Pompy ciepła w zimie – jak działają w ekstremalnych warunkach?

Czy pompa ciepła ogrzeje dom przy –15°C albo –20°C? Tak, pod warunkiem że została prawidłowo dobrana do budynku i instalacji grzewczej. Nowoczesne pompy ciepła w zimie mogą pracować nawet podczas silnych mrozów. Trzeba jednak pamiętać, że możliwość uruchomienia urządzenia przy bardzo niskiej temperaturze nie oznacza automatycznie zachowania pełnej mocy i wysokiej efektywności.

Wraz ze spadkiem temperatury na zewnątrz rośnie zapotrzebowanie domu na ciepło. Jednocześnie powietrzna pompa ciepła ma coraz trudniejsze warunki pracy. Może spadać jej moc grzewcza i współczynnik COP, a częściej uruchamiają się cykle odszraniania oraz dodatkowa grzałka elektryczna.

To normalne zjawiska. Najważniejsze jest to, czy cały system został zaprojektowany tak, aby zapewniał komfort także w najzimniejsze dni.

Jak pompa ciepła działa podczas mrozu?

Pompa ciepła nie musi pobierać powietrza o dodatniej temperaturze, żeby ogrzewać dom. Nawet przy –20°C w powietrzu nadal znajduje się energia cieplna, którą można wykorzystać.

W przypadku pompy ciepła powietrze–woda wentylator kieruje powietrze przez wymiennik jednostki zewnętrznej. Czynnik chłodniczy odbiera z niego energię, a następnie trafia do sprężarki. Sprężarka podnosi jego ciśnienie i temperaturę. Uzyskane ciepło jest przekazywane wodzie krążącej w instalacji centralnego ogrzewania.

W ten sposób pompa ciepła ogrzewa:

• wodę w instalacji podłogowej lub grzejnikowej,

• ciepłą wodę użytkową,

• a w odpowiednio zaprojektowanym systemie może również chłodzić budynek latem.

EcoDOM oferuje zarówno pompy ciepła pobierające energię z powietrza, jak i urządzenia gruntowe. Dostępne rozwiązania można sprawdzić na stronie pompy ciepła EcoDOM.

Czy pompy ciepła działają przy –20°C?

Wiele nowoczesnych pomp powietrznych jest przystosowanych do pracy przy temperaturze –20°C, –25°C, a niektóre modele nawet przy około –28°C. Są to jednak parametry konkretnego urządzenia, a nie całej technologii.

Przykładowo producent Daikin deklaruje, że wybrane jednostki Altherma 4 H mogą pracować przy temperaturze zewnętrznej do –28°C. Ten parametr pokazuje graniczny zakres działania urządzenia, ale nie oznacza, że przy –28°C pompa zachowuje taką samą moc i COP jak przy temperaturze +7°C.

Przy porównywaniu urządzeń trzeba więc sprawdzić nie tylko informację: Pompa działa do –25°C.

Znacznie ważniejsze są odpowiedzi na pytania:

• jaką moc grzewczą osiąga przy –7°C, –15°C i –20°C,

• jaki ma wtedy COP,

• jaką temperaturę wody może przygotować,

• kiedy uruchamia się grzałka,

• gdzie znajduje się punkt biwalentny,

• jak wygląda wydajność podczas odszraniania.

Dopiero te dane pokazują, czy pompa poradzi sobie z zimowymi warunkami w konkretnym domu.

Mróz wpływa jednocześnie na pompę i budynek

Podczas zimowych mrozów pojawiają się dwa przeciwne zjawiska.

Po pierwsze, budynek potrzebuje coraz więcej energii. Im większa różnica między temperaturą wewnętrzną a zewnętrzną, tym szybciej ciepło ucieka przez ściany, dach, podłogę, okna oraz wentylację.

Po drugie, moc powietrznej pompy ciepła może spadać. Urządzenie pobiera energię z coraz chłodniejszego powietrza, a sprężarka musi wykonać większą pracę, aby przygotować wodę o wymaganej temperaturze.

Załóżmy, że dom potrzebuje przy –20°C około 8 kW mocy grzewczej. Jeżeli wybrana pompa dostarcza w tych warunkach tylko 6 kW, brakujące 2 kW musi zapewnić grzałka elektryczna albo inne źródło ciepła.

Nie oznacza to automatycznie błędu. Jeżeli taka sytuacja występuje przez kilka lub kilkadziesiąt godzin w roku, wspomaganie grzałką może być ekonomiczniejsze niż zakup dużo większego urządzenia, które przez większość sezonu byłoby przewymiarowane.

