Efektywność dolnych źródeł pomp ciepła

W artykule scharakteryzowano dolne źródła pomp ciepła stosowanych w instalacjach c.o. i c.w.u.
Koszty inwestycyjne i eksploatacyjne pomp ciepła porównano z kosztami kotłów gazowych. W
oparciu o wskaźniki ekonomiczne SPBT, NPV, IRR oraz ΔLCC zaproponowano kryteria
techniczno-ekonomiczne wyboru dolnego źródła.

Pompy ciepła jako niekonwencjonalne źródła energii mogą pracować w układzie zasilania budynku w
ciepło na cele c.o. i c.w.u. zarówno w układzie monowalentnym, stanowiąc jedyne źródło ciepła, jak i
biwalentnym, gdy jako podstawowe źródło ciepła współpracują z tzw. źródłem pomocniczym, np.
kotłem gazowym, olejowym czy podgrzewaczem elektrycznym. O możliwościach technicznych i
efektywności ekonomicznej ich zastosowania w każdym przypadku decydują przede wszystkim dolne
źródła ciepła. Ich dobór zależy od:

uwarunkowań środowiskowych i geologicznych,

●

dostępności oraz łatwości pozyskiwania ciepła,

●

kosztów inwestycyjnych (związanych z poprzednimi czynnikami), które mogą nawet wykluczać

●

zastosowanie pompy ciepła.

Przed podjęciem decyzji należy rozważyć aspekty techniczne i ekonomiczne kilku różnych dolnych
źródeł ciepła do zastosowania w każdym rozważanym rozwiązaniu. W artykule aspekty te są
zaprezentowane w kontekście zastosowania pomp ciepła jako źródeł zasilania w ciepło budynków
jednorodzinnych i wielorodzinnych. Analizie poddano efektywność pracy pomp z czterema różnymi
dolnymi źródłami.

Charakterystyka dolnych źródeł ciepła (DZC)
Dolne źródło pomp ciepła winno charakteryzować się następującymi właściwościami:

dużą pojemnością cieplną,

●

możliwie wysoką i stałą temperaturą w funkcji czasu,

●

łatwą dostępnością i co się z tym wiąże – jak najniższymi kosztami instalacji,

●

niską korozyjnością i brakiem zanieczyszczeń powodujących powstawanie osadów.

●

Podstawowym parametrem mającym wpływ na efektywność pomp ciepła jest temperatura DZC i jej
wahania (źródła naturalne). Temperatura zależy od rodzaju DZC i pory roku oraz jest zmienna w
mniejszym czy większym stopniu w funkcji czasu. Większość źródeł ciepła jest niekoherentna
(naturalne), tzn. przy szczytowym zapotrzebowaniu na energię ich wydajność jest stała lub wręcz
maleje. Najbardziej koherentne są wody gruntowe, mniej grunt i wody powierzchniowe, a najmniej
powietrze zewnętrzne.

Ważną rolę w efektywności DZC odgrywa akumulacyjność cieplna (pojemność cieplna) źródła; jeżeli
jest ona odpowiednio duża to odbiór ciepła nie zakłóca stanu równowagi cieplnej źródła. Z

efektywnością ekonomiczną wiążą się nakłady inwestycyjne na DZC. W zależności od rodzaju
dolnego źródła są one bardzo zróżnicowane i w dużym stopniu rzutują na opłacalność całego
przedsięwzięcia, jakim jest pompa ciepła.

Moc cieplną , jaką można pozyskać z dolnego źródła ciepła oblicza się ze wzoru:

kW

gdzie:

Q

o

– moc grzejna pompy ciepła (moc oddawana w skraplaczu), kW

COP – znamionowy współczynnik wydajności grzejnej pompy ciepła podawany przez producentów.

Powietrze atmosferyczne jako DZC

1. Schemat zastosowania pompy ciepła powietrze-woda wykorzystującej powietrze zewnętrzne (rys.

NIBE BIAWAR)

2. Schemat zastosowania pompy ciepła powietrze-woda wykorzystującej powietrze

wewnętrzne/wywiewane (rys. NIBE BIAWAR)

Jego zaletą jest łatwa dostępność bez ograniczeń ilościowych przy niskich nakładach inwestycyjnych.
Działanie pompy ciepła nie zakłóca równowagi cieplnej otoczenia. Główne wady tego rozwiązania to
małe wartości współczynnika przejmowania ciepła, co ma bezpośredni wpływ na współczynnik
przenikania ciepła w parownikach pomp, oraz duże wahania temperatury powietrza, dobowe i
sezonowe. Wymusza to konstruowanie parowników o znacznie rozbudowanych powierzchniach
lamelowych. Niekorzystne jest też to, że powietrze ma małą pojemność cieplną, przez co parownik
musi przetłaczać duże strumienie objętości powietrza, a napęd wentylatora pochłania więcej energii.
Praca wentylatorów dodatkowo zwiększa poziom hałasu całego zespołu pompy ciepła.

Efektywne wykorzystanie pomp ciepła, w których powietrze stanowi dolne źródło, możliwe jest tylko
w zakresie temperatury zewnętrznej 3-5ºC. Przy niższej temperaturze pompy ciepła oczywiście mogą
pracować (np. do temperatury -15°C), ale zwiększenie częstotliwości odszraniania wymaga
dostarczenia dodatkowej energii, co powoduje, że współczynniki wydajności grzejnej są bardzo
niskie. Dlatego polecam układy biwalentne, wykorzystujące dodatkowe źródło ciepła (np. kocioł
gazowy). Średnioroczny współczynnik wydajności grzejnej pompy ciepła COP z parownikiem
zasilanym powietrzem atmosferycznym, stosowanej w systemach niskotemperaturowych, wynosi
2-2,5. [3]

O gruncie i wodzie jako dolnych źródłach ciepła można przeczytać w PI 5/2013, a w drugiej części
artykułu zostanie przedstawiona szczegółowa analiza techniczno-ekonomiczna zastosowania pomp
ciepła dla budynku jedno- i wielorodzinnego w porównaniu z kosztami zastosowania kotłów
gazowych.

Autor: dr inż. Grzegorz Krzyżaniak, doc. Politechniki Poznańskiej, Instytut Inżynierii Środowiska,
Zakład Ogrzewnictwa, Klimatyzacji i Ochrony Powietrza

KONTAKT

Polski Instalator

E-mail:

[e-mail]

WWW:

www.polskiinstalator.com.pl

Tel: [phone]
Adres:
al. KEN 95
02-777 Warszawa