Pompa ciepła powietrze woda – tylko dla ogrzewania niskotemperaturowego.

Pompy ciepła wykorzystujące, jako dolne źródło powietrze zdobywają coraz większą popularność. Z jednej strony w przypadku tego typu pomp ciepła nastąpił duży postęp technologiczny, który wiąże się z rosnącym COP a także z możliwością pracy w bardzo niskich temperaturach rzędu -20, 25C, co sprawia, że pompa na bazie dolnego źródła w postaci powietrza atmosferycznego może być w polskim klimacie monowalentnym źródłem ciepła. Z drugiej strony pompy ciepła powietrze/woda charakteryzują się prostszym i znacznie tańszym montażem głownie z uwagi na brak kosztownych prac związanych z wykonaniem dolnego źródła. Wymienione zalety powietrznych pomp ciepła nie oznaczają, że są one idealnym, rozwiązaniem dla każdej instalacji. W mojej ocenie nie jest zasadne stosowanie tego typu urządzeń w instalacjach wysokotemperaturowych i nie mam tu na myśli grzejników zasilanych temperaturą maksymalną 90 C bo w takim przypadku pomp ciepła zupełnie się nie stosuje. Producenci powietrznych pomp ciepła często podkreślają, że ich urządzenia z powodzeniem mogą podgrzewać wodę do 50 – 60 C i rzeczywiście w teorii systemy ogrzewania pracujące na takich temperaturach można by zasilać powietrzną pompą ciepła. Zasadniczy problem polega jednak na tym, że wraz ze wzrostem temperatury zasilania znacząco spada efektywność takiej pompy ciepła.

Wykres COP dla powietrznej mamy ciepła dla różnych temperatur zasilania w funkcji temperatury dolnego źródeł ciepła. Źródło STIEBEL ELTRON

Wykres pokazuje, że między pracą pompy dla zasilania CO 35C a 50 – 60 C jest przepaść w COP.
Z uwagi, że zależność między efektywnością pracy pompy ciepła a różnicą temperatur między górnym a dolnym źródłem jest w przybliżeniu prostoliniowa możliwe jest przybliżone obliczenie średniorocznego współczynnika COP dla danej pompy i danych warunków klimatycznych. W tym celu niezbędne będzie wykorzystanie arkusza kalkulacyjnego oraz danych meteorologicznych w postaci typowego roku meteorologicznego.

Obliczenia zaczynamy od importu do arkusza kalkulacyjnego danych DBT, czyli danych o temperaturze powietrza. Następnie należy ustalić, na jakiej różnicy temperatur będzie pracować pompa. W tym celu należy wyznaczyć minimalną oraz maksymalną temperaturę zasilania, która będzie skorelowana (liniowo) z temperaturą na zewnątrz budynku. Dla tak wyznaczonych warunków można przystąpić do obliczenia współczynnika COP, godzina po godzinie dla całego sezonu grzewczego. Na szczególną uwagę zasługuje wyznaczenie średniorocznego COP. Nie może być to zwykła średnia gdyż w tym przypadku wysokie COP w miesiącach przejściowych zaburzyłoby realny wynik gdyż najwięcej energii pozyskiwane jest w miesiącach zimowych a waga COP będzie rosła wraz ze spadkiem temperatury na zewnątrz. Dlatego w tym celu należy wyznaczyć średnią ważoną.

Przykład obliczeń dla Krakowa w poniższym pliku

https://docs.google.com/spreadsheet/ccc?key=0AqrQUMXHpwk9dEVrRkN5ZkV5ZVE4RzhpalA1MWYzc1E

Z moich obliczeń wynika że pompa ciepła (celowo nie podaje producenta) pracująca na maksymalnej temperaturze zasilania 35C w okolicach Krakowa jest w stanie osiągnąć średnie COP 3,6 i współczynnik sezonowej efektywności z uwzględnieniem sprawności instalacji (0,8) SPF 2,9. Podnosząc temperaturę zasilania do 50 C średnioroczne COP spada do 2,6 a SPF do2.1 czyli o ponad 25%. Przy temperaturze zasilania 60 spadek COP idzie do 2.3 a SPF do 1,85 co daje spadek o ok. 35%.

Reasumując pompa ciepła powietrze woda jest ciekawą (pod względem kosztów) propozycją dla niskotemperaturowego ogrzewania budynków w przypadku ogrzewania wysokotemperaturowego jej efektywność będzie znacząco spadać.