Część 4 serii „Pompy ciepła w istniejących budynkach” przedstawiająca wyniki programów monitoringowych powietrznych oraz gruntowych pomp ciepła
Na pytanie „jak dobrze” działa pompa ciepła można odpowiedzieć biorąc pod uwagę różne kryteria. Najczęściej „jak dobrze” rozumiane jest jako „jak efektywnie”. Efektywność pomp ciepła wyznaczana jest w pierwszej kolejności w laboratoriach dla określonych warunków pracy. W ten sposób uzyskiwane są tak zwane współczynniki COP (ang. Coefficient of Performance). Dzięki tym wartościom możliwe jest w sposób znormalizowany porównanie różnych modeli pomp ciepła między sobą.
Dzięki współczynnikom COP możliwe jest również obliczenie tak zwanych sezonowych współczynników efektywności (SCOP), używając przy tym konkretnych, planowanych parametrów działania instalacji. Dzięki tym wskaźnikom możliwe jest oszacowanie na przykład oczekiwanych kosztów rocznych działania przyszłej instalacji. Ostatnim sposobem wyznaczania efektywności pomp ciepła są pomiary w rzeczywistych warunkach przez określony czas (najczęściej jeden rok). I właśnie te wartości, nazywane najczęściej SPF (Seasonal Performance Factor) mówią o rzeczywistej efektywności uzyskanej przez konkretną instalację.
Fot. Shutterstock
Efektywność pomp ciepła w warunkach rzeczywistych
Instytut Fraunhofera ISE przebadał w ciągu ostatnich 20 lat ok. 300 instalacji pomp ciepła w rzeczywistych warunkach działania, obliczając jednocześnie ich efektywność. W załączonej tabeli przedstawiono wyniki z dwóch projektów dotyczących istniejących budynków (w odróżnieniu od budynków nowobudowanych). Projekty zostały przeprowadzone z około 10-cio letnim przesunięciem czasowym. Z tego powodu poprawę wartości średniej efektywności na przykład dla gruntowych pomp ciepła z 3,3 na 4,1 częściowo wytłumaczyć można rozwojem technologicznym pomp ciepła. Kolejnym powodem jest odmienny standard energetyczny badanych budynków.
Wartości średnie oraz przedziały uzyskanych wartości efektywności instalacji pomp ciepła w dwóch projektach monitoringowych w istniejących budynkach
Budynki w pierwszym projekcie były w większości nie poddane termomodernizacji, a w 90% z nich rozprowadzenie ciepła w pomieszczeniach realizowane było poprzez grzejniki. W drugim projekcie wprawdzie wszystkie badane budynki miały pomiędzy 15 a 150 lat, ale niektóre z nich poddane były wcześniejszej częściowej lub całkowitej termomodernizacji. Wszystkie wartości efektywności w obu projektach obliczane były z uwzględnieniem obu trybów pracy pompy ciepła – ogrzewania pomieszczeń oraz ciepłej wody użytkowej. W bilansowaniu uwzględniano również energie elektryczną potrzebną do ewentualnej pracy grzałek elektrycznych.
W okresie od czerwca 2018 do lipca 2019 powietrzne pompy ciepła uzyskały wartości efektywności pomiędzy 2,5 a 3,8. Wartość średnia wyniosła 3,1. Dwa najlepsze wyniki uzyskane w budynkach po pełnej termomodernizacji nie zostały uwzględnione przy obliczaniu wartości średnich. 12 instalacji z gruntowymi pompami ciepła uzyskało wartość średnią 4,1, przy przedziale od 3,3 do 4,7. Najniższa wartość 1,8 nie została uwzględniona przy obliczaniu wartości średniej. Uzyskane wartości wskazują na dobre działanie pomp ciepła w istniejących budynkach. Znaczenie uzyskanych wyników, zarówno pod względem ekologicznym jak i ekonomicznym, omówione zostanie w kolejnych odcinkach serii.
