Sprawność pompy ciepła w zależności od temperatury. To warto wiedzieć przed wyborem urządzenia

Szacowany czas czytania: 05:15

Sprawność pompy ciepła – czym jest i jak się ją mierzy?

Pompy ciepła wykorzystują odnawialne źródła energii (Wszystko o pompach ciepła tutaj: https://www.viessmann.pl/pl/wiedza/technologia-i-systemy/pompa-ciepla.html). Mimo to uruchomienie znajdującej się w nich sprężarki wymaga poboru prądu. Sprawność pompy ciepła określa, jak efektywnie urządzenie przekształca energię pobraną z otoczenia w energię cieplną wykorzystywaną do ogrzewania domu, jego chłodzenia lub przygotowania ciepłej wody użytkowej (c.w.u.).

W praktyce mierzy się ją za pomocą współczynnika COP (Coefficient of Performance). Pokazuje on, ile jednostek ciepła pompa dostarcza do budynku z jednej jednostki energii elektrycznej zużytej na jej pracę. Im wyższy COP, tym większa sprawność i niższe rachunki za ogrzewanie.

COP wyznacza się ze wzoru:

COP = Q/ W

Q to całkowita ilość energii cieplnej dostarczonej do instalacji grzewczej [kWh]. W to ilość energii elektrycznej pobranej przez pompę ciepła. Przykładowo, jeśli urządzenie dostarcza 10 000 kWh cieplnej w sezonie, zużywając przy tym 2500 kWh prądu, to jej COP jest równy 4.

COP a SCOP i SPF

COP to wartość chwilowa, wyznaczana w konkretnych warunkach laboratoryjnych. Np. dla temperatury powietrza +7°C i zasilania systemu grzewczego 35°C. W praktyce warunki zmieniają się w ciągu sezonu, dlatego stosuje się również SCOP (Seasonal COP) – współczynnik sezonowy, który lepiej oddaje realną efektywność pompy w całym roku grzewczym.

W uproszczeniu SCOP można wyznaczyć na dwa sposoby. Pierwszy to metoda praktyczna oparta na pomiarze rzeczywistego zużycia energii elektrycznej i ilości dostarczonego ciepła w sezonie.

Drugi sposób to metoda standardowa (zgodna z normą EN 14825) stosowana w testach laboratoryjnych. SCOP wyznacza się na bazie kilku punktów pracy pompy przy różnych temperaturach otoczenia (np. +12°C, +7°C, +2°C, –7°C, –10°C), przy założonej temperaturze zasilania systemu grzewczego (np. 35°C lub 55°C). Każdy z tych punktów odpowiada innemu udziałowi w czasie trwania sezonu grzewczego, dlatego ich wyniki są ważone zgodnie z profilem klimatycznym regionu (umiarkowanego, chłodnego lub ciepłego). Pompa ciepła, która w testach osiąga COP=4,0 przy +7°C, może mieć SCOP = 3,5 lub nawet niższy – jeśli większość sezonu spędza pracując przy niższych temperaturach zewnętrznych.

Dla inwestora najbardziej miarodajnym wskaźnikiem efektywności jest SPF (Seasonal Performance Factor), który, podobnie jak SCOP, określa sezonową sprawność pompy ciepła, ale odnosząc się do faktycznych warunków pracy w konkretnym budynku, a nie wyłącznie warunków testowych. SPF uwzględnia m.in. realne cykle pracy urządzenia, straty na przewodach, buforze czy zasobniku, a także wpływ systemu sterowania. Wskaźnik ten bywa często niższy niż deklarowany, jednak lepiej oddaje rzeczywiste zużycie energii i koszt eksploatacji, co okazuje się szczególnie ważne w procesie analiz podwykonawczych czy audytów energetycznych. W praktyce SPF bywa o 10–20% niższy niż deklarowany SCOP, co warto uwzględnić przy szacowaniu realnych kosztów eksploatacji.

