Jak zwiększyć efektywność pompy ciepła
Jak zbudowana jest pompa ciepła o wysokiej efektywności energetycznej?
Jaki jest wpływ komponentów pompy ciepła na jej efektywność energetyczną?
Jakie efektywności energetyczne uzyskują oferowane na rynku pompy ciepła?
Wydanie 1/2016
25.08.2016
www.eko-blog.pl www.vaillant.pl
2
Efektywność pracy pompy ciepła
Pompa ciepła należy do najbardziej efektywnych energetycznie urządzeń grzewczych
dzięki wykorzystaniu energii odnawialnej – ciepła zawartego w powietrzu, gruncie lub
wodzie. Efektywność energetyczna wyrażona współczynnikiem efektywności COP,
wskazująca na chwilową efektywność 5,1 oznacza że na każdy 1 kW zużywanej chwilowo
energii elektrycznej uzyskuje się na zasilaniu z pompy ciepła 5,1 kW ciepła.
Współczynnik SCOP wskazuje na efektywność
energetyczną obliczaną dla całego roku pracy
pompy ciepła. W przypadku pomp ciepła powietrze/
woda jest on zwykle wyższy od wartości COP.
3
Jakie efektywności uzyskują pompy ciepła
na rynku europejskim?
Efektywność COP = 4,22 pomp ciepła typoszeregu flexoTHERM i flexoCOMPACT
(np. VWF 57/4 w wersji powietrze/woda) produkowanych przez firmę Vaillant, należy do
jednej z najwyższych na tle rankingu 927 pomp ciepła typu powietrze/woda. Efektywność
tego rzędu uzyskuje jedynie 6% oferowanych na rynku pomp ciepła.
Wymagana minimalna efektywność COP w punkcie pracy A2/W35 (powietrze 2oC / woda
35oC) wynosi 3,10 (zgodnie z decyzją 2007/742/WE KE). Średnia wartość COP dla pomp
ciepła z listy BAFA wynosi 3,55. Lista BAFA to wykaz znacznej części oferowanych na rynku
europejskim pomp ciepła. Lista jest tworzona przez agencję rządową BAFA w Niemczech
i jest pomocna m.in. w przyznawaniu dofinansowania na tym rynku na zakup pomp ciepła
o potwierdzonych parametrach pracy.
Pełne zestawienie
4
Ranking efektywności pomp ciepła
powietrze/woda na podstawie listy BAFA W
spółc
zynnik
CO
P (
A2/W
35)
COP = 3,00÷3,30
22% pomp ciepła
z listy BAFA
COP = 3,31÷3,80
57% pomp ciepła
z listy BAFA
COP = 3,81÷4,10
15% pomp ciepła
z listy BAFA
maks. COP = 4,43
min. COP = 3,10
śr. COP = 3,55
COP = 4,11÷4,50
6% pomp ciepła
z listy BAFA
Vaillant flexoTHERM exclusive VWF 57/4 + aroCOLECT CWL 11/4 SA , COP = 4,22
Zestawienie współczynników COP
dla 927 powietrznych pomp ciepła
(wg listy BAFA, 12.12.2014)
5
Pompy ciepła powietrze/woda z obiegiem
glikolowym w jednostce zewnętrznej
Vaillant
flexoCOMPACT exclusiv
5,3 do 11,2 kW (B0/W35)
lub 6,2 do 11,5 kW (A2/W35)
Vaillant
flexoTHERM exclusiv
5,3 do 19,7 kW (B0/W35)
lub 6,2 do 19,8 kW (A2/W35)
Pompy ciepła flexoTHERM przeznaczone są do ogrzewania budynku i współpracy
z zewnętrznym podgrzewaczem wody, a flexoCOMPACT zawierają już wbudowany
integralnie podgrzewacz wody użytkowej pojemności 185 litrów.
6
Pompa ciepła dla zastosowanie dowolnego
dolnego źródła ciepła
Cechą szczególną pomp ciepła flexoTHERM oraz flexoCOMPACT jest możliwość
współpracy z dowolnie wybranym dolnym źródłem ciepła. Konstrukcyjnie jest to ta sama
pompa ciepła, która może współpracować z wymiennikiem ciepła typu powietrze/glikol
(aroCOLLECT) lub wymiennikiem ciepła woda/woda (fluoCOLLECT).
