Przy budowie domu z założenia zero- lub niskoenergetycznego bardzo ważnym aspektem jest odpowiedni dobór pompy ciepła. Poszukiwanie ekologicznych i ekonomicznych rozwiązań na ogrzewanie budynków zwiększyło popularność tych urządzeń. Jednocześnie upraszczanie sposobów doboru niejednokrotnie powoduje nieefektywne działanie systemu grzewczego.
Współczynnik EP i korzyści z jego obniżenia
Pompy ciepła są najlepszym rozwiązaniem na obniżenie kosztów eksploatacyjnych domu. Ich stosowanie pozwala na obniżenie współczynnika EP, czyli wartości określającej ilość energii pierwotnej, pokrywającej zapotrzebowanie na ogrzewanie, klimatyzację, wentylację mechaniczną oraz przygotowanie ciepłej wody użytkowej. Jego maksymalna wartość, spełniająca wymagania określone normą obowiązującą od 2021 roku, wynosi 70[kWh/m2*rok]. Wartość 0 tego współczynnika możliwa jest do uzyskania jedynie przy połączeniu instalacji fotowoltaicznej z pompą ciepła. Punktem wyjścia jest precyzyjny dobór mocy urządzenia oraz na jego podstawie określenie prognozowanego średniorocznego zużycia energii elektrycznej. Następnie dobranie do tego mocy instalacji fotowoltaicznej, uwzględniając energię na potrzeby bytowe. Pompa ciepła o zbyt niskiej mocy grzewczej w stosunku do zapotrzebowania spowoduje znaczny wzrost zużycia energii, co obniży jej sezonową efektywność. Przewymiarowanie mocy natomiast prowadzi do znacznego zwiększenia kosztów inwestycyjnych i może powodować skrócenie żywotności sprężarki.
Czym są punkt biwalentny i źródło biwalentne?
Podstawowym zagadnieniem przy dobieraniu mocy pompy ciepła jest tzw. punkt biwalentny (równowagi). Oznacza on temperaturę zewnętrzną, poniżej której pompa ciepła, ze względu na spadek mocy grzewczej oraz rosnące zapotrzebowanie na energię cieplną, musi wspomóc się dodatkowym źródłem ciepła, tzw. źródłem biwalentnym. Zazwyczaj jest nim grzałka elektryczna, ale można również wykorzystać istniejące w domu źródło ciepła, jak na przykład piec gazowy czy olejowy, sterowany później przez automatykę pompy ciepła.
Jak dobrać moc pompy ciepła?
Wartość mocy grzewczej pompy ciepła możemy odczytać z charakterystyki pracy danego urządzenia. Błędem jest sugerowanie się marketingową nazwą urządzenia. Moc w nazwie może zarówno oznaczać nominalną wartość przy temperaturze zewnętrznej -5˚C, jak i maksymalną moc grzewczą osiąganą w temperaturach powyżej 10˚C. Dopiero dysponując wykresem mocy grzewczej w funkcji temperatury zewnętrznej, można wyznaczyć punkt biwalentny. Powinien być on określony tak, aby maksymalnie kilka procent czasu pracy urządzenia wymagało wspomagania dodatkowym źródłem. Należy pamiętać, że przy standardowej liczbie mieszkańców do zapotrzebowania na ciepło nie dolicza się mocy potrzebnej do grzania ciepłej wody użytkowej. Powinno się jedynie zadbać, aby odpowiednio dobrać zasobnik, zapewniający ogrzanie wody w trakcie jednego cyklu pracy pompy ciepła. Biorąc pod uwagę bezwładność cieplną budynku (niewielką utratę ciepła budynku w czasie ogrzewania wody), pozwoli to na zrównoważoną i odpowiednią pracę systemu grzewczego nawet przy niskich temperaturach zewnętrznych.
Metody doborowe istniejących budynków.
