznie.

Powietrzne pompy ciepła w praktyce

W Polsce średnie temperatury stycznia (najchłodniejszego miesiąca w roku) kształtują się na poziomie od kilku stopni powyżej zera na zachodzie, do kilku stopni poniżej zera na północnym wschodzie. Dla porównania w Szwecji średnie temperatury stycznia to +1ºC na południu, do -14ºC na północy. Rozkład i zakres temperatur jest w tym kraju mniej korzystny niż u nas, a mimo to Szwecja jest europejskim liderem, jeśli chodzi o montaż pomp ciepła.
Jeszcze kilka lat temu stosunek liczby urządzeń zainstalowanych w Szwecji do tych zainstalowanych Polsce wynosił 20:1 i nadal rośnie. Obecnie w Szwecji niemal 95% nowych budowanych domów jest wyposażona w niewielkie pompy ciepła o mocy do 20 kW.

Bardzo dobrym przykładem zastosowania powietrznych pomp ciepła jest Naimakka, miejscowość położona na północy Szwecji, gdzie zima z temperaturami poniżej zera trwa ponad 200 dni w roku. Pompa jest wykorzystywana nie tylko do ogrzewania stacji meteorologicznej, dostarcza również ciepła do pojemnościowego podgrzewacza wody użytkowej.

Dlatego odpowiedź na pytanie, dlaczego powietrzne pompy ciepła nie miałyby sprawdzić się w naszym klimacie, jest jedna. Nie ma powodów, żeby tak twierdzić. Skoro takie rozwiązanie sprawdzają się w dużo ostrzejszym klimacie, warto wykorzystywać je także u nas. Przecież ciepłego powietrza jest u nas dostatek.

Do tego należy dodać, że montaż powietrznej pompy ciepła jest obecnie tańszy niż budowa kotłowni gazowej, olejowej czy na paliwa stałe, a oszczędności uzyskane w sezonie grzewczym pozwalają na całkowity zwrot inwestycji w przeciągu 4 lat.