Sprawność pompy ciepła w zależności od temperatury

Sprawność pompy ciepła zależy bezpośrednio od różnicy temperatur między dolnym a górnym źródłem ciepła. Im większa różnica temperatur (ΔT), tym niższy współczynnik efektywności COP, a co za tym idzie – wyższe zużycie energii elektrycznej. W przypadku pomp wyróżniamy źródło dolne (Td – temperatura otoczenia, np. powietrza lub gruntu) i (Tg – górne temperatura wody zasilającej instalację, np. 35°C dla ogrzewania podłogowego lub 55°C dla grzejników).

Im zimniejsze dolne źródło (np. –10°C zimą) i im wyższa temperatura zasilania instalacji, tym trudniej pompie ciepła uzyskać energię użytkową przy niskim nakładzie energii elektrycznej. Taką zależność określa przybliżony wzór:
COP ≈ Tg / Tg – Td

Temperatury górnego i dolnego źródła są wyrażone w Kelwinach [K]. Ten uproszczony wzór nie uwzględnia strat systemowych i różnic konstrukcyjnych między urządzeniami, jednak dobrze ilustruje, dlaczego przy większym ΔT efektywność spada. Oto przykłady w dwóch tabelach:

Tabela 1: Wpływ temperatury dolnego źródła na COP

Tabela 2: Wpływ temperatury górnego źródła na COP

Powyższe wyniki pokazują, że im zimniejsze dolne źródło, tym większy nakład energii potrzebny do uzyskania wymaganej temperatury (COP spada). Im wyższa temperatura zasilania instalacji c.o., tym niższy COP, a pompa pracuje mniej efektywnie. Dlatego najlepszą efektywność urządzenie osiąga przy niskotemperaturowym ogrzewaniu podłogowym i w umiarkowanych warunkach zewnętrznych.

Czy pompa ciepła poradzi sobie w mrozie?

Mniejsza sprawność pompy ciepła przy niskich temperaturach to jedna strona medalu. Drugą jest spadek mocy grzewczej samego urządzenia w warunkach zimowych. W czasie większych mrozów powietrzna pompa może nie być w stanie samodzielnie pokryć pełnego zapotrzebowania cieplnego budynku, szczególnie jeśli została dobrana „na styk”.

Z tego powodu dobór pompy powinien zawsze uwzględniać warunki obliczeniowe dla danej strefy klimatycznej, czyli tzw. temperaturę projektową (np. –20°C w centralnej Polsce). W praktyce urządzenie powinno osiągać wymaganą moc również przy niskich temperaturach zewnętrznych, a nie tylko w warunkach katalogowych. Dotyczy to szczególnie budynków o dużej powierzchni, słabszym standardzie izolacji lub z instalacją grzewczą o wysokiej temperaturze zasilania (np. grzejniki tradycyjne).

W przypadku źle dobranej mocy pompy, system może być automatycznie wspomagany przez grzałkę elektryczną. Komponent włącza się, gdy pompa nie jest w stanie samodzielnie ogrzać budynku. Takie rozwiązanie pozwala zachować komfort cieplny, ale odbywa się to kosztem wyraźnie większego zużycia energii elektrycznej i kosztów eksploatacyjnych.

W domach o dużej powierzchni użytkowej lub zlokalizowanych w chłodnych rejonach kraju warto rozważyć:

• dobór pompy z zapasem mocy na warunki skrajne,
• zastosowanie pompy gruntowej (solanka–woda), której efektywność i wydajność są znacznie mniej podatne na zmiany temperatury otoczenia,
• system hybrydowy, w którym pompa ciepła współpracuje z dodatkowym źródłem ciepła, np. kotłem gazowym.

Wszystko to pozwala utrzymać sprawność systemu grzewczego na stabilnym poziomie niezależnie od warunków pogodowych i zmniejsza ryzyko nieprzyjemnych niespodzianek w sezonie grzewczym. Pamiętaj, że dobór pompy ciepła to proces złożony i indywidualny. Warto go skonsultować z doświadczonym instalatorem (np. Viessmann), ponieważ wybrany system grzewczy będzie towarzyszyć Ci przez kolejne lata – zarówno zimą, jak i latem.

Nowy Targ Orawa Pieniny Podhale Spisz Zakopane