Wydajność pompy ciepła: co nam mówi
Poproś o konsultacjęJeśli chodzi o ocenę wydajności systemu grzewczego, sprawność odgrywa ważną rolę. Rozumiemy przez to, jaka część dostarczanej energii może zostać faktycznie wykorzystana. Podczas gdy olejowe i gazowe systemy grzewcze osiągają wyniki poniżej 100%, wydajność pompy ciepła jest często znacznie wyższa. Poniżej wyjaśniamy, dlaczego tak jest i jak można poprawić wydajność pompy ciepła.
Standardowy wskaźnik sprawności systemu grzewczego
Wartość η (eta) jest obliczana w celu opisania wydajności procesów i maszyn. Jest ona wyrażana w procentach i zależy od energii wejściowej i użytecznej energii wyjściowej. Im wyższa wartość, tym wydajniej działa system. Wartość 100% jest idealna, ponieważ wtedy cała dostarczana energia może być faktycznie wykorzystana.
Przykład systemu ogrzewania gazowego: Jeśli do palnika dopływa gaz o wartości energetycznej 100 kilowatogodzin, a 95 kilowatogodzin może zostać faktycznie wykorzystane w systemie grzewczym, sprawność wynosi 95% (η = 95/100 * 100 = 95%). Pozostałe 5% to straty występujące w generatorze ciepła.
Wydajność przekraczająca 100%
W przeciwieństwie do gazowych systemów grzewczych, sprawność pomp ciepła może znacznie przekraczać 100%. W zależności od konfiguracji, możliwe jest osiągnięcie sprawności na poziomie od 300 do 500%. Wprowadzona energia nie jest po prostu mnożona jak za dotknięciem czarodziejskiej różdżki - wysoką wartość można wyjaśnić sposobem działania pomp ciepła i wybranymi wartościami referencyjnymi.
Tryb pracy pompy ciepła zapewnia wysokie wartości wydajności
Pompy ciepła przenoszą energię środowiskową z powietrza, gruntu lub wody do specjalnego medium - czynnika chłodniczego, który paruje w tym procesie. Napędzana elektrycznie sprężarka podnosi ciśnienie czynnika chłodniczego, powodując wzrost jego temperatury. Wytworzone ciepło jest przekazywane do wody grzewczej. Można to wyrazić następującym wzorem:
- Energia grzewcza = energia środowiska + energia elektryczna
Jeśli chodzi o wydajność pompy ciepła, zazwyczaj bierzemy pod uwagę tylko energię elektryczną zużywaną przez sprężarkę i wytwarzaną energię grzewczą. Energia środowiskowa, która jest dostarczana do procesu w innym miejscu bez żadnych kosztów, nie jest brana pod uwagę. Skutkuje to następującym wzorem na wydajność pompy ciepła:
- Wydajność pompy ciepła = energia elektryczna na wejściu / energia grzewcza na wyjściu
Wybór wartości referencyjnych zazwyczaj skutkuje sprawnością większą niż 100%.
Teoria: Efektywność Carnota pomp ciepła
Eksperci mówią również o sprawności Carnota lub współczynniku Carnota, jeśli chodzi o pompy ciepła. Ta teoretyczna wartość oznacza maksymalną możliwą wydajność idealnego cyklu. Cykl to powtarzający się proces, w którym pompa ciepła wykorzystuje energię z otoczenia do ogrzewania (odparowywanie, sprężanie, skraplanie, rozprężanie, ponowne odparowywanie czynnika chłodniczego itp.) Temperatury źródła ciepła i systemu grzewczego w Kelwinach są wykorzystywane do obliczania współczynnika Carnota zgodnie z poniższym wzorem:
- Sprawność Carnota = temperatura przepływu / (temperatura przepływu - temperatura źródła energii otoczenia)
Ważne jest, aby określić wartości w Kelwinach. W tym celu do temperatury w stopniach Celsjusza dodaje się 273 (temperatura w stopniach Celsjusza + 273 = temperatura w Kelwinach).
Ogólnie rzecz biorąc, wynik nie będzie miał większego znaczenia dla przeciętnego konsumenta. Można go jednak wykorzystać do określenia minimalnej ilości energii elektrycznej do wykorzystania w panujących warunkach. Ponieważ straty występują w różnych punktach procesu, zapotrzebowanie na moc jest zwykle wyższe w praktyce. Jednak nigdy nie jest ono niższe niż wartość obliczona przy użyciu wzoru na sprawność Carnota pompy ciepła.
Wydajność pompy ciepła: porównanie według źródła ciepła
Współczynnik Carnota pokazuje, że wydajność pompy ciepła zależy od warunków temperaturowych. Im mniejsza różnica między temperaturą źródła i temperaturą zasilania, tym wyższa wydajność. Wynika to z faktu, że sprężarka musi wykonać mniej pracy, aby podnieść temperaturę energii otoczenia do poziomu użytkowego. Zużycie energii przez pompę ciepła spada, a wydajność wzrasta.
