Chociaż pisaliśmy już wcześniej o certyfikacie Keymark to przypomnijmy czym jest. 

KEYMARK to dobrowolny europejski znak jakości dla produktów i usług, który potwierdza zgodność z normami europejskimi. Jest własnością europejskich organizacji normalizacyjnych CEN i CENELEC i jest wydawany przez uprawnione jednostki certyfikujące. 

Wielu producentów pomp ciepła, z dumą prezentuje certyfikat Keymark na swoich stronach internetowych. Sam certyfikat w formie dyplomu wiele nam nie powie o produkcie. Poznamy takie dane jak; wszystkie miejsca produkcji (miasto i państwo), modele pomp, normy, wg których przeprowadzono badania, jaki instytut akredytowany je przeprowadził, datę badania i imię i nazwisko osoby odpowiedzialnej za badanie. 

O wiele bardziej istotny jest raport z badania, który jest dostępny dla każdego za darmo. 

Do czego możemy ten raport użyć, który w naszej ocenie jest kluczowy. Możemy go użyć do porównania danych deklaratywnych z dokumentacji technicznej producenta z wynikami badań w laboratorium Keymark. Musimy zwrócić uwagę aby typ i model pompy był identyczny na obydwu dokumentach. Następnie sprawdzamy w jakim klimacie prowadzono badanie w jakiej temperaturze zasilania (35 lub 55),i i przy jakich temperaturach zewnętrznych( -7,+2, +7 +12) jaką moc i jakie COP osiąga urządzenie. Sprawdzamy również znamionowa moc cieplna i sezonową efektywność energetyczną jak również temperaturę biwalentną, minimalna temperaturę powietrza zewnętrznego, maksymalna temperaturę zasilania i poziom mocy akustycznej. Im więcej parametrów zweryfikujemy tym większą będziemy mieli pewność, że dane się pokrywają. Jeśli tak to znaczy, że możemy korzystać z danych deklaratywnych producenta, który podaje np. moc i COP w innych temperaturach powietrza zewnętrznego niż temperatury powyżej.(-25,-20,-15, -10, -5,+15) 

Sezonowa efektywność energetyczna wyliczana na podstawie danych z czterech temperatur zewnętrznych (-7,+2,+7,+12) w warunkach jednakowych dla wszystkich pomp daje jakieś porównanie. Pamiętajmy, że są to jednak warunki laboratoryjne i w pewnym sensie okrojone. 

Jeśli chcemy porównać konkurencyjne modele pomp ciepła wykorzystując do tego raporty z badań Keymark należy bardzo uważnie prześledzić każda rubrykę jednego i drugiego raportu. Z pozoru tej samej klasy modele różnych producentów mogą się znacznie różnić, np. jeden model będzie miał chłodzenie w standardzie a drugi z dopłatą lub w ogóle. Może się okazać, że jeden model był badany w temperaturze obliczeniowej -10 st. C a drugi w -25 st. C. Jeśli teraz ten model o niższej temperaturze badania generuje większy hałas (ciśnienie akustyczne) to właśnie może to wynikać z większych obrotów sprężarki. Należy też sprawdzić do jakiej minimalnej temperatury powietrza zewnętrznego pompy mogą pracować. Może się okazać, że mimo iż pracują z tym samym czynnikiem temperatury minimalnej różnią się o 5 stopni. Może to wynikać z konstrukcji pompy ciepła.

W konsekwencji może się okazać, że tańsza pompa nie będzie korzystnym wyborem z punktu widzenia kosztów eksploatacyjnych. 

Należy również zwrócić szczególna uwagę na pompy ciepła, które posiadają dobre parametry w temperaturze zasilania 35 st. C natomiast w temperaturze zasilania 55 st. C tracą swoją wydajność lawinowo . W takich przypadkach moc spada o połowę np. z 10kW na 5 kW i SCOP wyniesie około 1,80. Zastosowania takiej jednostki przy termomodernizacji z grzejnikami prowadzi wprost do katastrofy. W dokumentacji producenta eksponowana natomiast będzie ta strona niskotemperaturowa gdzie przy ogrzewaniu płaszczyznowym potrafi sobie nieźle poradzić. 

Podsumowując; wszystkie informacje na temat urządzenia, które podaje nam producent są bardzo istotne, szczególnie te, które wpływają na ekonomię pracy, hałas, trwałość oraz warunki graniczne pracy. 

Nasi sąsiedzi zza Odry mawiają, że zaufanie jest dobre ale kontrola jest lepsza i trudno odmówić im racji w tym stwierdzeniu. Keymark, daje nam taka możliwość, sprawdzenia czy producent podaje prawdziwe dane w swojej dokumentacji technicznej. Jeśli dane producenta potwierdza raport techniczny Keymark możemy rozszerzone dane producenta wykorzystać do swoich metod porównawczych. 

Na stronach producentów możemy znaleźć tabele mocy i wydajności dla temperatur 35 ; 45; 55 st. C i dla różnych temperatur powietrza od-25 do + 20 st. C powietrza zewnętrznego. 

Musimy jeszcze pamiętać, że większość badań prowadzonych jest w warunkach klimatu umiarkowanego. Klimat w Polsce nie do końca odpowiada takim warunkom. Wskaźnik procentowy sezonowej efektywności energetycznej jest tylko wskaźnikiem i może nie odpowiadać nakładowi energii w warunkach rzeczywistych. Poza tym warunki sezonu grzewczego mogą znacznie różnić się w zależności od lokalizacji na mapie . Aby bardziej precyzyjnie wyznaczyć zużycie energii dla danego modelu pompy ciepła w danej lokalizacji stworzyliśmy swojego rodzaju symulator sezonu grzewczego. Użyte w nim dane pochodzą właśnie od producenta, zweryfikowane raportami Keymark. Dodatkowo aby stworzyć model sezonu należy posłużyć się danymi statystycznymi meteorologicznymi. Chodzi tutaj o temperaturę powietrza zewnętrznego i sumę godzin dla każdego stopnia występującego w sezonie grzewczym. Źródłem tych danych mogą być regionalne stacje meteorologiczne albo własne pomiary pochodzące z regulatorów pomp ciepła zamontowanych na terenie kraju. Stosując zdalny monitoring pracy pomp ciepła poprzez aplikacje internetowe możemy takie dane zbierać i z sezonu na sezon weryfikować statystykę.

Pompy ciepła dobrane przy użyciu właśnie tego rodzaju symulacji, posiadamy pod stałym monitoringiem 24/24 od ponad roku. Intencją naszą jest określenie jak w praktyce rzeczywiste warunki pracy pokrywają się z symulacją. Mamy świadomość, że potrwa to dłużej jak jeden sezon ale od czegoś trzeba zacząć. 

Wróćmy na koniec jeszcze do certyfikatu Keymark i gwarancji jakości urządzeń, które ten certyfikat posiadają.

Dla każdego gwarancja jakości będzie oznaczać co innego ale od pomp ciepła wymagamy przede wszystkim niskiego zużycia energii, bezawaryjności, bezobsługowości i komfortu cieplnego. Wydawać by się mogło, że certyfikat właśnie to gwarantuje i montaż takiej pompy to zarówno spokojna głowa instalatora jak również właściciela. Nic bardziej mylnego bo jak zwykle diabeł tkwi w szczegółach a jest ich na tyle dużo, że poświecimy im następny artykuł.

No właśnie, czy grzałka jest potrzebna czy zbędna? Opinie są podzielone, argumenty każdej ze stron padają najróżniejsze. Jedna z takich częstych opinii to stwierdzenie, że pompa poradziła sobie bez grzałek nawet przy -15 stopni powietrza zewnętrznego i poniżej.

Tak oczywiście można pompę dobrać, aby jej moc osiągana w temperaturze obliczeniowej np. -20 stopni pokryła 100% zapotrzebowania obiektu. 

Statystycznie 60% sezonu budynek potrzebuje około 50% mocy obliczeniowej. Jaką moc przez ten czas będzie miała tak dobrana pompa ciepła? Na pewno za dużą. Nawet jeśli inwerter będzie w stanie dopasować moc do warunków, to praca poniżej mocy nominalnej jest mniej ekonomiczna. W okresach przejściowych przy temperaturach powietrza zewnętrznego 10 stopni i powyżej moc minimalna pompy będzie za duża w stosunku do potrzeb. Jeśli nie zastosujemy odpowiedniej wielkości bufora narazimy pompę na taktowanie i szybsze zużycie. Inwestycyjnie zakup większej jednostki, większego bufora, oraz odpowiedniej armatury może znacznie zwiększyć koszty. 

Najlepiej byłoby więc gdyby pompa pracując blisko mocy nominalnej obsługiwała 60% sezonu, nadmiar mocy w okresie przejściowym był nie za duży (bufor do 200L) a braki mocy poniżej pewnej temperatury zostały uzupełnione innym źródłem. Tym właśnie źródłem może być grzałka, kocioł elektryczny, gazowy lub inny generator ciepła. 

Powstaje pytanie, do jakiej temperatury zewnętrznej pompa ma pokrywać 100% zapotrzebowania? W Polsce punkt biwalentny w zależności od strefy mieści się pomiędzy -7 a -11. Punkt biwalentny to właśnie punkt temperatury granicznej. 

I tutaj ważna uwaga. Punkt biwalentny nie jest punktem zastąpienia. Czym one się różnią?

Punkt biwalentny oznacza pracę równoległa dwóch źródeł pompy ciepła i grzałki. Niedobór mocy pompy ciepła uzupełniany jest ciepłem produkowanym przez grzałkę. 