Problem pojawia się wtedy, gdy grzałka pracuje przez wiele tygodni i odpowiada za znaczną część ogrzewania domu.

Moc podana w nazwie urządzenia nie wystarcza

Pompa opisywana jako model o mocy 8 kW nie musi dostarczać 8 kW w każdych warunkach.

Moc urządzeń często podaje się dla określonego punktu pracy, na przykład:

• temperatura powietrza zewnętrznego: +7°C,

• temperatura wody na wyjściu: 35°C.

Taki punkt oznaczany jest zwykle jako A7/W35. Litera A odnosi się do temperatury powietrza, natomiast W do temperatury wody.

Zimą pompa może pracować w znacznie trudniejszym punkcie, np. A–15/W45. Temperatura powietrza jest wtedy niższa, a jednocześnie urządzenie musi przygotować cieplejszą wodę.

Dlatego podczas doboru należy korzystać z tabel mocy i wykresów producenta, a nie wyłącznie z nazwy modelu. Dobrym przykładem znaczenia konkretnych warunków jest Daikin Altherma 4 H. Producent podaje, że jednostka o nominalnej mocy 14 kW osiąga 13,3 kW przy temperaturze zewnętrznej –7°C i temperaturze wody 55°C. To użyteczna informacja, ponieważ pokazuje dokładny punkt pracy, a nie tylko wartość nominalną.

COP i SCOP – co pokazują te parametry?

COP określa chwilową efektywność pompy ciepła. Jest stosunkiem ilości dostarczonego ciepła do pobranej energii elektrycznej.

Jeżeli pompa:

• pobiera 2 kW energii elektrycznej,

• dostarcza 8 kW ciepła,

jej COP wynosi 4.

Przy COP równym 2 ta sama ilość 8 kW ciepła wymagałaby poboru około 4 kW energii elektrycznej. Definicja COP stosowana przez amerykański Departament Energii również opisuje go jako stosunek efektu grzewczego do energii dostarczonej urządzeniu.

COP nie jest wartością stałą. Zależy między innymi od:

• temperatury zewnętrznej,

• temperatury zasilania instalacji,

• aktualnej mocy sprężarki,

• cykli odszraniania,

• przepływu wody,

• pracy urządzeń pomocniczych.

Zwykle im niższa temperatura zewnętrzna i wyższa temperatura zasilania, tym niższa efektywność pompy ciepła.

SCOP jest parametrem sezonowym. Uwzględnia pracę w różnych temperaturach i przy różnym obciążeniu w całym sezonie grzewczym. Przepisy unijne definiują SCOP jako stosunek referencyjnego rocznego zapotrzebowania na ciepło do rocznego zużycia energii przez urządzenie.

Można to pokazać na prostym przykładzie. Jeżeli dom potrzebuje rocznie 12 000 kWh ciepła na ogrzewanie, orientacyjne zużycie energii elektrycznej wyniesie:

• przy SCOP 4 – około 3000 kWh,

• przy SCOP 3 – około 4000 kWh,

• przy SCOP 2,5 – około 4800 kWh.

To uproszczone obliczenie. Nie uwzględnia ono między innymi przygotowania ciepłej wody, pomp obiegowych, grzałki ani różnic między warunkami obliczeniowymi a rzeczywistą eksploatacją.

Dlaczego pompa ciepła zimą się odszrania?

Szron na jednostce zewnętrznej nie musi oznaczać awarii.

Podczas ogrzewania wymiennik pompy jest często chłodniejszy niż przepływające przez niego powietrze. Wilgoć skrapla się na jego powierzchni, a następnie zamarza. Zjawisko może być szczególnie intensywne przy temperaturach w pobliżu 0°C, dużej wilgotności, mgle lub opadach mokrego śniegu.

Warstwa lodu blokuje przepływ powietrza i utrudnia pobieranie energii. Pompa uruchamia więc automatyczny cykl odszraniania, nazywany defrostem.

Urządzenie na krótki czas odwraca obieg chłodniczy i kieruje ciepło do wymiennika zewnętrznego. Lód topnieje, a pod jednostką może pojawić się woda lub para. Producent Daikin wskazuje, że wypływ wody lub pojawienie się pary podczas pracy grzewczej może być zwykłym efektem odszraniania, a nie usterką.

Podczas defrostu:

• pompa chwilowo ogranicza ogrzewanie budynku,

• zużywa dodatkową energię,

• woda musi zostać prawidłowo odprowadzona,

• pod jednostką może powstać lód.

