Pompa ciepła, zgodnie z zasadą „dobra portfela” powinna być jak najtańsza w eksploatacji przy jak najniższych kosztach eksploatacyjnych. Dany efekt osiąga się poprzez precyzyjny dobór wielkości jednostki zewnętrznej pompy ciepła, który bazuje na parametrze punktu biwalentnego.
Od czego zależy punkt biwalentny?
Wydajność pompy ciepła maleje razem ze spadkiem temperatury powietrza zewnętrznego.
Odwrotną zależność wykazuje budynek, który potrzebuje więcej energii cieplnej wraz ze spadkiem temperatury powietrza zewnętrznego. Obie krzywe tj. wydajności pompy ciepła oraz zapotrzebowania budynku na ciepło przecinają się w jednym punkcie, nazywanym punktem biwalentnym. Punkt biwalentny to temperatura powietrza zewnętrznego do której pompa ciepła pracuje samodzielnie.
Przy temperaturach poniżej punktu biwalentnego, np. -20°C praca pompy wspomagana jest dodatkowym źródłem ciepła, najczęściej w postaci grzałki elektrycznej.
Poprawny dobór pompy ciepła polega na tym aby:
dobrać taką wielkość pompy ciepła, aby krzywa jej wydajności maksymalnej przecięła się z krzywą zapotrzebowania budynku na ciepło w zakresie temperatury powietrza zewnętrznego od -12°C do -7°C.
Dzięki temu: udział grzałki w zapotrzebowaniu na ciepło w budynku, a tym samym w całkowitych kosztach ogrzewania będzie stanowił do 5%. Daje optymalny koszt grzałki na poziomie 100-200 zł na rok.
„Za duża” pompa ciepła
Dobór pompy ciepła dla której punkt biwalentny będzie równy projektowej temperaturze powietrza zewnętrznego (uwzględnianej przy obliczeniach OZC) np. dla III strefy klimatycznej równej -20°C, będzie oznaczać dodatkowe koszty, zarówno eksploatacyjne, jak i inwestycyjne.
Jest to nieuzasadniony ekonomicznie wybór:
1. przewymiarowanej jednostki zewnętrznej pompy ciepła
2. która dodatkowo wymaga zastosowania większego zasobnika ciepłej wody użytkowej
3. oraz większego bufora na potrzeby centralnego ogrzewania.
Zastosowanie zasobników o większej pojemności (wg punktów 2 i 3) ma na celu zapobieganie taktowaniu sprężarki, w szczególności w okresach cieplejszych, w których regulacja wydajnością pompy ciepła nie jest możliwa.
Automatyka pomp ciepła umożliwia sterowanie pompą ciepła w zakresie od około 30 do 100% wydajności. W okresach cieplejszych, gdy zapotrzebowanie budynku na ciepło jest mniejsze niż dane 30% wydajności pompy ciepła – praca sprężarki przechodzi z płynnej regulacji w tryb włącz/wyłącz. Zatem dobór zbyt dużej jednostki pompy ciepła wpływa na częste załączanie sprężarki i krótkie cykle jej pracy, które finalnie skracają żywotność pompy ciepła.
Celem doboru pompy ciepła jest więc wybór takiego punktu biwalentnego, przy którym jednostka pompy ciepła nie jest przewymiarowana.
„Za mała” pompa ciepła
Dobór zbyt małej jednostki zewnętrznej pompy ciepła będzie skutkował niższymi kosztami inwestycyjnymi przy jednocześnie zwiększonych kosztach eksploatacyjnych. Droższa eksploatacja będzie wynikała z większego poboru energii elektrycznej przez grzałkę, która ma mniejszą sprawność wytwarzania ciepła od pompy ciepła.
Grzałka pracuje na zasadzie 1:1:
Czyli z 1 jednostki energii elektrycznej w grzałce elektrycznej uzyskujemy 1 jednostkę energii cieplnej.
Pompa ciepła natomiast pracuje ze sprawnością 1:3:
Czyli z 1 jednostki energii elektrycznej w pompie ciepła uzyskujemy (średnio) 3 jednostki energii cieplnej.
W związku z tym pamiętajmy, że udział grzałki w całkowitych kosztach ogrzewania ma stanowić około 2-5%, co daje optymalny koszt na poziomie 100-200 zł na rok.
Zwiększając udział grzałki powyżej 5% (czyli przyjmując „cieplejszy” punkt biwalentny np. -2°C) znacząco zwiększamy koszty eksploatacyjne.
Sprawność grzałki jest zbliżona do sprawności kotła elektrycznego. Roczny koszt ogrzewania kotłem elektrycznym będzie (średnio) 3-krotnie wyższy niż koszt ogrzewania tego samego budynku za pomocą pompy ciepła.
Skąd wiemy, że udział grzałki wyniesie do 5% w skali całego sezonu grzewczego?
Wyznacza się to w oparciu o statystyczne dane klimatyczne, które pokazują przez jaką liczbę godzin w skali roku występuje określona temperatura powietrza na zewnątrz.
W oparciu o liczbę godzin oraz moc z jaką pracuje grzałka elektryczna wyznaczamy pobór energii elektrycznej, a tym samym całkowity koszt grzałki elektrycznej w sezonie grzewczym.
Około 80% zapotrzebowania na ciepło w Warszawie przypada na przedział temperatury od -5°C do +5°C. W tym przedziale pompa ciepła powinna być jedynym źródłem ciepła w budynku.