Punkt zastąpienia oznacza pracę alternatywną, pompa ciepła zostaje wyłączona a 100% zapotrzebowania pokrywa grzałka. 

Większość instalacji w Polsce z pompami powietrznymi montowana jest w układzie biwalentnym. Widzimy zatem, że energia elektryczna pobrana przez grzałkę służy do uzupełnienia brakującej energii pompy ciepła. 

Od razu rodzi się pytanie, ile tej energii będzie zużywać grzałka? To zależy od tego jak dobierzemy punkt biwalentny. Naszym zdaniem energia pobrana przez grzałkę nie powinna być większa jak 5% zużycia energii elektrycznej pompy ciepła w sezonie.

Przykład:

Dom 150m WT21 70kWh/m2/rok = 10500kWh / SCOP 3,0=3500kWh x 1,15zł=4025zł *5%=200 zł.

Jeśli teraz przyrównamy roczny koszt grzałki do kosztów inwestycji z pompą większej mocy oraz armaturą maszynowni zobaczymy, że takie rozwiązanie jest nieuzasadnione ani ekonomicznie ani technicznie. 

Jak dopasować pompę ciepła i zużycie energii elektrycznej przez grzałkę na dobrym poziomie? A dobry poziom to czasami może być również powyżej granicy 5%. Załóżmy, że dobierając pompę o mocy 10 kW punkt biwalentny wynosi -5 stopni a zużycie prądu przez grzałkę 8% może 10%. Co dałoby już koszt 400 zł /rok. Ale mamy instalację fotowoltaiczną i lekki zapas produkcji, który akurat tu możemy wykorzystać na pokrycie tej różnicy. W takim wypadku dobór jednostki sztywno do punktu biwalentnego o większej mocy byłby nieuzasadniony. 

Znając koszty źródła dodatkowego w naszym przypadku grzałki elektrycznej, możemy bilansować różne rozwiązania. 

Wyznaczenie punktu biwalentnego z wykresu niesie za sobą za mało informacji dlatego w firmie Ricom Energy opracowaliśmy Kalkulatory Doboru Pomp na zasadzie tabeli dla każdego typoszeregu jednostek Ricom Easylife jak i Ricom PRO. 

W kalkulatorach wykorzystaliśmy dane meteorologiczne z lat ubiegłych z 26 stacji pogodowych położonych na terenie całego kraju. W ten sposób możemy dobrać pompy do regionu. Dane w tabeli rozpisane zostały zgodnie ze strefami grzewczymi w odstępach 1 stopnia począwszy od temperatury obliczeniowej do temperatury końca okresu grzewczego przyjętego jako 15 stopni. Dla każdej temperatury okresu grzewczego została przypisana moc pompy ciepła, COP, % zapotrzebowania na moc grzewcza budynku. % pokrycia energii pompą ciepła, % pokrycia energii grzałką, ilość godzin grzewczych w sezonie, suma godzin dla poszczególnych źródeł i wiele jeszcze innych danych jak zużycie energii na cele produkcji CWU. Wystarczy w odpowiednie okienko wpisać moc zapotrzebowaną a kalkulator sam wyliczy wszystkie pozycje. 

Takie podejście pozwala nam na bardzo precyzyjne określenie zużycia energii przez źródło wspomagające. 

Obliczony punkt biwalentny np. -7 stopni C może być też użyty jako próg załączenia grzałek w regulatorze pompy ciepła. Skoro wiemy, że nasza jednostka do -7 pokryje moc w 100% to nie ma potrzeby załączenia grzałki lub grzałek powyżej tej temperatury. 

Grzałki elektryczne w przypadku pomp ciepła Ricom montowane są jako elementy dodatkowe w szafach hydraulicznych i hydromodułach( grzałki przepływowe) lub buforach i zasobnikach( grzałki zamurzeniwe). Sposób regulacji grzałek zanurzeniowych od grzałki przepływowej nieco się różni ze względu na ich konstrukcję i sposób działania. 

Grzałka przepływowa jest grzałką 3 stopniową a każdy stopień zostaje załączony oddzielnie według specjalnie do tego celu stworzonym algorytmem. Chodzi o to, żeby niedostatek pompy ciepła pokryć jak najniższym zużyciem energii przez grzałkę. Jeśli załączenie pierwszego stopnia wystarczy drugi stopień się nie uruchomi. 

Grzałki zanurzeniowe przy dużej masie wody raczej powinny działać z pełną mocą aby jak najszybciej wygrzać zład bufora lub zasobnika. 

Skąd więc ta demonizacja grzałek w instalacjach z pompą ciepła?

Najprawdopodobniej ze złego sposobu wykorzystania grzałki elektrycznej lub błędów w montażu.

Każde ograniczenie przekazania mocy pompy ciepła, nawet dobrze dobranej spowoduje uzupełnienie tego braku energią z grzałki. 

Dobrym przykładem będzie za mała średnica wewnętrzna rurociągu przez co moc pompy zostaje ograniczona, a jej brak uzupełniony poprzez grzałkę albo przy braku zezwolenia na pracę będzie w domu chłodno. Najczęstszym rozwiązaniem jest przesunięcie punktu załączenia i zwiększone zużycie. 

Drugim przykładem może być załączenie grzałek przy defroście. Brak dostępu do zładu wody grzewczej skąd pobierane jest ciepło do odszronienia parownika. Grzałka przepływowa dobrze sobie radzi w takiej sytuacji, zanurzeniowa gorzej. Wiele błędów instalacyjnych właśnie dotyczy odszraniania. Niektórzy producenci montują grzałki przepływowe w jednostkach zewnętrznych typu monoblok. Regulator pompy ciepła załącza grzałkę poniżej pewnego poziomu temperatury wody grzewczej. To rozwiązanie stanowi zabezpieczenie przed uszkodzeniem skraplacza jak również pozwala na szybkie i skuteczne odszronienie. Zdarza się też takie rozwiązanie, że grzałka obligatoryjnie załącza się w czasie defrostu. Mamy wtedy najdroższe odszranianie ponieważ 1 odszronienie na 1h i zużycie energii na ten cel do 30% mocy pompy to koszt niebagatelny. Dla pompy o mocy 10 kW licząc na dobę tylko 15 odszronień i tylko średnio 20% mocy tj. 30 kWh. Przy Cop 3,00 poprzez odszranianie gorącym gazem będzie to około 10 kWh. Niesprzyjające warunki pogodowe a szczególnie duża wilgotność powietrza znacznie podrożą koszty eksploatacji.

Prowadzenie rurociągów w nieogrzewanych pomieszczeniach i zła izolacja termiczna rur. Prowadzenie przewodów w gruncie nieodpowiednimi sposobami, czy montaż jednostki zewnętrznej we wnękach ograniczających przepływ powietrza przez parownik również mogą doprowadzić do ograniczenia mocy pompy ciepła i uzupełnienie braku energii poprzez grzałkę lub inne źródło. 

Na koniec warto jeszcze zwrócić uwagę na problem dezynfekcji termicznej.

Do prawidłowego przeprowadzenia dezynfekcji termicznej potrzebujemy temperatury 70 stopni C. Temperatura maksymalna pomp z czynnikiem R410 wynosi 55 stopni C z czynnikiem R32 60 stopni C a R290 75 stopni C. Należy tu zwrócić uwagę, że temperatury maksymalne nie są osiągane w całym zakresie temperatur zewnętrznych. Wynika to wprost z koperty pracy sprężarki. Nawet dla R290 czyli propanu temperatura zasilania powyżej 70 stopni C jest nieosiągalna w warunkach niższych temperatur zewnętrznych. Należy tu nadmienić, że woda grzewcza w wężownicy powinna być około 5 stopni wyższa niż temperatura docelowa CWU aby w miarę krótkim czasie wygrzać zasobnik około 1 h. 

Powstaje jeszcze pytanie jakie jest COP pompy ciepła w ekstremalnych warunkach pracy, a takie powstaną przy temperaturach powietrza poniżej -15 stopni C i maksymalnych obrotach sprężarki. Może się zatem okazać, że dogrzewanie wody pompą ciepła pomiędzy 60 a 70 stopni C o ile będzie możliwe to na pewno nie będzie opłacalne nie tylko ze względu na zużycie energii ale również sprężarki. 

I ostatnia już funkcja grzałki elektrycznej czyli praca w alarmach. Jest grudzień okres świąteczny i zdarza się awaria. Raczej trudno przez parę dni zaglądać za serwisem, ale nawet gdyby to czas na reakcję jest potrzebny. Frustracja narasta z biegiem czasu a brak ogrzewania i ciepłej wody może dać się we znaki. I tu nieoceniona jest właśnie grzałka elektryczna. Nawet jeśli pokryje 60% mocy jest nieźle. Można na czas awarii ograniczyć powierzchnię grzewcza i co najważniejsze Mamy zapewnioną ciepłą wodę do mycia i ciepło w łazience. 

Podsumowując powtórzmy tytułowe pytanie. Czy grzałka elektryczna jest wrogiem czy sprzymierzeńcem? 

Myślę, że odpowiedź powinna brzmieć, sprzymierzeńcem i to bardzo istotnym. 

Jak to zrobić to po części opisaliśmy a po szczegóły zapraszamy do kontaktu i współpracy. 

To pytanie trapi wielu użytkowników pomp ciepła. Nawet jeśli zużycie energii jest do zaakceptowania, zawsze można postawić pytanie o to, czy coś jeszcze można zrobić aby płacić mniej?