Powietrze/woda Solanka/woda
(kolektor poziomy)
Solanka/woda
(sondy pionowe)
Woda/woda
(studnie)
7
Czynniki wpływające na uzyskiwanie wysokiej
efektywności pracy przez pompę ciepła
Na uzyskiwanie wysokiej efektywności pracy przez pompę ciepła wpływa cały szereg
czynników związanych z jej konstrukcją, zastosowanymi komponentami oraz rodzajem
sterowania. Znaczący wpływ odgrywa rodzaj sprężarki (typu Scroll EVI w pompach ciepła
flexoTHERM/flexoCOMPACT), skraplacza, parownika, czy wentylatorów powietrza.
Jakie jeszcze czynniki odgrywają wpływ
na efektywność pracy pompy ciepła?
Warto poznać kilka wybranych istotnych
cech budowy pomp ciepła o wysokiej
efektywności pracy, na przykładzie pomp
typoszeregu fexoTHERM/flexoCOMPACT.
7 czynników wpływających na
efektywność pracy pomp ciepła
7
8
1. Współpraca z systemem ogrzewania
bezpośrednio, bez zbiornika buforowego (1/2)
Nowoczesne pompy ciepła wyposażone
w sprężarki inwerterowe mogą w szerokim
zakresie płynnie regulować wydajność
grzewczą lub chłodniczą. W odróżnieniu
od pomp ciepła ze sprężarkami typu
„ON-OFF”, w wielu przypadkach pompy
ciepła ze sprężarkami inwerterowymi nie
wymagają stosowania zbiorników
buforowych (dla akumulacji nadwyżek
ciepła i zapewnienia minimalnych czasów
pracy sprężarki).
Współpraca z systemem ogrzewania
bezpośrednio, bez zbiornika buforowego
1
9
1. Współpraca z systemem ogrzewania
bezpośrednio, bez zbiornika buforowego (2/2)
niższe koszty inwestycyjne, a także serwisowe
niższe koszty eksploatacyjne ze względu na brak dodatkowej pompy obiegowej
niższe koszty eksploatacyjne dzięki eliminacji strat ciepła ze zbiornika buforowego
oszczędność miejsca zabudowy w pomieszczeniu z pompą ciepła
Współpraca z systemem ogrzewania bez zbiornika buforowego Jakie korzyści?
Straty ciepła zbiornika
buforowego o pojemności
300 litrów mogą wynosić
1,5 do 2,0 kWh na dobę.
Brak zbiornika buforowego,
w skali sezonu grzewczego
(~220 dni) może oznaczać,
że obniżenie kosztów
eksploatacji wyniesie nawet
250 zł/rok
(0,58 zł/kWh, taryfa G11) VWZ MPS 40
(40 litrów)
Wymagane mogą być
jedynie zbiorniki buforowe
małej pojemności z uwagi
na zapewnienie minimalnego
natężenia przepływu wody
grzewczej, oddzielenie
hydrauliczne instalacji
grzewczej oraz ograniczenie
wpływu trybu rozmrażania
na pracę systemu
grzewczego.
10
2. Płynna regulacja pracy pompy obiegowej
po stronie wody grzewczej (1/2)
Pompa obiegowa wody grzewczej
wbudowana w pompie ciepła dostosowuje
automatycznie punkt pracy do różnicy
ciśnienia (oporów przepływu) w instalacji
grzewczej. Zmniejszanie natężenia
przepływu wody w instalacji grzewczej
przez zawory regulacyjne (np. przy
grzejnikach lub na pętlach ogrzewania
podłogowego) powoduje wzrost różnicy
ciśnienia w instalacji pompa obiegowa
zmniejsza swoją wydajność.
Wysokoefektywna pompa obiegowa
klasy „A” cechuje się znacznie niższym
zużyciem energii elektrycznej. Tradycyjne
pompy (klasy „D”) zużywały około 23
razy więcej energii w skali roku.
