Temperatura zasilania systemu grzewczego – maksymalna i faktyczna

Czy pompy ciepła są w stanie zapewnić wystarczająco wysoką temperaturę w systemie grzewczym budynku? – Zastanówmy się nad aspektem, który często jest podawany jako wykluczający stosowanie pomp ciepła w starszych budynkach. Przy okazji sprawdzimy, dlaczego maksymalna wymagana temperatura zasilania nie decyduje o efektywności.

 

Fot. Shutterstock

W dyskusji dotyczącej zastosowania pomp ciepła w istniejących budynkach głównym argumentem przeciwko nim jest wysoka temperatura zasilania systemu grzewczego. Ma ona prowadzić do niskiej efektywności pomp ciepła, a w konsekwencji – być parametrem wykluczającym sensowność stosowania tych urządzeń. W tym kontekście, aby rzetelnie przeanalizować temat, należy odpowiedzieć na dwa pytania:

• Czy pompy ciepła są generalnie w stanie zapewnić wymaganą temperaturę czynnika grzewczego w instalacjach budynków istniejących?
• Jak wysoka jest ta temperatura w rzeczywistości?

 

Maksymalna uzyskiwana temperatura bez użycia grzałki

Odpowiedź na pierwsze postawione pytanie zależy od wielu technicznych aspektów, między innymi od tego, jaki czynnik roboczy zastosowano w pompie ciepła oraz jaka jest charakterystyka jej kompresora.

Na wstępie warto zaznaczyć, że pompa ciepła przez zdecydowaną większość czasu nie pracuje z maksymalną temperaturą zasilania oraz, że wszelkie działania mające na celu obniżenie średniej temperatury jej pracy − w tym odpowiednie dopasowanie pompy ciepła do zapotrzebowania budynku − wpływają na jej większą efektywność, co za tym idzie bardziej ekonomiczne działanie.

Ogólnie można powiedzieć, że standardowe pompy ciepła osiągają bez problemów temperatury z zakresu od 55 do 60°C. Przy czym jest to oszacowanie raczej konserwatywne. Tak zwane „wysokotemperaturowe” pompy ciepła osiągają bowiem temperatury z przedziału od 65 do 70°C – warto wspomnieć, że użyte tu określenie „wysokotemperaturowe” zarezerwowane jest do zastosowań przemysłowych pomp ciepła, dla urządzeń osiągających ponad 100°C. Na rynku dostępne są również urządzenia osiągające temperaturę 75°C, jak na przykład pompy ciepła z naturalnym czynnikiem roboczym, propanem.

Tak więc na pierwsze pytanie można odpowiedzieć twierdząco. Dostępne obecnie na rynku pompy ciepła są w stanie, w większości przypadków, zapewnić bez udziału dodatkowych grzałek elektrycznych wymagane wartości temperatury systemu grzewczego w istniejących budynkach.

 

Faktyczna wymagana temperatura zasilania

Sprawdźmy teraz, jak faktycznie przedstawia się efektywność pomp ciepła pracujących w starszych budynkach oraz, jakie są rzeczywiste potrzeby, jeśli chodzi o temperaturę na zasilaniu instalacji w takich budynkach. Podstawą naszych rozważań będą wyniki uzyskane podczas wieloletniego projektu monitoringowego pomp ciepła w istniejących domach jednorodzinnych w Niemczech, przeprowadzonego przez Instytut Fraunhofera ISE.

Przede wszystkim wyniki te wykazały stosunkowo wysokie średnie wartości efektywności badanych pomp ciepła. Dla wielu osób, nie tylko tych sceptycznie nastawionych, mogą być one nawet pewnym zaskoczeniem. Ale przy analizie danych zebranych podczas realizacji projektu monitoringowego na badaczy czekała jeszcze jedna niespodzianka – stosunkowo niskie średnie wartości temperatury zasilania systemu grzewczego.