Spotkaliśmy się z opinią, że najmniej kosztuje urządzenie, które jest wyłączone. Z pewnością jest to najlepsza opcja jeśli chodzi o zużycie energii elektrycznej. My jednak poszukujemy wersji najtańszego komfortu cieplnego.

Jeśli chodzi o instalacje grzewcze z pompami ciepła jest taka zasada, że im różnica temperatur jest mniejsza pomiędzy dolnym, a górnym źródłem ciepła tym mniej energii potrzeba do napędu sprężarki.

Co to jest dolne i górne źródło ciepła? Dolne źródło to takie z którego ciepło pobieramy, a górne to takie do którego ciepło oddajemy. W przypadku pompy powietrznej dolnym źródłem będzie powietrze zewnętrzne, a górnym woda grzewcza w naszej instalacji. Dokładnie chodzi o różnicę pomiędzy temperaturą powietrza zewnętrznego a temperatura zasilania. Dlatego instalacje płaszczyznowe np. podłogówka będą bardziej ekonomiczne od ogrzewania grzejnikowego. Chociaż temperatura powietrza
w obu przypadkach będzie jednakowa to już temperatura zasilania nie. Obliczeniowa temperatura zasilania dla podłogówki 35 stopni C a dla grzejników 55 stopni C. Różnica jest bardzo duża wynosząca 20 stopni C.

Ile więcej energii potrzebujemy w przypadku ogrzewania grzejnikowego w porównaniu do podłogówki?

Wyniki przeprowadzanych wieloletnich badań prowadza do wniosku iż podniesienie temperatury zasilania instalacji o 1 stopień (temperatura skraplacza) powoduje zwiększenie zużycia energii do napędu sprężarki w granicach 1,5–2%. Dla różnicy 20 stopni to jest rząd wielkości 30–40%, przy czym zużycie sprężarki również zwiększa się poprzez zwiększenie sprężu. Skraplacz jest tym wymiennikiem, który realizuje przekazanie ciepła do górnego źródła przy pomocy wcześniej sprężonych par czynnika chłodniczego.

Czyli odpowiedź na wcześniej postawione pytanie brzmi; do 40%.

W pompie ciepła mamy jeszcze jeden wymiennik zwany parowaczem lub parownikiem. Parownik odpowiedzialny jest za pobór ciepła z powietrza zewnętrznego. Obniżenie temperatury parowania
o 1 stopień generuje zwiększenie energii do napędu sprężarki do 4%.

Na temperaturę zasilania instalacji (temperaturę skraplania) możemy wpływać, a na temperaturę powietrza zewnętrznego już nie. W jednym i drugim wymienniku oprócz temperatury ważna jest sprawność, czyli zdolność jak największego przejmowania ciepła w przeliczeniu na jednostkę powierzchni.

Sprawność parowacza w dużej mierze zależy od jego konstrukcji, materiałów z jakich jest zbudowany
a ten aspekt leży poza kompetencjami użytkownika. Sam użytkownik pomimo uwarunkowań producenckich może mieć znaczący wpływ na wydajność parowacza.

Samo posadowienie pompy ciepła, może wpłynąć znacząco na wydajność parowacza. Ekspozycja na wiatr np. strona zachodnia – gdzie w Polskich warunkach 60% wiatrów jest właśnie z tego kierunku – może powodować spowolnienie wentylatora, zacinanie deszczem lub śniegiem w szczególności w montażu dachowym. Takie warunki pogodowe w połączeniu z niską temperaturą mogą prowadzić do oblodzenia parownika jak również łopat wentylatora i w konsekwencji ich uszkodzenia.

Również montaż niski, poniżej 30 cm ponad gruntem lub dachem może spowodować zablokowanie wentylatora poprzez nawiewanie śniegu.

Ekspozycja słoneczna gdzie w przypadku ciemnych obudów prowadzi do przegrzania parowacza
i zablokowania pracy w upalne dni. Produkcja ciepłej wody będzie wtedy niemożliwa

Montaż we wnękach w szczelnych obudowach i za blisko ściany budynku powoduje ograniczenie przepływu powietrza przez lamele parownika.

Montaż w pobliżu pól uprawnych lub dość często uczęszczanych dróg nieutwardzonych, powodujących zakurzenie.

Należy szczególna uwagę zwrócić na czystość parownika, ponieważ zapylenie zmniejsza znacznie jego wydajność, tworzy środowisko do rozwoju pleśni i grzybów jak również w okresie jesienno-zimowy generuje szybsze oszronienie.

Zanieczyszczony parownik nie należy w żadnym wypadku czyścic przy użyciu myjki ciśnieniowej. Grozi to uszkodzeniem mechanicznym lameli parownika jak również zniszczeniem wentylatora.

Najlepszym sposobem jest przedmuchanie lameli sprężonym powietrzem od strony ściany.

Zagniecione blaszki lamelowe parownika można wyprostować specjalnym grzebieniem. Czyszczenie parownika raz w roku podczas przeglądu serwisowego jest niewystarczające dla wydajnej pracy wymiennika.

Każdy parownik ulega oszronieniu w temperaturze powietrza poniżej +5 stopni. Najbardziej ekonomicznym sposobem odszraniania parownika to odszranianie przy użyciu gorących par czynnika chłodniczego poprzez odwrócenie obiegu na zaworze 4 drogowym nawrotnym.

Skuteczne odszronienie wymaga podania ciepła w ilości około 30% mocy pompy ciepła w krótkim okresie czasu około 10 minut. Najlepiej byłoby aby cykli odszronień w ciągu doby było jak najmniej powiedzmy
1 odszronienie na 1–1,5 godziny. Należałoby zaobserwować jaki maksymalny okres przerwy pomiędzy odszronieniami nie generuje niepełnego odszronienia. Okres pomiędzy odszronieniami nie może powodować zbyt dużego narostu szronu a w konsekwencji spadku wydajności parownika. W żadnym wypadku nie należy dopuścić do niepełnego odszronienia i narastania lodu w dolnej części parownika. Ilość zużytej energii do odszraniania będzie zależna od gęstości szronu a ta z kolei może się wahać pomiędzy 200–900 kg/m3. Z pewnością lód będzie bliski najwyżej gęstości.

Gęstość szronu osadzającego się na lamelach parownika, zależy również od prędkości strumienia powietrza przepływającego przez te lamele, a prędkość strumienia zależy od ilości obrotów wentylatora. Najwyższe obroty wentylatora sterownik pompy generuje przy największym obciążeniu. Przy dobrze dobranej pompie ciepła czas pracy w warunkach maksymalnego obciążenia jest stosunkowo niewielki odpowiadający ilościom godzin grzewczych poniżej -7 stopni Celsjusza powietrza zewnętrznego. Inaczej sprawa wygląda w przypadku pompy ciepła źle dobranej, o zaniżonej mocy. Czas ten może wynosić powyżej 60% i więcej. W konsekwencji może to doprowadzić do pracy pompy tylko na potrzeby odszraniania.

W procesie odszraniania bardzo ważny jest moment inicjacji tego procesu. Nie wszyscy producenci pomp udostępniają parametry serwisowe do korekcji odszraniania.

W pompach Ricom Easylife i Ricom Pro istnieje możliwość korekcji procesu odszraniania.

I najważniejsza chyba zasada to zład wody, który pozwoli na szybki defrost przy nieznacznym spadku temperatury wody grzewczej w granicach kilku stopni.

Widzimy więc, że nie posiadając wpływu na warunki atmosferyczne (temperatura, wilgotność, opady, wiatr) poprzez odpowiedni montaż jednostki zewnętrznej mamy bezpośredni wpływ na oddziaływanie tych czynników na parownik, element najważniejszy w pozyskaniu ciepła dla naszej instalacji.

Wróćmy jeszcze do skraplacza, wymiennika który oddaje ciepło do instalacji. Wiemy już, że obniżenie temperatury wody zasilającej o 1 stopień generuje nam zmniejszenie zużycia energii elektrycznej do napędu sprężarki o 1,5–2%. Wiemy, że ogrzewanie podłogowe niskotemperaturowe oszczędza do 40% tej energii. A co jeśli nie mamy możliwości montażu ogrzewania podłogowego? Możemy zamontować klimakonwektory ale w praktyce są one rzadko używane ze względu na wysoką cenę.

Czy jesteśmy skazani na przepłacanie w przypadku instalacji grzejnikowej np. pozostawionej po wymianie kotła na pompę ciepła?

Nie koniecznie. Może być drożej w porównaniu z ogrzewaniem podłogowym ale nie aż 40%
a na przykład 10–15%.

Pierwsze co możemy zrobić to dobrać grzejniki do temperatury obliczeniowej 50/40 stopni Celsjusza. Opinia, że grzejniki im większe tym lepsze nie jest prawdziwa. Grzejniki powyżej 2 metrów długości pracują lepiej kiedy są podłączone diagonalnie (po przekątnej), a nie zawsze istnieje taka możliwość podłączenia. Poza tym lepiej jest zastosować dwa grzejniki mniejsze gdzie tabelaryczna suma ich mocy równa się mocy jednego większego. Temperatura pomieszczenia jest bardziej wyrównana, sprawność dwóch jest lepsza jak jednego większego oraz regulacja przepływu na zaworach termostatycznych jest łatwiejsza. Poza tym przy zastosowaniu dwóch grzejników jeden może być pozostawiony bez głowicy termostatycznej jako obejście pompy obiegowej. Taki grzejnik (1/2 mocy pomieszczenia) nigdy go nie przegrzeje.