Wpływ temperatur zasilania oraz systemów rozprowadzenia ciepła
Przedstawione wcześniej wartości średnie efektywności badanych instalacji pozwalają jedynie na bardzo ogólny obraz działania pomp ciepła. Przykład bardziej dogłębnej analizy przedstawiono na poniższym diagramie. Przedstawia on wyniki efektywności 41 instalacji powietrznych pomp ciepła działających w trybie ogrzewania pomieszczeń. Dla każdej z instalacji przedstawiono uzyskaną efektywność w zależności od (dziennej) maksymalnej temperatury zasilania. Trzy kolory symbolizują różne systemy rozprowadzenia ciepła. Kolor pomarańczowy to budynki z grzejnikami, kolor niebieski to systemy z ogrzewaniem podłogowym, oraz zielony symbolizujący układy mieszane.
Roczne wartości średnie efektywności 41 powietrznych pomp ciepła z różnymi systemami rozprowadzenia ciepła
W pierwszej kolejności rozpoznać można generalną zależność – im niższa temperatura zasilania tym wyższa efektywność. Zasady teoretyczne zostały więc potwierdzone w praktyce. Potwierdzone zostało również drugie ogólne twierdzenie – systemy grzewcze z ogrzewaniem podłogowym osiągają tendencyjnie wyższą efektywność niż systemy z grzejnikami.
Interesujący jest jednak fakt, że widoczny rozkład nie jest jednoznaczny. Większość wyników leży pomiędzy wartościami efektywności 3,0 i 4,0. Wartość średnia wszystkich instalacji to 3,3. Zarówno systemy z grzejnikami, jak i te z ogrzewaniem podłogowym uzyskały podobne wartości. Inaczej patrząc, siedem instalacji z grzejnikami pracujących z podobnymi temperaturami zasilania na poziomie ok. 48°C uzyskało efektywności pomiędzy 1,5 i 3,8. Jest to bardzo duży rozstrzał wskazujący na inne wpływy na efektywności niż jedynie temperatura zasilania.
Przykładowo dwie instalacje, które uzyskały „podejrzanie” niską efektywność ok. 1,5 to pompy ciepła starszej daty, mające jednocześnie niskie wartości współczynników COP. Decydującym aspektem w tych dwóch przypadkach były jednak błędy projektowe i instalacyjne, które spowodowały w konsekwencji wadliwe działanie pompy ciepła i duży udział grzałek elektrycznych.
Przedstawione wyniki wskazują na to, że temperatura zasilania nie jest aspektem decydującym o efektywności pomp ciepła. Jest to pocieszające dla instalacji, w których stosunkowo wysoka temperatura zasilania jest niezbędna. Również w tych instalacjach możliwe jest uzyskanie dobrej efektywności. Wyniki wskazują jednak również na to, że sam system niskotemperaturowy z ogrzewaniem podłogowym nie jest gwarantem uzyskania wysokiej efektywności. W obu przypadkach niezbędne jest fachowe i poprawne planowanie, instalacja i uruchomienie instalacji z pompą ciepła. To ono zadecyduje o tym, jak efektywnie będzie działać dany system.
Dobre wyniki już dziś
Wyniki badań potwierdzają, że pompy ciepła jako urządzenia grzewcze mogą dobrze działać również w istniejących budynkach. Ich korzyści ekologiczne oraz ekonomiczne zostaną omówione dokładniej w późniejszych odcinkach serii. Badane urządzenia działały najczęściej bez problemów technicznych. Usterki zdarzały się bardzo rzadko. W ostatnich latach zaobserwować można rozwój technologiczny pomp ciepła, który będzie z pewnością kontynuowany dzięki innowacyjnym rozwiązaniom. Podsumowując należy powiedzieć, że wyniki uzyskiwane przez pompy ciepła już dziś należy uznać za (co najmniej) dobre.
Następny odcinek serii poświęcony będzie udziałowi pracy grzałek elektrycznych. Jak bardzo zmniejsza się efektywność pracy pomp ciepła poprzez działanie grzałek?
Autor: dr inż. Marek Miarka
Źródło: portpc.pl
Link do artykułu: https://portpc.pl/pompy-ciepla-w-istniejacych-budynkach-cz-4/
Tagi: odwierty pod pompy ciepła | odwierty pompy ciepła | odwierty geotermalne | wiercenie pod pompy ciepła | wiercenie pompy ciepła