Inteligentne funkcje automatycznego odszraniania uruchamiają cykl tylko wtedy, gdy jest potrzebny. Zbyt częste odszranianie może jednak wskazywać na problem z przepływem powietrza, ustawieniami, czujnikiem, montażem lub odprowadzaniem skroplin.

Śnieg nie szkodzi pompie, dopóki nie blokuje powietrza

Zimowe opady śniegu nie powinny zatrzymać prawidłowo zamontowanej pompy. Jednostka zewnętrzna potrzebuje jednak stałego, swobodnego przepływu dużej ilości powietrza.

Problemy mogą pojawić się, gdy:

• wlot lub wylot zostanie zasypany,

• jednostkę zamontowano zbyt nisko nad ziemią,

• przed wentylatorem powstanie zaspa,

• woda z odszraniania zamarza bezpośrednio pod urządzeniem,

• śnieg lub lód spada z dachu,

• pompę osłonięto szczelną zabudową,

• wokół jednostki ustawiono rośliny, meble lub inne przeszkody.

Nie należy samodzielnie skuwać lodu z wymiennika ostrym narzędziem. Łatwo w ten sposób uszkodzić cienkie lamele lub przewody z czynnikiem chłodniczym.

Ochrona pompy ciepła polega przede wszystkim na prawidłowym posadowieniu, zapewnieniu wymaganych odległości i dobrym odprowadzeniu wody. Badania urządzeń pracujących w zimnym klimacie analizują wpływ oszronienia, śniegu, ogrzewania tacy ociekowej oraz defrostu na rzeczywistą efektywność całego systemu.

Czy grzałka elektryczna oznacza źle dobraną pompę?

Nie. Grzałka jest normalnym elementem wielu systemów pomp ciepła.

Może:

• uzupełniać brakującą moc podczas ekstremalnego mrozu,

• wspierać przygotowanie ciepłej wody,

• pomagać przy podnoszeniu temperatury zasobnika,

• zabezpieczać instalację w sytuacji awaryjnej,

• wspierać urządzenie podczas szczególnych warunków pracy.

Ważnym pojęciem jest punkt biwalentny. To temperatura zewnętrzna, poniżej której sama pompa nie pokrywa już całkowitego zapotrzebowania budynku.

Przykładowo system może zostać zaprojektowany tak, aby pompa samodzielnie ogrzewała dom do –12°C. Poniżej tej temperatury brakującą moc zapewnia grzałka.

Jeżeli przy –18°C brakuje 2 kW mocy, a sytuacja trwa 50 godzin w sezonie, grzałka zużyje w uproszczeniu około:

2 kW × 50 godzin = 100 kWh energii.

Zakup znacznie większej pompy tylko po to, aby uniknąć tych 100 kWh, nie zawsze będzie opłacalny.

Niepokojąca jest natomiast sytuacja, gdy grzałka uruchamia się już przy lekkim mrozie albo działa przez znaczną część zimowego sezonu grzewczego. Wtedy należy sprawdzić dobór urządzenia, ustawienia automatyki, przepływy i temperaturę zasilania.

Ogrzewanie podłogowe pomaga utrzymać wysoką efektywność

Pompa ciepła osiąga najlepszą sprawność, gdy nie musi przygotowywać bardzo gorącej wody.

Ogrzewanie podłogowe może w wielu budynkach pracować z temperaturą zasilania około 28–35°C. Starsze grzejniki projektowane dla kotła mogą podczas mrozu wymagać 50–60°C lub więcej.

Im wyższa temperatura wody, tym większą pracę musi wykonać sprężarka. W efekcie spada COP, a zużycie energii rośnie.

Nie oznacza to, że pompy ciepła nie nadają się do domów z grzejnikami. Nowoczesne urządzenia wysokotemperaturowe mogą przygotowywać wodę o temperaturze 65–75°C. Przykładowo Daikin deklaruje dla Altherma 4 H możliwość uzyskania wody do 75°C. Trzeba jednak sprawdzić efektywność urządzenia przy rzeczywistej temperaturze wymaganej przez instalację, a nie tylko maksymalny parametr techniczny.

Czasami zamiast kupować większą pompę bardziej opłaca się:

• wymienić kilka za małych grzejników,

• zwiększyć powierzchnię odbiorników,

• poprawić izolację budynku,

• wyregulować instalację,

• obniżyć temperaturę zasilania.

Czy pompa gruntowa lepiej radzi sobie w zimie?