Następna rzecz niemniej istotna, a często pomijana, to ustawienie odpowiedniego przepływu przez każdy grzejnik. Najprościej zrobić to przy pomocy zaworów termostatycznych z odpowiednią kryzą i podziałką (zawory z regulacją wstępna). Jeśli chcielibyśmy być bardzo precyzyjni użyjmy zaworów dynamicznych, które nie są wrażliwe na zmiany ciśnienia w instalacji w skutek np. zamykania się zaworów termostatycznych w innych grzejnikach.

Następnie izolacja rur w pomieszczeniu maszynowni jak również tych które przechodzą przez pomieszczenia nieogrzewane i na zewnątrz przy czym rodzaj izolacji i grubość ścianki odgrywają tu rolę zasadniczą. Ktoś mógłby zapytać, po co izolować rury w pomieszczeniu maszynowni skoro tam jest ciepło?

Przeważnie jest za ciepło właśnie dlatego, że izolacja termiczna jest niedostateczna, a przegrzane pomieszczenie choćby maszynowni jest stratą.

Kolejna rzecz to wysprzęglenie pompy ciepła od instalacji odpowiedniej konstrukcji i pojemności buforem. Pozwala ono na prace pompy ciepła bez zakłóceń, najbardziej optymalną bez zakłóceń.

I kolejna to dopasowanie pompy obiegowej instalacyjnej (za buforem) pod względem strat ciśnienia
i przepływu oraz ustawienie odpowiedniego trybu pracy (pompa elektroniczna).

Dodajmy jeszcze regulację pogodową pompy ciepła z prawidłowo dobrana krzywa grzewcza do obiektu. Ten proces może być żmudny ale konieczny w celu uzyskania ekonomicznej pracy. Warto poświęcić tyle czasu ile potrzeba aby dopasować krzywa grzewczą perfekcyjnie. W przypadku zastosowania termostatu pokojowego różnica temperatury pomiędzy temperatura komfortowa, a obniżoną nie powinna przekraczać 1–1,5 stopnia natomiast histereza w granicach 0,5–07 stopnia. Wpływ termostatu pokojowego na temperaturę zasilania nie powinien być większy jak 1 stopień, najlepiej w ogóle nie załączać tej opcji lub ustawić na 0.

To chyba najważniejsze elementy, które kształtują temperaturę zasilania instalacji grzejnikowej w taki sposób abyśmy uzyskali komfort cieplny w każdych warunkach przy jak najniższej jej wartości.

Na koniec nie możemy pominąć ważnej kwestii, mianowicie, przygotowania ciepłej wody.

W żadnym wypadku nie należy bagatelizować tej funkcji pompy ciepła i kosztów z nią związanych.
W przypadku kotłów stałopalnych zasobnik 200 l dla rodziny 4 osobowej mógłby być nawet za duży. Wysoka temperatura zasilania nawet 85 stopni w porównaniu do napływającej zimnej wody z sieci od
4–10 (zima–lato) powodowała uzupełnienie CWU w 10–15 minut. Woda zmagazynowana i oczekująca na użycie mogła mieć nawet 70 stopni i więcej. Przy zmieszaniu wody zimnej 200 l i 10 stopni z woda 200
l i 70 stopni otrzymalibyśmy 400l wody gotowej do kąpieli 40 stopni. Przy szybkim uzupełnieniu otrzymujemy niemal ciągły strumień CWU.

W przypadku pomp ciepła gdybyśmy chcieli zasilać wężownicę zasobnika CWU taka samą temperaturą jak grzejniki 50 stopni moglibyśmy uzyskać taka sama temperaturę CWU lecz trwałoby to bardzo długo nawet przy zwiększonej powierzchni wężownicy. Jeśli przyjmiemy najniższa temperaturę komfortu CWU na poziomie 38–40 stopni i histerezę 7 stopni to będziemy potrzebować około 55 stopni temperatury wody grzewczej w wężownicy zasobnika i około 1h.

Taki zapas i taki czas przygotowania ciepłej wody dla 4 osobowej rodziny mógłby być za mały szczególnie przy korzystaniu z wanny. Podniesienie temperatury zasilania powodowałoby zwiększenie zużycia energii elektrycznej szczególnie przy załączaniu się grzałek elektrycznych. Ekonomiczne byłoby zwiększenie pojemności wodnej zasobnika o 50 lub 100%.

Jeśli chodzi o koszty energii związane z przygotowaniem ciepłej wody należy przyjrzeć się bacznie cyrkulacji CWU oraz dezynfekcji termicznej.

Jeśli chodzi o cyrkulację należy do niezbędnego minimum ją ograniczyć lub zmienić zasady inicjacji cyrkulacji (cyrkulacja wyzwalana chwilę przed kąpielą) Strata ciepła z powodu cyrkulacji może spowodować nie tylko zwiększenie zużycia prądu ale także znaczne zwiększenie ilości startów sprężarki
i przyśpieszone jej zużycie. Podobnie będzie działać mała wartość histerezy dla CWU.

Dezynfekcja termiczna ustawiona domyślnie często raz w tygodniu jest okresem za częstym.
W instalacjach używanych co dziennie zainfekowanie bakteriami legionelli jest raczej znikome. Najniebezpieczniejsza jest instalacja z odcinkami stagnującej ciepłej wody. Czas dezynfekcji termicznej powinien być skorelowany z uruchomieniem pompy cyrkulacyjnej CWU celem dezynfekcji termicznej rur.

Podsumowując wszystkie działania jakie zostały tu wymienione mają za zadanie ograniczenie strat jak również intensyfikację przekazania ciepła w celu uzyskania komfortu cieplnego przy jak najniżej temperaturze zasilania. Te działania oczywiście będą miały sens tylko wtedy kiedy instalacja zostanie prawidłowo zwymiarowana, obliczona i wykonana.

Tegoroczna jesień jest łaskawa ale sezon na szronienie i odtajanie z pewnością możemy uznać za otwarty.

Zakładając, że czynnik w parowniku pracuje w temperaturze poniżej zera stopni Celsjusza możemy spodziewać się pojawienia nalotu szronu na lamelach wymiennika nawet w temperaturze dodatniej powietrza zewnętrznego. Uznaje się, że najintensywniej parowniki pomp ciepła szronią się pomiędzy +5 a -5 st. C.

Sprzyja temu wysoka wilgotność powietrza w okresie jesiennym dochodząca nawet do 100%.

Kiedy temperatura powietrza spada poniżej zera, nie ma wątpliwości iż parownik musi się oszronić
w czasie pracy, tym bardziej, że wilgotność powietrza jest jeszcze całkiem spora.

Ze spadkiem temperatury poniżej -5 stopni spada znacznie wilgotność powietrza i mimo niższej temperatury szronienie postępuje wolniej.

Duże znaczenie w procesie szronienia ma również prędkość powietrza wynikająca z prędkości wentylatora. Im prędkość powietrza będzie wyższa tym struktura szronu będzie bardziej zbita, gęstsza.

Parownik i wentylator pracuje w największym obciążeniu blisko temperatur obliczeniowych, poniżej – 15 stopni Celsjusza. Takich godzin w sezonie przy odpowiednio dobranej mocy pompy jest stosunkowo mało i nie ma to większego znaczenia dla bilansu rocznego. Inaczej się sprawy maja w przypadku niedoszacowania mocy pompy do potrzeb budynku. Takie urządzenie nawet przez 30% sezonu i więcej pracuje na najwyższym możliwym poziomie.

Maksymalne obciążenie parownika i maksymalne obroty wentylatora przez długie godziny powodują bardzo szybkie i gęste zaszronienie.

Ekstremalnie może się zdarzyć, że pompa wpadnie w „autokonsumpcję ciepła”. To oznacza, że ciepła od cyklu do cyklu odtajania wystarczy tylko na odtajanie albo niewiele więcej. Jako ratunek pozostaje tylko wspomaganie np. grzałką przepływową. W grę wchodzi również zastąpienie pompy ciepła innym źródłem już w nowym wyższym punkcie biwalentnym.

Możemy zatem stwierdzić, że pierwszy problem z odtajaniem parownika możemy mieć bez udziału instalacji, poprzez nieodpowiedni dobór urządzenia. Jeśli mamy bufor w instalacji, pompa często potrafi jedynie utrzymać temperaturę zadaną na buforze i nic poza tym.

Ten problem nie istniałby gdyby np. odtajanie parowników było realizowane przez bezpośrednie ogrzanie wmontowanymi w parownik grzałkami elektrycznymi. Rozwiązanie kłopotliwe serwisowo, produkcyjnie
i kosztowo zarówno w fazie produkcyjnej jak i w czasie eksploatacji.

Niektórzy producenci zdecydowali się na montaż grzałek w jednostkach monoblokowych, po stronie wodnej do wspomagania pracy PPC również defrostu. Inni poszli nawet dalej i załączenie takich grzałek wymuszone zostaje automatycznie w momencie inicjacji procesu odszraniania. Już nie trzeba się martwić skąd pompa weźmie ciepło do odszraniania. Nie martwi się producent i instalator ale użytkownik już niestety tak bo to on zapłaci najdrożej jak tylko można za ten proces.

W zdecydowanej większości pomp ciepła małej mocy proces odtajania parowników odbywa się poprzez odwrócenie cyklu na zaworze czterodrogowym chłodniczym. Parownik ze skraplaczem zamieniają się miejscami i ciepło potrzebne do stopienia szronu pobierane jest ze skraplacza czyli z wody grzewczej.