Płynna regulacja pracy pompy obiegowej
po stronie wody grzewczej
2
11
niższe koszty eksploatacji z uwagi wysoką klasę efektywności energetycznej pompy obiegowej
niższe koszty eksploatacji dzięki utrzymaniu optymalnej różnicy temperatury zasilania i powrotu
cicha praca instalacji grzewczej, dzięki płynnej regulacji natężenia przepływu wody grzewczej
2. Płynna regulacja pracy pompy obiegowej
po stronie wody grzewczej (2/2)
Czas pracy pompy
obiegowej wody grzewczej
przekracza 2000 godzin
rocznie, co wpływa na
sumę kosztów eksploatacji
pompy ciepła
Płynna regulacja wydajności pompy obiegowej wody grzewczej Jakie korzyści?
Zastosowanie tzw. pompy
obiegowej wysokoefektywnej
w porównaniu do pompy
o stopniowej regulacji
obrotów, pozwala 23 krotnie
obniżyć roczne zużycie
energii elektrycznej, co może
oznaczać oszczędności
około 150200 zł/rok
(0,58 zł/kWh, taryfa G11)
Zmniejszenie odbioru ciepła Przymykanie zaworu regulacyjnego
Zmniejszenie wydajności pompy obiegowej i natężenia przepływu
12
3. Ograniczenie pracy pompy obiegowej
w trakcie postoju sprężarki (1/2)
Pompa obiegowa instalacji grzewczej
wbudowana w pompie ciepła pracuje
z płynnie regulowaną wydajnością, aby
zapewnić wymagane w danej chwili
natężenie przepływu wody grzewczej.
Jeżeli ilość ciepła dostarczanego dla
potrzeb ogrzewania budynku będzie
wystarczająca, to sprężarka pompy ciepła
będzie wyłączana z pracy. W takim stanie
roboczym, wydajność pompy obiegowej
wody grzewczej będzie obniżana do 30%
wydajności maksymalnej, co obniży
zużycie energii elektrycznej.
Ograniczenie pracy pompy obiegowej
w trakcie postoju sprężarki
3
Wyłączenie sprężarki OFF
Wydajność pompy obiegowej = 30%
13
3. Ograniczenie pracy pompy obiegowej
w trakcie postoju sprężarki (2/2)
Czas wyłączenia sprężarki i tym samym obniżenie
wydajności pompy obiegowej zależnie od nastaw sterownika
wynosi min. 7 minut ( instrukcja instalacji flexoTHERM)
obniżenie zużycia energii elektrycznej przez pompę obiegową
obniżenie kosztów eksploatacyjnych całego systemu z pompą ciepła
obniżenie poziomu szumów w pracy instalacji grzewczej (niższe natężenia przepływu)
Ograniczenie pracy pompy obiegowej w trakcie postoju sprężarki Jakie korzyści?
Zmniejszanie wydajności
pracy pompy obiegowej
podczas postoju sprężarki
może w skali sezonu
grzewczego (~220 dni)
obniżać zużycie energii
elektrycznej przez pompę
o ok. 40%, co powinno
oznaczać obniżenie kosztów
pracy o ok. 3040 zł/rok
(0,58 zł/kWh, taryfa G11)
Mo
c s
prę
ża
rki P
om
pa
obie
go
wa
Z
asila
nie
in
sta
lacji
Praca sprężarki
Wydajność pompy obiegowej
100%
30% 30%
Temperatura zasilania
OFF OFF OFF
30%
100%
14
4. Brak strat ciepła na zewnątrz budynku
z jednostki zewnętrznej pompy ciepła (1/2)
Czynnik chłodniczy
(np. R410A)
Woda
grzewcza
Czynnik chłodniczy
(np. R410A)
Woda
grzewcza
Brak strat ciepła na zewnątrz budynku
z jednostki zewnętrznej pompy ciepła
4
Glikol
Jednostka zewnętrzna pomp ciepła
flexoTHERM/flexoCOMPACT nie jest
połączona jak w tradycyjnych pompach
ciepła typu Split przewodami z czynnikiem
chłodniczym (np. R410A). Pomiędzy
jednostkami krąży glikol (nazywany
potocznie solanką). Cała praca obiegu
pompy ciepła odbywa się w jednostce
wewnętrznej umieszczonej w budynku.