Pompa ciepła gruntowa ma stabilniejsze warunki pracy niż urządzenie pobierające energię z powietrza. Temperatura dolnego źródła w gruncie nie zmienia się tak gwałtownie jak temperatura powietrza.

Dzięki temu zimowe mrozy mają mniejszy wpływ na jej moc i efektywność. Pompa gruntowa nie posiada również typowego powietrznego wymiennika zewnętrznego, który musi być odszraniany.

W instalacji dolnego źródła zazwyczaj krąży płyn niezamarzający, np. odpowiednio dobrany roztwór glikolu. Pobiera on energię z odwiertów pionowych albo kolektora poziomego i przekazuje ją do pompy.

Urządzenia gruntowe mogą osiągać bardzo wysokie wartości SCOP. Producent NIBE podaje dla modelu S1256 sezonową efektywność do 6,22, zależnie od wersji i warunków obliczeniowych. Jest to parametr konkretnego modelu, a nie wynik gwarantowany w każdej instalacji.

Pompa gruntowa wymaga jednak większej inwestycji początkowej oraz wykonania dolnego źródła. Pompy ciepła powietrze–woda są prostsze w montażu i dlatego częściej stosuje się je przy modernizacji budynków.

Co naprawdę decyduje o rachunkach zimą?

Sama marka urządzenia nie przesądza o kosztach ogrzewania. Największy wpływ mają:

• Zapotrzebowanie budynku na ciepło.

• Rzeczywisty SCOP instalacji.

• Temperatura zasilania.

• Udział grzałki elektrycznej.

• Temperatura utrzymywana w domu.

• Ilość zużywanej ciepłej wody.

• Ustawienie krzywej grzewczej.

• Jakość montażu i regulacji.

• Warunki pogodowe.

• Cena energii elektrycznej.

Jeżeli dwa domy mają po 150 m², nie oznacza to, że potrzebują takiej samej pompy. Nowy, dobrze ocieplony budynek może wymagać przy silnym mrozie 5–6 kW. Starszy dom o tej samej powierzchni może potrzebować 12–15 kW albo więcej.

Dlatego dobór pompy ciepła wyłącznie na podstawie powierzchni jest błędem. Potrzebne jest obliczenie projektowego obciążenia cieplnego, najczęściej wykonywane w ramach OZC.

Jak przygotować pompę ciepła do zimowego sezonu grzewczego?

Przed zimą warto sprawdzić kilka elementów:

• drożność wlotu i wylotu powietrza,

• stan wymiennika zewnętrznego,

• odpływ wody z odszraniania,

• izolację przewodów,

• ciśnienie i przepływ w instalacji,

• stan filtrów oraz separatorów zanieczyszczeń,

• ustawienie krzywej grzewczej,

• historię błędów w sterowniku,

• działanie grzałki i zabezpieczeń,

• termin zalecanego serwisu.

W przypadku pompy monoblok szczególne znaczenie ma ochrona wodnego odcinka instalacji prowadzonego na zewnątrz. Dłuższa przerwa w zasilaniu i brak przepływu przy silnym mrozie mogą doprowadzić do zamarznięcia wody.

W zależności od projektu stosuje się między innymi:

• zawory antyzamrożeniowe,

• odpowiednio dobrany płyn niezamarzający,

• zasilanie awaryjne pomp obiegowych,

• zabezpieczenia automatyczne,

• właściwą izolację termiczną.

Nie ma jednego rozwiązania odpowiedniego dla każdej instalacji. Zabezpieczenie powinno być zgodne z dokumentacją producenta i projektem hydraulicznym.

Jak dobrać pompę, żeby działała stabilnie w zimie?

Przed zakupem należy sprawdzić:

• obciążenie cieplne budynku przy temperaturze projektowej,

• moc grzewczą pompy przy –7°C, –15°C i –20°C,

• COP w tych samych punktach,

• maksymalną temperaturę zasilania,

• zakres modulacji sprężarki,

• temperaturę graniczną pracy,

• punkt biwalentny,

• moc grzałki elektrycznej,

• sposób odszraniania,

• wymagania dotyczące jednostki zewnętrznej,

• dostępność serwisu.

Najlepsza pompa ciepła nie jest urządzeniem o największej mocy. Jest nią urządzenie dopasowane do zapotrzebowania budynku oraz parametrów instalacji.

