Największe badania przeprowadzono w Niemczech, Francji, Szwajcarii, Wielkiej Brytanii, Austrii i Holandii. Najdłużej, bo od 20 lat, trwa seria badań prowadzona w ramach kolejnych projektów przez instytut Fraunhofer ISE w Niemczech. Przeanalizowano w nim 1023 pompy ciepła, powietrzne i gruntowe. Badania potwierdzają, że poprawnie zainstalowane pompy ciepła sprawdzają się dobrze w każdych warunkach działania w terenie.
Pompy gruntowe – najbardziej efektywne, ale i najdroższe
- Efektywność pompy ciepła to stosunek dostarczonego ciepła do potrzebnej w tym celu energii elektrycznej. Różnica względem wartości uzyskiwanych w laboratoriach (SCOP) jest zasadnicza. Rzeczywisty roczny współczynnik efektywności SPF (Seasonal Performance Factor) opiera się zawsze na danych zmierzonych w trakcie rzeczywistej pracy pompy ciepła w budynku, najczęściej z całego roku pracy instalacji. Upraszczając, SPF to stosunek energii cieplnej, która powstaje w danym okresie (np. roku) z jednej jednostki energii elektrycznej (zasilanie) - wyjaśnia dr Marek Miara z Heat Pumps Watch.
Badania pokazują, że najlepiej sprawdzają się pompy ciepła wykorzystujące grunt jako źródło ciepła. Pompy gruntowe osiągają średnią efektywność na poziomie 4,2, o punkt wyżej niż instalacje powietrzne. Grunt (najczęściej wykorzystywany za pomocą sond pionowych lub kolektorów poziomych) w chłodnych miesiącach ma po prostu wyższą temperaturę niż powietrze zewnętrzne, więc pompa ciepła ma lepsze warunki do efektywnego działania. Taka instalacja ma o ok. 25 proc. niższe koszty eksploatacji, niż pompa powietrzna, jednak trzeba pamiętać o wyższych kosztach inwestycyjnych.
Dokładne dopasowanie temperatury grzania to duże oszczędności
Badania pokazują, że największy potencjał poprawy efektywności pompy ciepła tkwi w starannym ustawieniu i późniejszym doregulowaniu sterownika ogrzewania. Kluczowym parametrem jest tu krzywa grzewcza, czyli ustawienie, które określa, jaką temperaturę zasilania ma zapewniać ogrzewanie przy danej temperaturze na zewnątrz. Jej wpływ da się oszacować liczbowo. Reguła, potwierdzona zarówno pomiarami, jak i symulacjami, jest prosta. Obniżenie krzywej grzewczej o 1°C (bez zmiany jej nachylenia) poprawia efektywność instalacji o około 0,1. Przykładowo: przy zasilaniu na poziomie 50°C pompa może osiągać COP (stosunek wytworzonego ciepła do zużytej energii elektrycznej) około 2,8-3,0, przy 45°C około 3,2-3,5, przy 35°C nawet 4,0-5,0.
W przeliczeniu na koszty dla przeciętnego domu w Polsce 1 punkt COP więcej (np. 3,0 na 4,0) przekłada się na oszczędność rzędu 1200 zł rocznie. Działa to też w drugą stronę. Źle dobrane nastawy oznaczają niższą efektywność i niepotrzebne zużycie prądu.
Pompy ciepła sprawdzają się także w starych budynkach z grzejnikami
- Z przeprowadzonych badań płynie kolejny wspólny wniosek - powietrzne pompy ciepła dobrze sprawdzają się nie tylko w budynkach z ogrzewaniem podłogowym, ale działają również efektywnie z grzejnikami. Ogólna zasada pozostaje bez zmian. Im niższa temperatura zasilania, tym wyższa efektywność. Jednak wiele instalacji z grzejnikami osiągnęło bardzo przyzwoite wyniki efektywności o wartościach 3,0 i wyższych. Powtarzany często mit, że pompa ciepła do efektywnej pracy potrzebuje ogrzewania podłogowego albo działa wyłącznie z nim, po prostu nie jest prawdą - mówi dr Marek Miara z Heat Pumps Watch.
Termoizolacja budynku i usprawnienie wentylacji (np. z odzyskiem ciepła) są pożądane, ale nie zawsze są warunkiem koniecznym, by móc się cieszyć dobrze działającą pompą ciepła.
- W zdecydowanej większości przypadków pompy ciepła sprawdzają się także w budynkach nieocieplonych lub ocieplonych tylko częściowo. Liczy się przede wszystkim to, żeby powierzchnia grzejników była odpowiednio duża i dopasowana do strat ciepła budynku tak, by zapewnić mieszkańcom komfort cieplny – mówi dr Marek Miara.
Zdany egzamin podczas mrozów
Badacze postawili także pytania o to, jak pompy ciepła sprawdzą się przy mocnych mrozach. Czy w domu będzie wystarczająco ciepło? Czy nie będzie to zbyt drogie? Jaka moc elektryczna będzie wtedy potrzebna?
Najzimniejszy miesiąc w historii projektów Fraunhofer ISE to luty 2021. Średnia temperatura powietrza dla badanych pomp ciepła wyniosła wtedy -3,6°C. Efektywność 17 instalacji (bez trzech najlepszych, zainstalowanych w budynkach w pełni zmodernizowanych) wyniosła w tym okresie 2,3, w przedziale od 1,6 do 2,8.
- Innymi słowy, nawet przy tak niskich temperaturach z każdej kilowatogodziny prądu pompa ciepła wyciągała z powietrza ponad dwa razy więcej ciepła. Instalacja z najniższą efektywnością pracowała przy najniższej średniej temperaturze -10,2°C. Grzałki elektryczne ogrzewania podłogowego włączyły się tylko w pięciu instalacjach i zostały uwzględnione w obliczeniach efektywności – wyjaśnia dr Marek Miara.
Badanie francuskie ADEME PAC pokazało jeszcze lepsze wyniki. Fala mrozów przyszła w styczniu 2024 roku. Przy średniej temperaturze -4°C w tym miesiącu cała badana próba osiągnęła średnią efektywność 2,0, a dla całego sezonu: 2,9.
A co pokazują polskie dane?
Rzeczywiste przykłady eksploatacji zebrane przez producentów w Polsce pokazują, że pompy ciepła mogą pracować efektywnie nie tylko w nowych, ale również w starszych budynkach. W domu jednorodzinnym w Brodach, wybudowanym w 1997 r. i ogrzewanym wyłącznie grzejnikami, pompa ciepła GREE osiągnęła sezonowy współczynnik efektywności SPF na poziomie 3,5, dostarczając ponad 10 MWh ciepła do ogrzewania budynku.
Potencjał tej technologii potwierdzają także inwestycje wielorodzinne, czego przykładem jest Spółdzielnia Mieszkaniowa „Podlasie” w Bielsku Podlaskim, gdzie w istniejących budynkach mieszkalnych, powstałych w latach 1991-1995, zamontowano już 85 pomp ciepła (LG/WES), a projekt objął odejście od miejskiej sieci ciepłowniczej na rzecz własnego systemu opartego na pompach ciepła, fotowoltaice i magazynach energii.
Te oraz powyższe dane jasno dowodzą, że – wbrew potocznej opinii – pompy ciepła działają efektywnie przy dużym mrozie, zarówno w starych budynkach, jak i tych bez ogrzewania podłogowego.
Podcasty
Playlisty tematyczne