Teraz nasuwa się oczywiste pytanie, ile tego ciepła potrzeba do skutecznego odtajania w jednym cyklu?

Gdybyśmy się poświęcili i zebrali cała masę wody ze stopionego szronu z wszystkich defrostów z sezonu
i podzielili przez ich ilość otrzymalibyśmy średnią masę szronu na jeden cykl. Ciepło właściwe i ciepło topnienia lodu jest znane więc moglibyśmy obliczyć średnie ciepło potrzebne do jednego cyklu odszronienia parownika. Musielibyśmy jeszcze dorzucić straty ciepła linii chłodniczej po drodze do parownika.

Lepsza metoda to monitorowanie ciepła pobranego z instalacji w czasie defrostu. Np. temperatura wody w buforze przed defrostem 40 st. po 30 st. i przepływ 150 l = 1740 W.

Defrost defrostowi nierówny i ilość ciepła, która jest potrzebna do defrostu najlepiej odnieść do mocy pompy. Wielkość ta zawiera się w przedziale od 15–30% mocy pompy ciepła. Czyli pompa ciepła o mocy 10 kW do skutecznego defrostu będzie potrzebowała pomiędzy 1,5 do 3,0 kW mocy w zasadzie w ciągu 5–8 minut. Tyle czasu bowiem powinien zajmować defrost.

Możemy się spotkać z określeniem agresywnego defrostu ale to nie jest pojęcie adekwatne. Defrost musi być szybki ponieważ pompa musi zużytą energie odpracować i wrócić do normalnej pracy. 5–8 minut defrostu, następnie 5–8 minut odpracowanie to już jest 10–16 minut w ciągu godziny kiedy pompa pracuje na własne potrzeby. Można by ja uznać za pasożyta w tym momencie.

Wróćmy jeszcze na chwilę do ciepła, które pompa musi pobrać z instalacji aby wykonać skuteczne odtajanie parownika.

Jaka musi być temperatura wody i ile jej musimy mieć aby wystarczyło do odszronienia parownika?

Temperatura wody do 20 stopni Celsjusza jest temperaturą graniczna od której pompa ciepła może bezpiecznie pracować. Poniżej tej temperatury wody istnie możliwość zamrożenia i zniszczenia wymiennika, skraplacza. Weźmy na przykład ogrzewanie podłogowe i temperaturę zasilania 33 st. powrotu 28 st. średnio 30,5 st. WT 21 i 50 W/m² dom 150 m².

Moc pompy 7 kW i 30% z tej mocy 2,1 kW. Instalacja bezpośrednia raster 10 cm czyli 10 mb rury /1 m² powierzchni. 1500 mb rury × 0,12 l/m pojemności = 180 l + 20 l w pozostałej części instalacji razem 200 l. Mnożymy 200 l × 10,5 st. C (różnica pomiędzy śr. 30,5 a minimum 20 st.) × 1.16 (1 wat × 1 K) = 2,436 kW.

W przypadku opisanym powyżej wystarczy nam energii z samej wody grzewczej.

Teraz obniżmy temperaturę zasilania do 28 st. C i powrotu do 24 st. C średni 26 st. C. i mamy tylko 1,4 kW mocy. Możemy się domyślać, że takie parametry zasilania będą w okresie cieplejszym więc parownik pokryje się mniej gęstym szronem i tej energii wystarczy (15%). Poza tym mamy zapas ciepła zgromadzony w betonie i woda przepływająca w rurkach podłogowych ogrzeje się od tego betonu i oddając to ciepło w skraplaczu.

Wszystko się zgadza pod warunkiem, że nie mamy anhydrytu zamiast betonu lub suchej podłogi to po pierwsze.

Po drugie musimy pamiętać, że przejmowanie ciepła przez przez wodę ma swoje opory chociażby ścianka rury. Ważna jest też prędkość przepływu wody w rurach ogrzewania podłogowego i różnica temperatury pomiędzy wodą grzewczą a ta ścianką. Jednym słowem przez 5–8 minut trwania defrostu ten przekaz jest ograniczony.

Skoro już jesteśmy przy przekazywaniu ciepła to nie możemy pominąć budowy układu chłodniczego
i wpływu konstrukcji na szronienie i odtajanie parowników.

Jak zbudowany jest parownik i skraplacz ?

Parownik w pompie ciepła to zespół gęsto meandryczne zagiętych rurek na które, prostopadle do nich co 2–3 mm nawleczone są aluminiowe cienkie blaszki. Blaszki zwiększają powierzchnie odbioru ciepła
z powietrza i przekazują je do rurek wypełnionych czynnikiem. Jedna kilkukrotnie zagięta rurka to jedna sekcja parownika odpowiedniej długości, średnicy która swój początek bierze w rozdzielaczu wieńcowym a koniec jej wlutowany jest w kolektor zbiorczy odpowiedniej średnicy. Radiatory aluminiowe (blaszki) powinny mieć możliwie największą powierzchnię, odpowiednią wytrzymałość na odkształcenia, powinny być impregnowane i najlepiej dodatkowo pofałdowane (wygięte w fale). Istotny jest też raster radiatorów (odstep miedzy blaszkami).

Parownik o tej samej wydajności, który posiada gęstsza sieć sekcji z cieńszych rurek będzie sprawniejszy niż rzadziej rozmieszczone sekcje o większej średnicy pomimo tej samej powierzchni wymiany ciepła. Pofalowane radiatory wydłużają powierzchnie odbioru ciepła, powodują turbulentny przepływ powietrza. Parownik jest równomiernie obciążony na całej powierzchni. Nie ma tzw. martwych stref. Jest to cecha niezmiernie ważna przy odbiorze ciepła i jeszcze chyba bardziej przy odszranianiu.

Skraplacz to wymiennik płytkowy zbudowany z płytek o powierzchniach formowanych w sposób zapewniający najlepszy odbiór ciepła poprzez czynnik grzewczy od czynnika chłodniczego.

Sa to wymienniki ze stali szlachetnej lutowane miedzią, przeciwprądowe. Przepływ jeszcze może być diagonalny. Producenci nieustannie pracują nad sposobem zwiększenia wydajności z jednostki powierzchni. Jednym słowem wydajność wymiennika jest najważniejszym kryterium wyboru. Skraplacze to wymienniki wąskie i długie o stosunku boku 5:1 i więcej.

Zarówno dobór parownika jak i skraplacza wpływa na COP pompy ale również na cenę.

Jeśli będziemy chcieli „wycisnąć” z pompy maksymalna wydajność za minimalna cenę zaprojektujemy tak urządzenie, że będzie pracować z maksymalna wydajnością sprężarki i maksymalną temperatura tłoczenia powyżej 90 st. Do tego dobieramy na takie parametry skraplacz i parownik. Nazwijmy to doborem na styk.

Inny dobór nazwijmy go umiarkowanym to temperatura pracy do 90 st. C i poniżej.

Zakładając, że w obydwu przypadkach mamy do czynienia z ta samą sprężarką w drugim przypadku musimy zastosować większy parownik i większy skraplacz. I tutaj właśnie będzie nam potrzebny parownik z gęstszą siecią rurek i pofałdowanych lamelach. W przypadku R 290 możemy osiągnąć temperaturę zasilania nawet 75 st. C. Jeśli chcemy osiągnąć taka temperaturę zasilania wody grzewczej na skraplaczu przy temperaturze gazu gorącego poniżej 90 st. musimy znacznie zwiększyć wydajność i przepływ skraplacza zapewne też i jego rozmiary. Tym samym koszt urządzenia będzie większy.

Jaka z tego wynika konkluzja? Otóż pompy ciepła zaprojektowane umiarkowanie, z nadmiarem
w parowniku i jeszcze większym w skraplaczu pracujące poniżej ekstremum oprócz oszczędniejszej pracy będą miały łatwiejszy defrost.

Ciągła praca z maksymalna wydajnością parownika znacznie szybciej go zaszroni i gęstszym trudniejszym lodem. Zaszronienie jak również odszronienie będzie nierównomierne lub niecałkowite. Skraplacz natomiast zwymiarowany na styk będzie wymagał wyższego parametru na wejściu np. 40 st. C i pracy pompy obiegowej na maksymalnej wydajności aby pokonać opory wymiennika i zapewnić przepływ
o odpowiedniej wydajności.

To oznacza, że monter budując instalację będzie musiał zapewnić odpowiedni parametr i ilość wody stosując bufor odpowiedniej wielkości i utrzymując w nim odpowiednią temperaturę. Oczywiści wymuszenie pracy kilku kilowatowej grzałki w czasie defrostu rozwiąże problem ale będzie to odszranianie elektryczne przy pomocy układu chłodniczego a nie gorącym gazem. Oczywiści najdroższe jakie można zastosować.

Być może producenci pomp, którzy stosują właśnie takie rozwiązanie chcą uniknąć problemu złego doboru bufora do instalacji lub złego doboru pomp do budynku. Może jeszcze to nie jest kocioł elektryczny wspomagany układem chłodniczym nazywany pompą ciepła ale taki kierunek konstrukcji wskazuje wyłącznie na komercję a nie rozwój technologii.

Podsumowując, dobrze opracowana procedura skutecznego odszraniania gorącym gazem jest pietą achillesową większości producentów. Najwięcej pracy przy opracowaniu sterowania zajmuje właśnie praca na skutecznym odszranianiem. Inicjacja tego procesu jest jednym z kluczowym elementów całości.