Zbyt mała pompa będzie często korzystać z grzałki. Zbyt duża może taktować, czyli często włączać się i wyłączać podczas łagodniejszej pogody. Nadmierne przewymiarowanie podnosi koszt zakupu i może obniżyć efektywność pracy urządzenia. Departament Energii zwraca uwagę, że przewymiarowanie systemów grzewczych może prowadzić do częstszego taktowania, niższej efektywności i skrócenia trwałości urządzeń.

Pompa ciepła a program Czyste Powietrze

Osoby modernizujące istniejący dom mogą sprawdzić możliwość otrzymania dofinansowania z programu Czyste Powietrze.

W przypadku kwalifikowanych pomp ciepła powietrze–woda urządzenie musi znajdować się na liście ZUM w dniu wystawienia faktury lub równoważnego dokumentu. Zasady programu zmieniają się, dlatego przed zakupem należy sprawdzić aktualny regulamin, wymagania techniczne i warunki dochodowe.

Informacje o dostępnej pomocy można również znaleźć na stronie Czyste Powietrze EcoDOM.

Pompy ciepła w zimie – czy warto się ich obawiać?

Prawidłowo dobrana pompa ciepła nadal ogrzewa dom podczas mrozu. Sam fakt, że na zewnątrz jest –15°C albo –20°C, nie oznacza konieczności wyłączenia urządzenia.

Trzeba jednak realistycznie oceniać jego możliwości. Zimowe temperatury wpływają na moc, COP, częstotliwość odszraniania i udział grzałki. Dlatego nie wystarczy wybrać pompy, która według ulotki „pracuje do –25°C”.

Stabilna praca pompy zależy przede wszystkim od:

• prawidłowego OZC,

• analizy tabel mocy,

• właściwej temperatury zasilania,

• poprawnego montażu,

• ustawienia automatyki,

• przygotowania jednostki na śnieg i odszranianie.

Dobrze zaprojektowany system może zapewnić komfort przez cały zimowy sezon grzewczy, także podczas krótkotrwałych, silnych mrozów.

Dobierz pompę ciepła do rzeczywistych warunków

Nie wybieraj urządzenia wyłącznie na podstawie powierzchni domu lub mocy zapisanej w nazwie modelu. W EcoDOM przeanalizujemy zapotrzebowanie budynku, parametry instalacji i wydajność urządzenia przy niskiej temperaturze zewnętrznej.

Sprawdź ofertę pomp ciepła EcoDOM i skonsultuj dobór systemu, który poradzi sobie również podczas zimowych mrozów.

FAQ

Czy pompa ciepła działa przy –25°C?

Wybrane nowoczesne modele mogą pracować przy temperaturze około –25°C, a niektóre nawet przy –28°C. Graniczna temperatura pracy nie informuje jednak, jaką moc i COP urządzenie osiąga w takich warunkach.

Czy pompa ciepła przy dużym mrozie zużywa więcej prądu?

Zazwyczaj tak. Przy niższej temperaturze rośnie zapotrzebowanie budynku, a efektywność powietrznej pompy może spadać. Dodatkową energię zużywają cykle odszraniania oraz ewentualna grzałka.

Czy lód na jednostce zewnętrznej oznacza awarię?

Cienka warstwa szronu jest naturalna. Pompa powinna okresowo uruchomić automatyczne odszranianie. Problemem jest lód, który nie znika, narasta pod urządzeniem albo blokuje przepływ powietrza.

Jak często pompa uruchamia odszranianie?

Zależy to od temperatury, wilgotności, konstrukcji urządzenia i warunków montażu. Defrost może pojawiać się częściej przy wilgotnej pogodzie w pobliżu 0°C niż przy suchym, silnym mrozie.

Czy grzałka powinna włączać się zimą?

Okresowe uruchomienie grzałki podczas najniższych temperatur jest normalne. Jeżeli działa ona przez znaczną część sezonu, należy sprawdzić moc pompy, punkt biwalentny, ustawienia oraz zapotrzebowanie budynku.

Czy pompa gruntowa jest lepsza podczas mrozu?

Pompa gruntowa korzysta ze stabilniejszej temperatury dolnego źródła, dlatego mróz ma mniejszy wpływ na jej parametry. Jej montaż jest jednak droższy i wymaga wykonania odwiertów lub kolektora poziomego.

Czy śnieg może zatrzymać pompę ciepła?

Może ograniczyć jej pracę, jeżeli zasłoni wlot lub wylot powietrza. Jednostka powinna być zamontowana odpowiednio wysoko i w miejscu, w którym nie tworzą się zaspy ani nie spada śnieg z dachu.