Po dogłębnej analizie zostały również „znalezione” oczekiwane i przez wiele osób uważane za „konieczne” – wysokie temperatury zasilania. Jednakże jedynie podczas najzimniejszych dni w roku i tylko w przypadku nielicznych instalacji. Liczba tych dni była tak mała, że efektywność pomp ciepła w tych momentach miała niewielkie znaczenie dla ich średniej efektywności rocznej. Nawet w przypadku budynków, które nie zostały poddane częściowej lub kompleksowej termomodernizacji, wyposażonych w konwencjonalne grzejniki, rzeczywista wymagana temperatura zasilania wynosiła około 55°C. Jednocześnie była ona wystarczająca dla zapewnienia pożądanego komfortu termicznego mieszkańców.

Nie należy tego jednak rozumieć jako „usprawiedliwienie” dla braku redukcji zapotrzebowania energetycznego budynku. Wszelkie działania termomodernizacyjne zwiększają efektywność działania pomp ciepła i są pożądane zarówno z powodów ekonomicznych, jak i ekologicznych.

 

Skąd tak dobra efektywność?

Opisywany fenomen można wyjaśnić na podstawie zaprezentowanej poniżej grafiki (rys. 1).

 

Zależności między temperaturą zewnętrzną, temperaturą zasilania układu grzewczego i efektywnością pomp ciepła. Źródło: © Fraunhofer ISE

 

Generalnie, im niższa jest temperatura zewnętrzna (oś pozioma na rys. 1), tym wyższa jest temperatura zasilania systemu grzewczego (linia pomarańczowa) i tym niższa efektywność pompy ciepła (linia zielona). Decydującym parametrem dla średniej (rocznej) efektywności pompy ciepła jest to, kiedy, czyli przy jakich wartościach temperatury zewnętrznej, dostarczane jest ciepło na cele grzewcze (niebieska powierzchnia). W zależności od wielu czynników, głównie od stanu energetycznego budynku oraz strefy klimatycznej, od 75 do 90% dostarczanej energii cieplnej „wytwarzana” jest podczas umiarkowanie niskiej temperatury zewnętrznej. To z kolei ma wpływ na stosunkowo niskie wartości temperatury zasilania systemu grzewczego, a w konsekwencji – na dobrą efektywność pomp ciepła.

Można zatem stwierdzić, że pompy ciepła są w stanie w większości przypadków zapewnić wymagane temperatury zasilania również przy niskiej temperaturze zewnętrznej. Ponadto decydującą dla średniej efektywności instalacji z pompą ciepła nie jest najwyższa, lecz średnia wymagana temperatura zasilania. Te dwa fakty pozwalają na stwierdzenie, że pompy ciepła są w stanie skutecznie dostarczyć wymagane ciepło również w budynkach starszych, pracując jednocześnie z akceptowalną efektywnością.

 

Kolejne programy monitoringowe

Opisywane wnioski potwierdza program monitoringowy przeprowadzony w Szwajcarii. Również w tym projekcie badano pompy ciepła, między innymi w budynkach starszych o różnym poziomie termomodernizacji. Podobnie jak w przypadku niemieckiego projektu, także w badaniach szwajcarskich maksymalne temperatury na zasilaniu instalacji w budynkach niewyposażonych w ogrzewanie podłogowe osiągały wartość około 55°C. Centralnym wnioskiem autorów tych badań jest stwierdzenie, że:

Poprawnie zaplanowane i wykonane instalacje z pompami ciepła są w stanie w sposób efektywny zastąpić systemy grzewcze oparte na paliwach kopalnych.

Na koniec warto dodać, jak dużą wartością byłoby przeprowadzenie podobnego projektu monitoringowego również w Polsce. Zapewniłoby to nie tylko uwzględnienie polskich warunków pogodowych oraz polskiej charakterystyki budynków, ale również pozwoliłoby na niezależną ocenę i analizę urządzeń dostępnych w Polsce, w tym pomp ciepła polskich producentów.

W kolejnym odcinku bloga „Pompy ciepła w istniejących budynkach” spróbujemy odpowiedzieć na kolejne istotne pytania: Czy wymagana jest uprzednia termomodernizacja budynku przed instalacją pompy ciepła? Czy da się zapewnić dzięki pompie ciepła przyjemny komfort cieplny w istniejących budynkach? Jak będzie działać pompa ciepła, jeśli po jej instalacji dokonamy termomodernizacji?

Zapraszamy do regularnego czytania bloga, życząc przyjemnej lektury!