Na szczęście większość producentów poradziła sobie z tym procesem w sposób zadowalający natomiast pamiętajmy, że bez dostarczenia ciepła proces odszraniania nie będzie możliwy.

Najczęstsze błędy po stronie instalacji to;

za mała pojemność instalacji lub bufora,
za małe średnice nominalne rurociągów,
za mała wydajność pompy górnego źródła,
brak dostępu do zładu – zawory termostatyczne i siłowniki na zaworach ogrzewania podłogowego,
brak bajpasu lub zaworu różnicowego,
nieodpowiedni wymiennik pośredni (obieg glikolowy) albo pompa obiegu wtórnego,
za mały zład w instalacji bezpośredniej,
źle dobrana moc pompy ciepła,
zanieczyszczenia w instalacji (niewypłukane istniejące instalacje w termomodernizacji).

Oby było tych błędów jak najmniej.

Zapraszamy do współpracy 😀

KALKULATOR DOBOROWY 👇

https://tiny.pl/cp63x

Plik należy zapisać na komputerze i otworzyć w programie Microsoft Excel ✌️

Wszyscy dobrze pamiętamy bum pomp ciepła szczególnie powietrznych, które w połączeniu z instalacją fotowoltaiczna w systemie rozliczeniowym net meteringu (opustów) pozwalały wygodnie ogrzewać domy i mieszkania. Mało tego koszt instalacji zarówno pompy ciepła jak i instalacji PV zwracał się w ciągu siedmiu a nawet 5 lat. Przed upływem terminu montażu paneli fotowoltaicznych na starych zasadach wzrost zleceń montażu przekraczał możliwości zarówno monterów jak i dostawców urządzeń. Dotyczyło to wszystkiego szczególnie pomp ciepła. Na taki stan złożyło się kilka elementów nie tylko gorączka upływającego terminu. Zerwane łańcuchy dostaw ze względu na obostrzenia z powodu pandemii, ale tez ceny opału innych źródeł ciepła gazu, węgla czy też pelletu. Ceny prądu były wtedy w miarę stabilne, a ciągle rozbudowujący się sektor OZE zdawał się dawać gwarancje na to, że ceny będą może nawet spadać. W końcu OZE to nie tylko zielona energia ale tez tania. Jest takie powiedzenie; „cena czyni cuda” i w tym przypadku prawdziwe. Choć nie takich cudów spodziewali się odbiorcy energii, ani dostawcy urządzeń ani firmy instalatorskie. 

Zmiana sposobu rozliczenia na net biling czyli w złotówkach zamiast w kWh spowodował nieufność i ostrożność odbiorcy. Eksperci w mediach przekonywali, że w zasadzie nic takiego się nie stało i choć system rozliczenia jest inny to okres zwrotu wydłuży się o maksimum 2 lata a fotowoltaika i tak się opłaca. I kiedy tak wydawało się, że sytuacja się stabilizuje to w zasadzie nagle gruchnęła wieść, że ceny energii wzrosną 100% może więcej. Pomińmy tutaj powody tej sytuacji w energetyce, bo polityką się nie zajmujemy. Po jakimś czasie rządzący się zorientowali, że coś z tym trzeba zrobić i wprowadzili „zamrożenie cen energii” i dwie stawki za kWh z limitem do 2000 kWh i ponad.

Czy to wszystko jeśli chodzi o niepewność w cenie prądu, systemie rozliczeń prosumetów?

Oczywiście, że nie ponieważ zamrożenie stawek ma obowiązywać do końca bieżącego roku. A co w przyszłym roku? Są przewidywania, że jeśli nie będzie zamrożenia cen od stycznia 2024 cena wzrośnie nawet do 1,37 zł za 1kWh czyli prawie dwukrotnie. Zamrożenie cen przypomina zeszła epokę gdzie o wszystkim decydowano przy biurku. Dodajmy do tego, że mamy rok wyborczy i nikt nie wie co się naprawdę stanie po jesiennych wyborach bez względu na wynik. 

Czy to nie jest wystarczający chaos aby zniechęcić budujących lub modernizujących domy? Jeśli dodamy do tego jeszcze inflację i ograniczenia w kredytach bankowych to ci, którzy mogą poczekać, aż się coś wyklaruje po prostu czekają. 

Ale życie nigdy nie stoi w miejscu i są tacy którzy musza skończyć już rozpoczęte budowy lub modernizacje. Są tacy co zmieniają miejsca pracy i miejsca na emeryturze i są tacy którzy się nie poddają i działają. Ci nie mogą czekać a rozwiązanie energetyczne dla swojego miejsca w tych skomplikowanych warunkach musza znaleźć. 

Jeśli już wybierzemy jako źródło ciepła właśnie pompę ciepła chcielibyśmy ja eksploatować długo, bezpiecznie i w jak najniższych kosztach. Głównym kosztem jest oczywiście cena energii elektrycznej. I tutaj od razu przychodzi na myśl instalacja fotowoltaiczna jako darmowe źródło energii. Wiadomo, że instalacja kosztuje ale potem przez długie lata już tylko odcinamy kupony. Dobrze to przyjrzyjmy się jak to wygląda. 

Najpierw rozważmy stary system opustów. Prosument miał licznik dwukierunkowy. Produkował prąd i z całej puli w ciągu roku mógł odzyskać 80%. 20% zostawało dla zakładu energetycznego jako koszty magazynowania w sieci energetycznej.

Załóżmy dom 150 m², poma ciepła, zużycie roczne na poziomie 12.000 kWh. Pompa ciepła około 8.000 na cele bytowe około 4.000. Fotowoltaika do 10 KwP wyprodukowała około 10.000 kWh a w dobrych warunkach nawet więcej. Ale przy tym poziomie produkcji energia do ogrzewania domu była gratis. Wymieniamy kocioł na pompę, który spalał 3–4 ton węgla, trochę drewna przy tym. Koszt montażu pompy wtedy to około 30.000–35.000 zł – dotacja 12.500 = 22.500zł. Koszt montażu instalacji PV 30.000–35.000 – dotacja 7000 =28.000 zł. 4 tony węgla + drewno to koszt około 5.000 zł nie licząc etatu palacza. Czyli licząc przy najmniejszej wydajności instalacji PV i najwyższych stawkach za pompę ciepła 10 lat wynosił okres zwrotu inwestycji. Instalacja 10kWp potrafi wyprodukować nawet 13.000 kWh/rok. Oczywiście sprawność jej spada stad przyjęta wartość do obliczeń 10.000 kWh/rok. Niemniej jednak przy produkcji powiedzmy 12.000 kWh/rok zwrot inwestycji byłby krótszy. 

Weźmy te same warunki i net biling. Koszt montażu powietrznej pompy ciepła wzrósł do około 50.000 zł instalacji PV 50.000 zł. Instalacja PV wyprodukuje 10.000 kWh/rok. Rozliczenie w net bilingu jest gotówkowe. Prosument płaci za 1kWh cenę od 1 października do 3000 kW 0,71 zł a powyżej 1,22 zł. Czyli 3000x 0,71= 2130 zł i 5000 x 1,22 zł= 6100 zł łącznie 8230 zł. Teraz sprawdźmy ile prosument zarobi produkując prąd. Cena giełdowa energii 2023 styczeń 0,59 zł, luty 0,68 zł, marzec 0,51, kwiecień 0,50, maj 0,38 zł, czerwiec 0,45zł, lipiec 0,44zł. Odpowiednio miesiącami produkcja PV począwszy oz stycznia 258, 452,862,1003, 1253,1538,1273 kWh. Wymnożymy ceny prze produkcję i mamy kwotę 3112 zł i podzielimy przez produkcje czyli 6639kWh = 0,46 zł za 1kwH sprzedanej energii do sieci, Przyjmując te średnia z 7 miesięcy czyli 0,46 zł x10.000 kWh dostajemy kwotę 4600 zł. Czyli oddajemy 45% produkcji. Koszt inwestycji 100.000 zł minus dotacja zostaje 70.500 zł. Koszt prądu prze 10 lat to 36.300 zł Koszt węgla i drewna przez 10 lat 70.000 zł. Okres zwrotu inwestycji i eksploatacji w porównaniu do ceny opału instalacji z kotłem stałopalnym wynosi 15 lat. 

Ktoś może powiedzieć, że to nie jest dobre odniesienie albo, że inwestycja w dom nigdy się nie zwraca jak kupno samochodu. Niestety nie jest to dobre porównanie.

Po pierwsze w samochodzie się bywa a w domu się żyje. Dom jest miejscem gdzie musi być ciepło, spokojnie, bezpiecznie i jest to centralne miejsce w naszym, życiu. Samochód nie jest koniecznością, a miejscem do życia jakim jest dom niestety tak. Jeśli mam instalacje z rur stalowych, może jeszcze grawitacyjną i zwykły kocioł, który spali wszystko i przez 20 lat spełniał swoje zadanie to być może dalej będzie spełniał swoje zadanie i niczego nie będę musiał zmieniać. Nawet w razie klęski czy zaniku prądu takie centralne ogrzewanie będzie działać i zagrzeje wodę.

Bardzo wielu ludzi tak myśli i trudno odmówić im racjonalności w takim myśleniu. Transformacje energetyczne ostatnich lat pokazały, że nie wszystko poszło tak jak by tego należało się spodziewać. 

