Czy pompa monoblok działa zimą? Sprawność przy niskich temperaturach

Z tekstu dowiesz się:

• Jak działa pompa ciepła monoblok w niskich temperaturach?
• Co to jest punkt biwalentny?
• Czy pompa monoblok może zamarznąć?

Pompa ciepła w niskich temperaturach – jak działa?

Podstawową cechą, jaką definiuje pompę monoblok, jest jej czynnik chłodniczy. Pompy ciepła monoblok działają na czynniku R290 inaczej zwanym propanem. Najważniejszą zaletą stosowania tego czynnika wśród producentów pomp ciepła, jest znikomy wskaźnik GWP = 3. GWP z ang. Global Warming Potential, określa wpływ czynnika na globalny efekt cieplarniany. Wartość ta jest wynikiem porównania ilości ciepła zatrzymanego przez 1 kg gazu i ilości zatrzymanego ciepła przez 1 kg dwutlenku węgla. Przekłada się to zatem na brak konieczności rejestracji urządzenia w CRO (Centralny Rejestr Operatorów). Propan jest jednorodnym czynnikiem chłodniczym, którego właściwości termodynamiczne są nawet lepsze niż R32 i R410A. Jest bardzo tani i szeroko dostępny.

Wiele osób zastanawia się, jak działa pompa ciepła przy -20°C. Pojęcia „zimno” i „ciepło” są w gruncie rzeczy względne. W termodynamice nie istnieje pojęcie zimna – zawsze mówimy o cieple, niezależnie od temperatury zewnętrznej. Dla człowieka -20°C to odczucie chłodu, ale z punktu widzenia fizyki nasze ciało wciąż ma wyższą temperaturę i oddaje ciepło do otoczenia.

Tak samo powinniśmy patrzeć na pompę ciepła – z perspektywy termodynamiki. Przykładowo, propan to gaz o temperaturze skraplania -42°C. Oznacza to, że nawet przy -20°C w otoczeniu wciąż jest wystarczająco dużo energii cieplnej, aby propan pozostał w stanie gazowym. To właśnie ta właściwość czynników chłodniczych sprawia, że pompa ciepła może pobierać ciepło z powietrza i przekazywać je do budynku.

Jeszcze kilka lat temu powietrzne pompy ciepła miały problemy z pracą w niskich temperaturach, zwłaszcza w zakresie od -5 do -10°C. Dziś, dzięki postępowi technologicznemu, urządzenia takie jak aroTherm plus marki Vaillant działają skutecznie nawet wtedy, gdy temperatura spada poniżej -25°C.

Naturalne czynniki w mniejszym stopniu przyczyniają się do powstawania efektu cieplarnianego, są stosunkowo tanie w wytworzeniu oraz łatwo dostępne. Mają mniejszą objętość właściwą, co pozwala zmniejszyć także rozmiar kluczowych elementów pomp ciepła i innych części urządzeń, które współpracują z cieczą. Pompy ciepła na czynniku naturalnym są do 25% wydajniejsze od tych z czynnikiem syntetycznym.

Pompa ciepła monoblok zimą zużywa więcej energii na dostarczenie odpowiedniej ilości ciepła do budynku, nadal jest w stanie efektywnie ogrzać zarówno przestrzeń mieszkalną, jak i wodę użytkową. Wydajność pracy urządzenia zależy od zastosowanej technologii. Zakres temperatur zewnętrznych ma duży wpływ na efektywność poszczególnych typów urządzeń, co warto wziąć pod uwagę przy wyborze systemu grzewczego do swojego gospodarstwa domowego. Najniższe zużycie energii będzie wtedy, gdy instalacja będzie zasilana stosunkowo niskim parametrem np. przy ogrzewaniu płaszczyznowym zwanym potocznie podłogówką.

Co to jest punkt biwalentny? Dlaczego w pompie ciepła jest grzałka elektryczna?