Standard Split flexoTHERM
flexoCOMPACT
15
4. Brak strat ciepła na zewnątrz budynku
z jednostki zewnętrznej pompy ciepła (2/2)
Jednostka zewnętrzna pompy ciepła jest wymiennikiem
ciepła powietrze/glikol. Rury łączące obydwie jednostki
wykonane są z polietylenu PE i podczas montażu nie zachodzi
potrzeba ingerencji w układ chłodniczy pompy ciepła. Wpływa
to znacząco na czas i koszty prac montażowych.
ograniczenie strat cieplnych dzięki umieszczeniu obiegu chłodniczego w jednostce wewnętrznej
maksymalne ułatwienie prac instalacyjnych – brak ingerencji w układ chłodniczy pompy ciepła
zmniejszona ilość czynnika chłodniczego brak formalności zgodnie z tzw. ustawą f-gazową
możliwość znacznego oddalenia od siebie jednostek pompy ciepła – nawet 30 metrów
Brak strat ciepła na zewnątrz budynku z jednostki zewnętrznej Jakie korzyści?
Zastosowanie glikolu
zamiast tradycyjnego
czynnika chłodniczego
eliminuje straty ciepła
z obiegu chłodniczego pompy
ciepła poza budynkiem (jak
w standardowym rozwiązaniu
pomp ciepła typu Split)
16
Jednostka zewnętrzna (aroCOLLECT)
spełnia funkcję wymiennika ciepła, gdzie
glikol odbiera ciepło z powietrza. Obieg
pompy ciepła mieści się w całości
w jednostce wewnętrznej w budynku.
Umieszczenie sprężarki w jednostce
wewnętrznej pompy ciepła eliminuje
potrzeby energii w trybie postoju
(Standby). W tradycyjnych rozwiązaniach
pomp ciepła typu Split, w miesiącach
zimowych olej może wymagać podgrzewu
w tzw. karterze sprężarki, aby zapewnić
jego odpowiednie właściwości przy
rozruchu w ujemnych temperaturach.
Niska temperatura oleju sprzyja jego
pienieniu oraz łączeniu (absorbcji)
z czynnikiem ziębniczym co ogranicza
zdolności smarowania sprężarki.
Brak dodatkowych potrzeb energii
dla jednostki zewnętrznej w trybie
postoju (Standby)
5
5. Brak dodatkowych potrzeb energii jednostki
zewnętrznej w trybie postoju (Standby) (1/2)
17
5. Brak dodatkowych potrzeb energii jednostki
zewnętrznej w trybie postoju (Standby) (2/2)
Sprężarka umieszczona w jednostce wewnętrznej
aroCOLLECT nie wymaga dodatkowych nakładów energii
elektrycznej dla podgrzewania oleju zawartego
w czynniku ziębniczym.
brak potrzeb energii jednostki zewnętrznej w trybie postoju podwyższa efektywność roczną
(SCOP) pompy ciepła
zabudowa sprężarki wewnątrz budynku zmniejsza straty ciepła z układu pompy ciepła
korzystne warunki smarowania wpływają korzystnie na niezawodność i trwałość sprężarki
Brak potrzeb energii w jednostki zewnętrznej w trybie postoju Jakie korzyści?
Element grzejny stosowany
w karterze (misce) sprężarki
posiada zwykle moc rzędu
50 W. Jest stosowany dla
pomp ciepła przeznaczonych
do pracy przy niskich
temperaturach zewnętrznych
Woda
grzewcza
Jednostka
zewnętrzna
Glikol
18
6. Pasywne lub aktywne rozmrażanie
wymiennika ciepła powietrze/glikol (1/2)
Skłonność do zamrażania powierzchni
wymiennika ciepła jednostki zewnętrznej
(aroCOLLECT) jest zdecydowanie niższa
w porównaniu do standardowych
parowników pomp ciepła typu SPLIT,
gdzie następuje przemiana fazowa
(odparowanie w niskiej ujemnej
temperaturze czynnika ziębniczego) i silne
schłodzenie powierzchni wymiennika.
Glikol pracuje w obiegu pomiędzy
jednostkami przy wyższych temperaturach
przez co oblodzenie występuje przez
krótszy czas i jest przeważnie lekkie.
Do temperatury powietrza +5 oC, zwykle
wystarcza rozmrażanie pasywne samym
powietrzem atmosferycznym.
Pasywne lub aktywne rozmrażanie
wymiennika ciepła powietrze/glikol
6
!