Wielu instalatorów korzysta z mocno uproszczonych metod doborowych. Przy zleceniu wymiany aktualnego nieekologicznego i nieefektywnego źródła, teoretycznie moglibyśmy obliczyć energię potrzebną do ogrzania domu na podstawie zużycia paliwa, które dotychczas zapewniało wymagany komfort cieplny. Teoretycznie. W rzeczywistości, o ile wartość opałową można, ufając producentowi danego paliwa, przyjąć dość dokładnie, efektywność spalania w piecu jest uzależniona od zbyt wielu czynników. Czy piec jest czyszczony, jak duże są straty ciepła, czy moc osiągana podczas spalania paliwa jest w pełni wykorzystywana, stopień zawilgocenia opału… Dodatkowo inwestorzy często podają bardzo przybliżone wartości zużycia opału. Przykładowo pan Jan zużywa w swoim domu 4–5 ton ekogroszku. Tona ekogroszku o wartości opałowej 25MJ/kg, pozwala na wytworzenie 7000kWh energii cieplnej przy 100% sprawności pieca. Przy założeniu niskiej efektywności spalania – na poziomie 50% – każda tona ekogroszku zapewni nam 3500kWh energii cieplnej. A jeszcze należy uwzględnić, ile z tej energii wykorzystywane jest do ogrzania ciepłej wody użytkowej.
Reasumując, dobór mocy pompy ciepła na podstawie tego typu danych jest obarczone bardzo dużym przybliżeniem. Prawdopodobnie w wielu miejscach pokrywa się to z rzeczywistym zapotrzebowaniem, jednak lepiej zastosować inne metody doborowe, aby nie ponosić ryzyka.
Drugą bardzo popularną metodą na rynku instalatorów pomp ciepła, jest dobieranie mocy grzewczej urządzenia na podstawie tabeli przedstawiającej zapotrzebowanie cieplne w watach na m2 powierzchni użytkowej, uwzględniając rok budowy domu. Liczby zostały w niej wyznaczone na podstawie obowiązujących w danym czasie zasad budowy i norm. Prawdą jest, że przy standardowych bryłach budynków wartości te zazwyczaj się potwierdzają, ale pozwalają na obliczenie zapotrzebowania na energię tylko dla jednej temperatury zewnętrznej, wynikającej ze strefy klimatycznej. Nie pozwala to na wykreślenie krzywej w całym zakresie temperatur zewnętrznych i znalezienie punktu biwalentnego. Niestety trzeba stwierdzić, że opieranie doboru pompy ciepła tylko na podstawie wspomnianej tabeli jest pójściem na łatwiznę i dobraniem po prostu „na oko”.
Audyt energetyczny a pompa ciepła
Poprawne wyznaczenie punktu biwalentnego i pewność o poprawności dokonanego doboru zapewnia wykonanie audytu energetycznego. Dla nowo budowanych domów jest to wykonywane w ramach projektu. Dla istniejących domów jednorodzinnych profesjonalny audyt z pełną dokumentacją to koszt zaczynający się od 1000 zł. Kwota może odstraszać, jednak w ramach dofinansowania „Czyste Powietrze” można ubiegać się o częściowe sfinansowanie takiego audytu.
Wybór odpowiedniego wykonawcy
Nie jest to jedyna bezpieczna opcja. W przypadku skorzystania z usług firmy SunSol, wykonamy obliczenie zapotrzebowania cieplnego (OZC) dla całego budynku. Korzystamy przy tym z danych dla bryły zewnętrznej, tj. wyznaczymy współczynnik przenikalności cieplnej: ścian zewnętrznych, dachu, stropu, okien oraz posadzki. Takie obliczenia pozwolą sporządzić wspominaną wcześniej charakterystykę zapotrzebowania na ciepło w zależności od temperatury zewnętrznej, a wskazany dobór pompy ciepła jest w cenie montażu urządzenia.
Maksymilian Dobrijałowski, specjalista ds. pomp ciepła