Ważnym parametrem, który jest pomocny przy ustalaniu prawidłowej mocy urządzenia, jest punkt biwalentny. Określa on temperaturę zewnętrzną, przy której następuje włączenie źródła szczytowego w postaci grzałki elektrycznej, zainstalowanej w pompie. Jej zadaniem jest wspomaganie ogrzewania budynku w sytuacji, kiedy moc potrzebna na pokrycie strat cieplnych budynku przerośnie moc pompy ciepła przy danej temperaturze zewnętrznej. Przy warunkach klimatycznych panujących w Polsce często ustawia się ten punkt jako wartość ok. -10°C. Zależy to jednak także od przyjętych rozwiązań konkretnego producenta pompy ciepła, modelu pompy ciepła, a także strefy klimatycznej.

Pompy powietrze-woda marki Vaillant stosują grzałki szczytowe, które wspierają funkcjonowanie urządzenia w niskich temperaturach. Dzięki temu urządzenie jest w stanie skutecznie dostarczać ciepło do ogrzewania budynku aż do -25°C.

Zatem nawet mroźne powietrze zawiera w sobie ciepło, które pompa powietrzna monoblok z czynnikiem R290 może wykorzystać do ogrzania domu. Jest go natomiast mniej niż w przypadku, gdy na zewnątrz jest cieplej. Z tego powodu w najniższych temperaturach pompa ciepła musi wspomóc się alternatywnym źródłem ciepła (np. grzałką szczytową). Nie generuje to jednak wysokich kosztów. W poprawnie dobranej pompie ciepła udział pracy grzałki w całym sezonie grzewczym nie powinien przekraczać 3% ogólnego czasu pracy pompy ciepła.

Co ciekawe, dobór pompy ciepła można wykonać dla kilku założonych trybów pracy:

• monowalentna – pompa ciepła pokrywa całe zapotrzebowanie na ciepło, niezależnie od temperatury zewnętrznej,
• biwalentna równoległa – pompa ciepła pracuje samodzielnie do momentu, gdy temperatura osiągnie punkt biwalentny. Poniżej tej temperatury do pracy dołącza dodatkowe źródło ciepła, np. grzałka elektryczna,
• biwalentna alternatywna – pompa ciepła działa do osiągnięcia punktu biwalentnego, po czym wyłącza się, a ogrzewanie przejmuje inne źródło ciepła, np. kocioł gazowy.

W polskich warunkach klimatycznych najczęściej wybieraną opcją jest konfiguracja biwalentna równoległa, która zapewnia, że pompa ciepła pokrywa zdecydowaną większość zapotrzebowania na ciepło przez cały sezon grzewczy, a grzałka elektryczna uruchamia się tylko przy wyjątkowo niskich temperaturach. Jednakże ostatnie sytuacje z krzykliwymi artykułami o ‘rachunkach grozy’ spowodowały panikę na słowo grzałka w pompie ciepła. Alternatywnym rozwiązaniem jest dobór pompy ciepła dla trybu monowalentnego, choć jest to dosyć kosztowne inwestycyjnie lub zastosowanie instalacji hybrydowej z kotłem gazowym, w której kocioł gazowy przejmuje rolę źródła szczytowego w tym wypadku grzałki.

Pompa ciepła a niskie temperatury – czy urządzenie może zamarznąć?

Aby odpowiedzieć dokładnie na to pytanie trzeba wiedzieć, jak właściwie jest zbudowana pompa monoblok. Cały układ ziębniczy w pompie monoblok znajduje się w jednostce zewnętrznej. To w jednostce zewnętrznej przekazywane jest ciepło do wody grzewczej, która w niektórych niefortunnych przypadkach tj. przy niskiej temperaturze i gdy zabraknie prądu lub gdy pompa ciepła stała bardzo długo wyłączona, może dojść do zamarznięcia wody pomiędzy jednostką zewnętrzną i wewnętrzną. Ryzyko jest tym większe, że może wówczas dojść do rozerwania wymiennika, a zniszczenia mogą być nieodwracalne.

Aby zabezpieczyć urządzenie przed zamarznięciem wody, można wykorzystać dodatkowe zabezpieczenia. Przydatne okazują się tu specjalne zawory anty-zamrożeniowe. Można też wypełnić układ pomiędzy jednostką zewnętrzna a wewnętrzną odpornym na niższe temperatury roztworem glikolu. Dodatkowo warto zastosować w zewnętrznej instalacji odpowiednio zaizolowane rury, co ograniczy straty ciepła.

Przeczytaj też: Serwis pompy ciepła – przekonaj się, jakie to wygodne