Wróćmy jeszcze do naszej fotowoltaiki i nieszczęsnego net bilingu póki co. Dlaczego jest taka rozbieżność pomiędzy cenami zakupu i zbytu? Otóż to zamrożenie cen jak się okazuje nie jest wcale dobrym rozwiązaniem. Przy tej ilości instalacji fotowoltaicznych w Polsce można się spodziewać nadprodukcji w okresie letnim i w godzinach w których domownicy pracują. Naturalnym procesem rynkowym jest podaż i popyt. Kiedy podaż jest duża, szczególnie z OZE taniej energii trzeba by szybko ograniczyć produkcje z innych źródeł droższych np. z elektrowni węglowych. Nie jest to proste ponieważ proces ograniczenia i następnie wzmożenia produkcji w tego typu elektrowniach trwa godzinami. Można by powiedzieć, że fotowoltaika jest własną ofiarą. Niedostosowany system produkcji i dystrybucji energii w Polsce do tak szybkich zmian w strukturze energetycznej kraju jest źródłem problemu. Gdyby cena zakupu prądu była uzależniona od ceny giełdowej podobnie jak cena sprzedaży system net bilingu by się sprawdził. Ale mamy ceny gwarantowane, które maja bronić gospodarstw domowych, a jak się okazuje w praktyce zatrzymały rozwój fotowoltaiki jako taniej energii i oczywiście ekologicznej. 

Czy to już wszystkie problemy dotyczące instalacji PV? Niestety nie. Co raz częściej spotykamy się z podniesieniem napięcia w przeciążonych sieciach energetycznych. Dzieje się tak również za sprawa nieodebranej energii z instalacji fotowoltaicznej. Podniesienie napięcia powoduje wyłączenie falowników celem ochrony i równocześnie zatrzymanie produkcji. Pobieramy wtedy energię z sieci zamiast ja produkować. Nasza kalkulacja znowu zmienia się na niekorzyść. Rozwiązaniem problemu jest zwiększenie auto konsumpcji poprzez zastosowanie magazynów energii. 

Przykładowy magazyn 10 kWh to koszt rzędu nawet 50.000 zł. Dotacja to kwota rzędu 16.000 zł. Magazyn energii możemy zastosować pod warunkiem posiadania hybrydowego falownika w instalacji PV. Raczej w istniejącej instalacji wymieć falownika za kilka tysięcy złotych nie będziemy. W nowej instalacji możemy taki założyć i z 20% auto konsumpcji bez magazynu zwiększymy auto konsumpcję do około 55%. Zmniejszy to koszty zakupu energii około 2000 zł rocznie ale inwestycja sięgnie już 150.000 zł( 105.000 zł z dotacją) (pompa + PV + magazyn). Możemy szukać tańszych rozwiązań ale musimy pamiętać o bezpieczeństwie. Prąd stały o dużym napięciu w instalacji PV i w magazynie może być przyczyną groźnego łuku elektrycznego i przyczyną pożaru. Trzeba o tym pamiętać. 

W starym systemie net meteringu pompa ciepła + instalacja PV wręcz idealnie do siebie pasowały. Najlepiej to wiedza prosumenci, którzy rozliczają się w tym systemie z zakładami energetycznymi. Co przyniesie przyszłość nie wiadomo, a co możemy zrobić dzisiaj aby obniżyć rachunki za energię przy zastosowaniu pompy ciepła? 

Jest jeszcze jedno rozwiązanie i z wszystkich wyliczeń, które prowadziliśmy w specjalnym arkuszu wynika, że najbardziej opłacalnym jest zastosowanie dużego UPS-a np. falownik hybrydowy z funkcja UPS i dopasowanego magazynu energii ale bez instalacji PV. Źródłem energii byłaby sieć i taryfa G12W jako gwarancja zakupu energii zawsze za pół ceny. W taryfie G12W mamy droższy prąd 6–13 i 15–22. Reszta jest obniżona łącznie z całym weekendem. To rozwiązanie okazuje się najtańsze i najbardziej stabilne, a poza tym eliminuje wszystkie wady instalacji PV. Skoro z instalacji mamy do oddania 45 % energii za darmo to może lepiej kupować taniej o połowę?

Ricom Energy właśnie pracuje nad takim rozwiązaniem UPS z magazynem energii, który na dodatek mógłby być objęty dotacją rządowa.

Tytułowa instalacja jest chyba najbardziej wymagającą instalacją z pompą ciepła. 

Dzisiaj skupimy się na wydajności takiej instalacji. Jak zwykle musimy przyjrzeć się osobno stronie pierwotnej (tam gdzie ciepło jest produkowane) i stronie wtórnej (tam gdzie ciepło jest przenoszone i oddawane). Jeśli modernizacja i grzejniki to w 99% przypadków będziemy montować bufor z podłączeniem równoległym. Utarło się nawet takie przekonanie, że montaż bufora wybacza błędy instalacyjne. Wydawać by się mogło, że jeśli tylko dobrze dobierzemy moc pompy do obiektu i pomiędzy pozostawionymi grzejnikami z instalacją a monoblokiem wstawimy bufor dopasowany pojemnością do mocy pompy, mamy po kłopocie. Czy to wystarczy?

I tu pojawia się następne przekonanie, że wystarczy wymienić grzejniki na większe najlepiej na takie jak tylko pozwoli ściana pod oknem i wtedy już na pewno będzie dobrze. Jeśli tak podejdziemy do problemu to ze starej instalacji pozostaną nam tylko rury a właściwie rurociąg, o ile średnice będą odpowiednie. Oczywiście koszty inwestycji zwiększają się o koszt zakupu powiększonych grzejników, zaworów grzejnikowych i koszt montażu. Jeśli zamontujemy grzejniki na zasadzie, że do pompy ciepła to nigdy grzejnik za duży nie będzie w przeciętnym domu jednorodzinnym może to być koszt kilkunastu tysięcy. Ale ten problem zostawmy na później. 

Zajmijmy się na początku stroną pierwotną instalacji, produkcja ciepła czyli pompą ciepła typu monoblok z czynnikiem R290 ze sprężarką typu scroll czyli najwydajniejszą np. Emerson Copeland, która to montowana jest w pompach Ricom Heat Pro 1–9, 3–12, 3–18. Zakładamy, że dobór został wykonany prawidłowo zarówno pompy ciepła jak też bufora i zasobnika. Instalacja maszynowni posiada wszystkie niezbędne elementy. Zarówno w karcie technicznej, w etykiecie energetycznej czy w kalkulatorach Ricom Energy wygląda wszystko przyzwoicie. Można by sklasyfikować, że pompa jest urządzeniem klasy premium. Kalkulator szacuje zużycie energii elektrycznej w kWh na rok i wiele innych jeszcze danych. Montujemy, pompę, maszynownię i powiększone grzejniki. Po sezonie użytkowania dzwoni inwestor i mówi, że zużył 500 kWh więcej niż w szacunkach a to jest ponad 12% a błąd kalkulatora w założeniu to maksymalnie do 10%. Miało być koło 4,500 kWh/rok a jest 5,200. No to kalkulacja opłacalności np. zwrot po 5 latach zmienia się do 8 lub więcej. Jeśli ten element był decydujący w podjęciu decyzji o modernizacji to może zrobić się nieprzyjemnie. 

Na forach internetowych jest całe mnóstwo pytań o zużycie energii przez pompy ciepła i rozbieżnościach pomiędzy szacunkiem a rzeczywistym zużyciem. 

Pierwsza myśl jest taka, że ktoś nakłamał, albo producent albo instalator albo jeden i drugi bo przecież z tego żyją. Pomijam celowe działanie nieuczciwych ludzi i szukam innego powodu tej sytuacji. Czy może być inna przyczyna zwiększonego zużycia? Przecież pompę mam dobrze dobraną, „wybaczający błędy” bufor też i grzejniki powiększone? 

No to zaczynamy od początku, od strony pierwotnej czyli monoblokowej pompy ciepła.

 Wszyscy wiedzą, że pompa ciepła to układ chłodniczy składający się przynajmniej z parownika, skraplacza, sprężarki, zaworu rozprężnego, czterodrogowego zaworu nawrotnego i czujników, filtrów oraz armatury regulacyjnej. Parownik pobiera ciepło z otoczenia, a skraplacz oddaje ciepło do otoczenia w funkcji grzania. Żeby ten proces się mógł odbywać w pętli, potrzebna jest sprężarka, która jest napędem.  

Wszyscy znają też zasadę, że wydajność pompy ciepła spada ze wzrostem różnicy temperatury pomiędzy temperaturą dolnego źródła (powietrza zewnętrznego), a górnego źródła (temperatura zasilania wody grzewczej). Inaczej mówiąc pomiędzy temperaturą parowania w parowniku i temperatura skraplania w skraplaczu.

Zależność ta jest szacowana i wyrażona w procentach. Na 1 °C różnicy temperatury przypada od 1–3% spadku wydajności. 

Przykład : mamy instalację grzejnikową Tz/Tp 55/45 dla temperatury obliczeniowej -18 °C. Temperatura faktyczna wynosi -7 °C. Temperatura z dobrze dobranej krzywej grzewczej dla rozpatrywanego obiektu wynosi 40 °C. My natomiast mamy regulację stałowartościową bufora na poziomie 55 °C ponieważ ten poziom temperatury gwarantuje nam komfort cieplny w każdej temperaturze zewnętrznej nawet tej minimalnej. Nasze optimum 40 °C zasilanie -(-7) °C powietrza zewnętrznego = 47 °C natomiast mamy 55 -(-7) = 62 °C różnicy. Pomiędzy stanem faktycznym a optimum 62 - 47 = 15 °C różnicy. Jeśli tylko przyjmiemy 1% straty na 1 stopień to mamy w tym przedziale temperaturowym (powietrza zewnętrznego -7) 15% straty w stosunku do wydajności czyli COP. Jeśli COP wynosił około 3 to już poprzez podniesienie temperatury zasilania spadł do 2,55 COP. 