19
możliwość pasywnego rozmrażania wymiennika ciepła zmniejsza zużycie energii elektrycznej
zastosowanie glikolu ogranicza warunki obladzania wymiennika ciepła w porównaniu
do tradycyjnych parowników pomp ciepła typu Split (z czynnikiem ziębniczym)
zmniejszone oblodzenie zapewnia efektywny odbiór ciepła i niskie opory przepływu powietrza
Pasywne lub aktywne rozmrażanie wymiennika ciepła powietrze/glikol Jakie korzyści?
Rozmrażanie pasywne jest
realizowane gdy temperatura
powietrza wynosi min. + 5 oC.
Będzie ono wymagane
zwykle w zakresie
temperatury +5 do +10 oC.
Rozmrażanie aktywne będzie
uruchamiane poniżej + 5 oC
a wymagany czas pracy
wynosi zwykle kilka minut.
6. Pasywne lub aktywne rozmrażanie
wymiennika ciepła powietrze/glikol (2/2)
Jeżeli rozmrażanie pasywne (samym powietrzem) nie będzie
wystarczające dla wymiennika ciepła powietrze/glikol, to
zostaje włączony tryb rozmrażania aktywnego i dodatkowo
glikol jest podgrzewany chwilowo przez wbudowany
przepływowy podgrzewacz elektryczny o mocy 6 kW.
6 kW
20
Wymiennik ciepła powietrze/glikol
(aroCOLLECT) dla skutecznego odbioru
ciepła zbudowany jest z rur miedzianych
i posiada rozwiniętą powierzchnię lamel
wykonanych z płytek aluminiowych
pokrytych specjalną niebieską powłoką.
Celem jest zapewnienie szybkiego
spływania kropel powstających w wyniku
wykraplania wilgoci podczas schładzania
powietrza.
Wymiennik ciepła powietrze/glikol
z rozwiniętą powierzchnią wymiany
ciepła i specjalną powłoką
7
7. Wymiennik ciepła z rozwiniętą powierzchnią
wymiany ciepła i specjalną powłoką (1/2)
21
Specjalna gładka powłoka na powierzchni wymiennika,
a także względnie duża odległość pomiędzy lamelami
wymiennika (> 2 mm) ogranicza możliwość zalegania kropel
kondensatu na powierzchni lamel.
wysoka skuteczność w pozyskiwaniu ciepła z powietrza i niski poziom hałasu podczas pracy
obniżona skłonność do powstawania szronu z uwagi na szybkie spływanie kropel kondensatu
obniżone opory przepływu powietrza i niższe zużycie energii elektrycznej przez wentylator
odporność powierzchni na działanie wilgoci i soli (np. warunki pracy w strefie nadmorskiej)
Rozwinięta powierzchnia wymiennika ciepła ze specjalną powłoką Jakie korzyści?
Ograniczenie czasu pracy
pompy ciepła w trybie
rozmrażania wymiennika
ciepła powietrze/glikol
wpływa bezpośrednio
na obniżenie kosztów
eksploatacyjnych.
7. Wymiennik ciepła z rozwiniętą powierzchnią
wymiany ciepła i specjalną powłoką (2/2)
zoom
22
Podsumowanie
Uzyskanie niskich kosztów eksploatacyjnych pompy ciepła jest zależne zarówno od
zastosowania wysokoefektywnego urządzenia, jak również od projektu i budowy całego
systemu grzewczego z pompą ciepła. Dotyczy to m.in. wspomnianej kwestii zastosowania
zbiornika buforowego wody grzewczej. Nie można zapominać o zapewnieniu odpowiednich
warunków pracy dla jednostki zewnętrznej w szczególności prawidłowego przepływu
powietrza. Wpływ odgrywa tutaj odległość od przeszkód (ściana, ogrodzenie itp.), która
powinna wynosić min. 0,5 m (odległość tylnej ściany jednostki zewnętrznej od budynku)
Równie istotna jest odległość od poziomu terenu ze względu na usuwanie śniegu
i lodu, który nie powinien utrudniać dostępu powietrza do jednostki zewnętrznej.
! !
Chłodzenie
Ogrzewanie
Energia odnawialna
Kotły gazowe
Kotły olejowe
Pompy ciepła
Kolektory słoneczne
Systemy wentylacji
www.eko-blog.pl www.vaillant.pl
Top Related