Pompy ciepła pozwalają korzystać z odnawialnych źródeł energii oraz zmniejszać zużycie paliw kopalnych. Za coraz większą popularność tych urządzeń odpowiadają właściwości, które umożliwiają ich użycie w nowoczesnych technologiach energetycznych – do równoczesnego wytwarzania ciepła i chłodu, a nawet energii elektrycznej. Jednak, aby mogły skutecznie pracować długie lata, konieczne jest odpowiednie dobranie ich mocy grzewczej.

Reklama

Pierwszym krokiem przed dobraniem systemu grzewczego jest obliczenie zapotrzebowania budynku na niezbędne ciepło. Parametr ten służy do wyboru takiego ogrzewania, które skutecznie i bez nadmiernych kosztów ogrzeje dom nawet w największe mrozy. Zapotrzebowanie na ciepło wyrażone jest w kilowatogodzinach na rok [kWh/rok] lub kilowatogodzinach na metr kwadratowy powierzchni ogrzewanej rocznie [kWh/m²·rok]. Jest to ilość ciepła, która jest zużywana przez budynek w ciągu roku na cele grzewcze. Stanowi ona różnicę strat ciepła i wykorzystywanych zysków cieplnych budynku w standardowym sezonie grzewczym z uwzględnieniem:

– obliczeniowej temperatury powietrza wewnętrznego,

– projektowej wartości strumienia powietrza wentylacyjnego,

– temperatury powietrza zewnętrznego i promieniowania słonecznego odpowiadającego średnim wieloletnim warunkom.

Kolejny ważny parametr to zapotrzebowanie na moc do ogrzewania. Wyrażone jest ono w watach [W], kilowatach [kW] lub watach na metr kwadratowy powierzchni ogrzewanej [W/m²]. Wielkość ta wyraża moc źródła ciepła potrzebną, by utrzymać wewnątrz domu komfortową temperaturę, nawet  przy największych mrozach, czyli temperaturze obliczeniowej, która w zależności od polskiej strefy klimatycznej wynosi od -18 do -22 °C. Zapotrzebowanie budynku na ciepło oraz zapotrzebowanie na moc do ogrzewania są ze sobą ściśle powiązane, a od nich zależy projektowana moc urządzenia grzewczego – czyli w naszym przypadku moc pompy ciepła.

Na pierwszy wspomniany parametr ma wpływ m.in. konstrukcja budynku, jego izolacyjność, powierzchnia, kubatura oraz lokalne warunki atmosferyczne. Część z wymaganej ilości ciepła pochodzi z zysków cieplnych, słonecznych lub bytowych, które wynikają z powierzchni przeszkleń oraz ilości przebywających w domu osób i urządzeń. Zyski mogą pochodzić ponadto również z ewentualnie zastosowanego systemu wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła (rekuperacji). To właśnie dzięki tej dodatkowej energii zapotrzebowanie na moc do ogrzewania budynku jest znacznie mniejsza niż wynikałoby to z zapotrzebowania na ciepło. Wartość ta zależy również od istniejącego systemu rozdziału ciepła w budynku. Najkorzystniejsze warunki dla pompy ciepła uzyskiwane są przy użyciu ogrzewania podłogowego, temperatura wody grzewczej w takim układzie jest zdecydowanie niższa niż przy zastosowaniu tradycyjnych grzejników, a ponadto stanowi on doskonały bufor cieplny, dzięki czemu moc urządzenia grzewczego może być niższa, a pompa ciepła może być włączana okresowo.

Na wartość wymaganej mocy urządzenia grzewczego ma również wpływ wielkość zapotrzebowania na energię do podgrzewu ciepłej wody użytkowej. Ta z kolei zależy od ilości mieszkańców oraz zużywanej przez nich ilości wody. Zalecana wartość rocznego zapotrzebowania na c.w.u. wynosi 35 dm3 na osobę w ciągu doby, jednak, aby zapewnić lepszy komfort użytkowania, przyjmuje się wartość większą. Na wielkość tego zapotrzebowania ma również wpływ różnica  temperatur wody zimnej i ciepłej, która jest  podgrzewana w zasobniku. Ważna pod względem wyliczenia końcowej wartości energii niezbędnej do podgrzania wymaganej ilości wody użytkowej jest wartość sprawności urządzenia grzewczego, czym nie trzeba się martwić w  przypadku pompy ciepła, która pracuje z wysoką wydajnością, oraz cały szereg strat ciepła na elementach układu. Wartość ta stanowi jedynie niewielki procent całkowitej energii cieplnej potrzebnej do zapewnienia komfortu użytkownikom budynku. Wszystkie te wielkości oblicza się za pomocą odpowiednich programów oraz mniej lub bardziej skomplikowanych wzorów.

Moc urządzenia grzewczego powinna być tak dobrana, by całkowicie pokryć wyliczone wcześniej zapotrzebowanie na ciepło. Niedokładne oszacowanie wymaganej mocy grzewczej może spowodować niedogrzanie budynku, a także problemy w eksploatacji całego systemu. Powinna ona być sumą zapotrzebowania na ciepło wszystkich odbiorników ciepła  w budynku, czyli musimy znać zapotrzebowanie na ciepło przez system centralnego ogrzewania oraz przygotowanie ciepłej wody użytkowej. W przypadku systemu centralnego ogrzewania opartego o pompę ciepła nie dysponujemy zapasem mocy w związku z koniecznością szybkiego przygotowania wody użytkowej, tak jak ma to czasem miejsce, gdy mamy do czynienia z kotłami grzewczymi. Konieczne jest więc także dobranie podgrzewacza c.w.u. o odpowiedniej pojemności, który może równocześnie pracować jako bufor c.w.u.

Należy się również zastanowić czy chcemy, aby pompa ciepła pokrywała zapotrzebowanie na ciepło całkowicie, czy dobrać urządzenie o mniejszej mocy i dodatkowo zainstalować inne źródło ciepła, które będzie pracowało podczas szczytowego zapotrzebowania. Wymagana moc urządzenia grzewczego wyliczamy dzieląc uzyskane wcześniej całkowite zapotrzebowanie na ciepło przez średnioroczny czas pracy pompy ciepła, który wynosi zwykle 2 000 godzin. Jeśli decydujemy się na system hybrydowy, obliczamy z tej wartości odpowiedni procent. Przykładowo dla budynku o powierzchni 160 m2, o współczynniku efektywności EA na poziomie 70 kWh/m²·rok niezbędną do ogrzania jest pompa ciepła o mocy około 9 kW. W systemie hybrydowym z kominkiem domowym, który pokrywa 40 do 50 proc. zapotrzebowania, wystarczy pompa ciepła o mocy 4 do 5 kW. Jest to rozwiązanie zdecydowanie korzystniejsze, które pozwoli zaoszczędzić około 15 000 zł na etapie inwestycji oraz około 1 000 zł rocznie podczas eksploatacji. W przypadku budynków niskoenergetycznych o EA poniżej 40 kWh/m²·rok wymagana moc urządzenia będzie odpowiednio mniejsza, przez co nie jest w nich wymagane stosowanie dwóch urządzeń grzewczych.

Przedstawione zostały najważniejsze parametry, od których zależy końcowe zapotrzebowanie na energię grzewczą i pośrednio również moc grzewcza pompy ciepła. W kolejnym artykule omówimy problemy wynikające z nieprawidłowego doboru wielkości wymaganej mocy pompy ciepła oraz dolnego źródła.