Jeśli teraz przyjmiemy zakres temperatury dla tej strefy od -18 °C do +15 °C będziemy mieli 36 poziomów temperatury zewnętrznej. Dla każdej z tych stref utrzymując temperaturę zasilania na stałym poziomie 55 °C będziemy mieli różny spadek wydajności. Przy -18 °C spadek COP będzie równy 0 a to dlatego, że stała temperatura 55 °C będzie taka sama jak temperatura wynikająca z krzywej grzewczej czyli też 55 °C przy założeniu, że jest to maksymalna temperatura zasilania dla minimalnej temperatury obliczeniowej -18 °C, ponieważ grzejniki, które dobraliśmy do obiektu maja parametry 55/45 °C Takie parametry wystarczą do osiągnięcia komfortu cieplnego danego obiektu. 

Jak działa krzywa grzewcza?

Krzywa grzewcza jest to przyporządkowana temperatura zasilania do temperatury zewnętrznej, odwrotnie proporcjonalnie. Jeśli temperatura powietrza rośnie to temperatura zasilania spada. Jeśli spojrzymy na ogrzewanie jak na uzupełnianie strat ciepła w pomieszczeniu to wiemy o tym doskonale, że im cieplej na zewnątrz tym mniej ciepła przenika przez przegrody budynku. Mamy mniejsza stratę i mniejsze zapotrzebowanie na moc. Jeśli będziemy podawać ciepło do pomieszczeń o takim samym parametrze np. 55/45 przy temperaturze powietrza np. -7 °C to szybko przegrzejemy pomieszczenia chyba, że będziemy zwiększać przerwę w dostarczaniu ciepła. Tak właśnie działa termostat. Osiągamy zadana temperaturę i termostat wyłącza pompę obiegowa i pompę ciepła. Mamy częste załączenia i wyłączenia pompy co jest niekorzystne. Dużo lepszym sposobem regulacji jest regulacja pogodowa. Rozpatrując nadal przedział temperaturowy -18 °C do +15 °C każdy stopień to trochę poniżej 3% mocy mniej lub więcej zależy w, którą stronę pójdziemy. W takim razie możemy wyciągnąć wniosek, że począwszy od 55 °C temperatury zasilania przy -18 °C temperatury powietrza obniżając ją o około 2,78% na 1 stopień (2,78% z 55 °C) tj 1,53 °C otrzymamy idealną krzywą grzewczą. Czyli w okolicach 0 °C powietrza zewnętrznego temperatura zasilania powinna wynosić około 26 °C. Niestety to nie jest prawda i nie da się tak do tego podejść. Dlaczego?

Otóż grzejniki stalowe czy też aluminiowe maja swoją specyfikę budowy i parametry pracy. Weźmy pod uwagę najczęściej stosowane grzejniki płytowe, konwektorowe 1, 2, 3 płytowe. Grzejniki te w wielkim skrócie grzeją w około 70% przez promieniowanie a około 30% poprzez konwekcję, czyli ruch powietrza ogrzanego przez harmonijkę z blachy zamontowanej pomiędzy panelami grzejnika. 

Jeśli zajrzymy do instrukcji technicznej większości grzejników płytowych konwektorowych będziemy mieli tabelę doboru z trzema poziomami temperaturowymi. Najniższy poziom to właśnie 55/45 °C zasilanie/powrót. Jeśli chcielibyśmy zastosować inną temperaturę powrotu i zasilania np. 50/40 °C musimy skorzystać z tabeli współczynników. Najniższa temperaturę zasilania w tej tabeli mamy 40 °C. Poniżej tej temperatury wynik nie byłby miarodajny. Poniżej 40 °C wody zasilającej konwekcja jest ograniczona. To nie oznacza nic innego jak zakres krzywej grzewczej w naszym przypadku do 40 °C. W praktyce ustawiając krzywa dla grzejników grzewczą możemy zejść do temperatury 30 °C. Jeśli grzejniki są dobrze dobrane i budynek jest dobrze docieplony utrata 30% mocy grzejnika z konwekcji w temperaturach powietrza od 12–15 °C może nie być problemem.

Wróćmy więc do naszej pompy ciepła i różnic wydajności w sposobie regulacji stałowartościowej i pogodowej. Jeśli wszystko dobrze policzymy biorąc pod uwagę te zależności, o których była mowa wcześniej to różnica dla pomp z sprężarką scroll wynosi około 12–14 % na korzyść regulacji pogodowej. Dla pompy około 10 kW mocy różnica wynosi około 700–750 kWh na sezon. 

W pompach ciepła w których zastosowane są sprężarki rotacyjne  ta różnica może się pogłębić. Sprężarki te radzą sobie lepiej w niskich obrotach do 60–65 Hz. Powyżej ich wydajność spada dlatego też strata będzie większa. 

Podsumowując stronę pierwotną czyli pompę ciepła i nasz układ chłodniczy; 

Zawsze regulacja pogodowa będzie regulacją oszczędniejszą od stałowartościowej jeśli mówimy o modernizacji i grzejnikach. Dobrze dopasowana krzywa grzewcza daje komfort cieplny w obiekcie i najniższe koszty eksploatacji. 

To oznacza, że bufor w instalacji powinniśmy prowadzić w krzywej grzewczej nie w temperaturze stałowartościowej. Jak to zrobić? 

Jeśli pompa ciepła ma swoją krzywą grzewczą ustawiamy tryb bezpośredni i dobieramy krzywa pompy ciepła tak jak krzywą najwyższego obiegu. Jeśli jest jeden to tego jednego. Pompa pracuje do bufora na swojej krzywej, a obieg/obiegi na swojej. 

Jeśli pompa ciepła nie ma swojej krzywej lub krzywa grzewcza obiegu jest precyzyjniejsza (Ricom Heat Evi) możemy wykorzystać krzywą grzewcza obiegu z tym, że czujnik obiegu montujemy w buforze. Pompa ciepła będzie prowadzona w krzywej obiegu i zatrzyma się albo z polecenia termostatów elektronicznych albo kiedy temperatura powrotu do pompy ciepła przekroczy o 2 stopnie zadana temperaturę zasilania.  

Dobrze dobrana krzywa grzewcza nie powinna powodować przegrzewu nawet jeśli termostat nie wyłączy pompy obiegowej wyłączając źródło ciepła. Na dodatek głowice termostatyczne na zaworach grzejnikowych strefowo mogą doregulować temperaturę domykając lub zamykając całkowicie przepływ. Grzejnik w łazience i w toalecie możemy pozostawić z głowicami otwartymi jako obejście dla pompy obiegowej elektronicznej z regulowanymi obrotami. Pompa obiegowa ograniczy do minimum przepływ przez wspomniane dwa grzejniki. Ten stan zmieni się dopiero kiedy pomieszczenia się wychłodzą i głowice termostatyczne rozpoczną otwieranie zaworów termostatycznych na grzejnikach. Wtedy pompa obiegowa zwiększy przepływ tłocząc wodę grzewczą z bufora. Jeśli zapas wody grzewczej w buforze wystarczy na następny cykl grzewczy termostat nie uruchomi pompy. Szczególnie ważne w okresach niskiego obciążenia cieplnego budynku. Będziemy w ten sposób generować długie przerwy i zmniejszymy ilość uruchomień.  

Na koniec jeszcze odnieśmy się do przekonania, że do pompy nie ma za dużych grzejników. 

Porównajmy temperatury 55/45 °C i temperatury 40/30 °C. Różnica wynosi 3% czyli 140 kWh dla tej samej mocy czyli 10 kWh. Gdybyśmy przeliczyli te kWh 140 × 0,80 zł = 112 zł oszczędności rocznie. Różnica w cenie jednego grzejnika 1000 W wynosi około 400 zł × 10 tj 4.000 zł. Widzimy, że zwrot zainwestowanej kwoty to ponad 35 lat. 

Skąd taki mały procent w wydajności? Otóż porównujemy regulację pogodową do pogodowej. Jedyna różnica wynika z różnicy temperatury zasilania ale w najniższych temperaturach gdzie godzin pracy pompy ciepła jest mało. 60 % czasu pracy pompy to połowa jej mocy a tu temperatury zasilania dla obu przypadków będą zbliżone. Poniżej 30 °C raczej nie zejdziemy. 

Podsumowując, pamiętajmy, że w każdej pompie ciepła obowiązuje zasada, że wydajność rośnie kiedy różnica temperatury parowania i skraplania maleje. Na temperaturę parowania nie mamy wpływu. Zależna ona jest od temperatury powietrza zewnętrznego. Na temperaturę skraplania mamy wpływ bo zależna jest ona od temperatury zasilania instalacji grzewczej. 

Powietrzne pompy ciepła są wymagającymi źródłami ciepła, a i okoliczności montażu mogą być skomplikowane. Wszyscy, którzy montują pompy Ricom Heat mogą liczyć na wsparcie techniczne odnośnie montażu. Pozdrawiamy i życzymy miłego montażu!

Logotyp Ricom energy

Ricom Energy sp. z o.o.

ul. płk. Andrzeja Hałacińskiego 2
32-050 Skawina
NIP: 6793107189 | REGON: 36 06 07 810

Dział administracji

PAULINA HANUSIAK

Dział zamówień

MARTA FERSTER

Dział techniczny

WOJCIECH SZYPUŁA