Jeśli chodzi o ogrzewanie budynku, pozwala to również na wyciągnięcie innego wniosku: przy zachowaniu wszystkich innych właściwości, wydajność zależy od wykorzystywanej energii środowiskowej, szczególnie w zimie. Poniższa tabela przedstawia porównanie pomp ciepła powietrze/woda i solanka/woda.
Porównanie pokazuje, że wydajność powietrznej pompy ciepła jest niższa zimą, ponieważ system wykorzystuje wtedy zimniejsze źródło energii. Pompy ciepła solanka/woda, które pobierają ciepło z gruntu, wypadają lepiej w porównaniu, ponieważ różnica między temperaturą źródła a temperaturą zasilania jest mniejsza w sezonie grzewczym. Obala to mit, że pompy ciepła nie działają dobrze zimą.
Alternatywne wskaźniki ekologicznej efektywności ogrzewania
Oprócz wydajności pompy ciepła istnieje szereg innych parametrów informacyjnych. Oto przegląd najważniejszych z nich:
- COP: Współczynnik wydajności (COP) wskazuje wydajność w określonym punkcie (przykład: temperatura powietrza 2°C i temperatura zasilania 35°C). Jest on określany na stanowisku testowym poprzez podzielenie mocy grzewczej przez zastosowaną moc elektryczną.
- SCOP: Podobnie jak COP, sezonowy współczynnik wydajności (SCOP) jest również określany na stanowisku testowym. Bierze on jednak pod uwagę wydajność w różnych warunkach klimatycznych i dlatego jest jeszcze bardziej pouczający.
- Roczny COP: Podobnie jak efektywność, COP i SCOP, roczny współczynnik wydajności pompy ciepła przedstawia korzyści i koszty względem siebie. Jednak w tym przypadku istotne są zmierzone ilości energii (przenoszone ciepło i zużycie energii), dlatego wartość ta pozwala nam wyciągnąć wnioski na temat wydajności podczas pracy.
- ETAs: Sezonowa efektywność energetyczna ogrzewania pomieszczeń (ETAs) uwzględnia również współczynnik energii pierwotnej zużytej energii, który należy podzielić przez SCOP, aby określić wartość ETAs. Jest to szczególnie ważne w przypadku dotacji do pomp ciepła, ponieważ należy przestrzegać określonych limitów ETAs.
Porady ekspertów dotyczące poprawy wydajności pomp ciepła
Jeśli wydajność pompy ciepła jest niska, potrzebne będzie więcej energii elektrycznej, a koszty ogrzewania wzrosną. Aby temu zapobiec, należy zoptymalizować wydajność już na etapie projektowania. Celem wszystkich takich działań jest utrzymanie różnicy temperatur między źródłem ciepła a przepływem na jak najniższym poziomie. Dostępne są następujące opcje:
- Wybór najbardziej opłacalnego źródła ciepła: Jeśli do wyboru jest kilka źródeł ciepła, najcieplejsze z nich zapewni najwyższą wydajność, przy założeniu, że wszystkie inne elementy są takie same. Gruntowe pompy ciepła są zatem bardziej wydajne niż powietrzne pompy ciepła.
- Zainstaluj duże powierzchnie grzewcze: Po określeniu rodzaju źródła ciepła, w wielu przypadkach można obniżyć temperaturę zasilania. W tym celu szczególnie skuteczna jest instalacja dużych grzejników, grzejników niskotemperaturowych lub systemów ogrzewania powierzchniowego. Jeśli kwalifikujesz się do dotacji na pompę ciepła, możesz uwzględnić koszty powierzchni grzewczych.
- Optymalizacja systemu ogrzewania: Optymalizacja dystrybucji ciepła również pomoże poprawić wydajność pompy ciepła. Można to osiągnąć na przykład poprzez równoważenie hydrauliczne, które zmniejsza temperaturę zasilania. Jeśli korzystasz już z pompy ciepła, rząd oferuje dotację na optymalizację systemu grzewczego.
- Dostosuj ustawienia pompy ciepła: Jeśli system grzewczy jest sterowany w zależności od temperatury zewnętrznej, można również zoptymalizować wydajność, dostosowując krzywą grzewczą. Określa ona, jak wysoka musi być temperatura zasilania przy różnych temperaturach zewnętrznych. W przypadku sterowania zależnego od temperatury w pomieszczeniu pomaga to zoptymalizować temperaturę w pomieszczeniu.
Oprócz modernizacji systemu grzewczego można również przeprowadzić działania izolacyjne lub wymienić okna. Zmniejszy to zapotrzebowanie na ciepło i pozwoli obniżyć temperaturę zasilania. Jednak w porównaniu z pracami nad systemem grzewczym, wysiłek i koszty z tym związane są zwykle wyższe.