COPy, SCOPy i inne SEERy czyli efektywność energetyczna pompy ciepła

Mierzenie i klasyfikowanie efektywności energetycznej ma w Unii Europejskiej swoją historię. W każdej ulotce klimatyzatora czy pompy ciepła mamy podane różne współczynniki efektywności. Ale co tak do końca one znaczą?
 
U podstaw klasyfikacji leżą dwa współczynniki określające sprawność urządzenia w trybie ogrzewania i chłodzenia. Są to:
 
COP – Coefficient Of Performance – współczynnik, który określa sprawność w trybie grzania. Jest to stosunek dostarczonej mocy grzewczej do pobranej mocy elektrycznej. Jeśli COP wynosi 3 to znaczy, że wykorzystując 1 kWh energii elektrycznej dostarczamy do pomieszczenia 3 kwh ciepła.
 
EER – Energy Efficiency Ratio – współczynnik, który określa sprawność w trybie chłodzenia. Jest to stosunek dostarczonej mocy chłodniczej do pobranej mocy elektrycznej. Jeśli EER wynosi 3 to znaczy, że wykorzystując 1 kWh energii elektrycznej dostarczamy do pomieszczenia 3 kwh chłodu (lub usuwamy 3kwh ciepła).
 
W zależności od wartości tych współczynników utworzono klasy energetyczne:
A kolejnym krokiem było utworzenie etykiet energetycznych urządzeń.
 
W Polsce, na urządzeniach klimatyzacyjnych, etykiety pojawiły się w 2005 roku, a w naszym serwisie www.karbon.com.pl zamieściłem wówczas artykuł, jak te etykiety wyglądają i czym się je je.
 
Co nam te etykiety dały?
W przypadku klimatyzacji etykiety jako takie, dały niewiele.
Klimatyzatory nie sprzedają się jak lodówki czy pralki w marketach. A jak już, to te chińskie, gdzie etykietą nie ma co się chwalić.
Na stronach Federacji Konsumentów znalazłem raport KAPE z grudnia 2007 roku w sprawie przeglądu dużych sklepów i poprawności oznakowania etykietami urządzeń.
I w przypadku klimatyzatorów ilość prawidłowo oznakowanych urządzeń wynosiła 0%.
 
Ale etykiety i klasy energetyczne dały nam inna ważną rzecz – samą świadomość, że jest coś takiego jak COP i EER.
Praktycznie, z kalkulatorem w ręku, przeliczamy sobie te COPy, EERy, liczymy te nasze kwh i wybieramy te urządzenia i rozwiązania, dla których są one najwyższe.
 
I tutaj zaczynają się schody, bo jak zwykle, diabeł tkwi w szczegółach.
Współczynniki te zależą od szeregu zewnętrznych parametrów.
 
W przypadku pomp ciepła to temperatury dolnego i górnego źródła, które mają ogromny wpływ na wielkość COP.
To również sposób liczenia i uwzględniania poboru prądu urządzeń pomocniczych takich jak pompy obiegowe, wentylatory, automatyka itd.
Okazuje się, że COP COPowi nie równy.
 
Kiedy planowałem ten wpis, to temat wydał mi się dość prosty.
Tymczasem wgłębiając się w niego – przyznaję – poległem.
 
Różnorodność urządzeń na rynku oraz paramaterów ich pracy, powoduje, że metodyka obliczeń może być bardzo różna.
Ilość dokumentów na ten temat, z jaką zderzyłem się w sieci, rzuciła mnie na kolana, więc zasygnalizuję tylko pewne sprawy.
 
Aktualnie współczynniki COP są obliczane wg normy EN 14511, która składa się z 3 części. (terminy i definicje, warunki badań, metody badań)
Część drugą, znalazłem tutaj i tam właśnie znalazłem tabele temperatur, przy których prowadzone są badania COP.
 
 
 
Temperatury znane z ulotek +7, +2, -2, -15, -20.
Np. dla powietrznych pomp ciepła najczęściej widzimy COP dla temperatury zewnętrznej +7 stopni, która bynajmniej nie odzwierciedla naszego klimatu.
 
Norma ta nie dla wszystkich producentów jest priorytetowa.
Jeszcze nieco ponad roku temu, współczynnik COP dla pomp ciepła szwedzkiego producenta Nibe, typoszeregu 1240 był podawany głównie wg normy EN 255 i dla pompy 10kW i parametrów 0/35 (0 powrót z DZ, 35 – zasilanie GZ) wynosił 5,04 (robi wrażenie).
Natomiast COP dla analogicznej szwajcarskiej pompy Hoval o mocy 10 kW , wg normy EN14511 i tych samych parametrów wynosił 4,67
Oczywiście faktem jest, że COP podawany wg takiej czy innej normy, jest zaznaczony w postaci gwiazdki. Jednak nie każdy wie, co należy jeszcze sobie doczytać.
 
Aktualnie dla nowych pomp ciepła Nibe 1245, w dokumentacji technicznej podawanych jest kilka wartości COP (zarówno dla EN14511 jak i EN 255) i ta sama pompa 10 kW, oceniana wg tej samej normy co Hoval, czyli EN145111 – ma już COP 4,52 (a nie 5,04). 
Główna różnica miedzy tymi normami, to nie uwzględnianie mocy pomp obiegowych.
 
Kiedy próbowałem dociec skąd takie rozbieżności, okazało się, że kraje D-A-Ch (Niemcy, Austria i Szwajcaria) korzystają z normy bardziej restrykcyjnej i tylko tą normę podają w swoich publikacjach, natomiast Szwecja, która również jest jednym z liderów w branży, korzysta z kilku norm.
Obowiązek stosowania etykiet energetycznych dotyczy klimatyzatorów do 12 kW, a nie pomp ciepła i stąd w ulotkach czy danych technicznych producenci zamieszczają różne dane, nie zawsze te dla nich korzystne.
 
 
Wydawać by się mogło, że teraz wszystko jest już jasne.
 
Te same parametry, ta sama norma, adekwatne wyniki.
Jednak COP to nie wszystko.
 
Charakteryzuje on nam urządzenie, ale pracujące tylko w konkretnych nominalnych warunkach.
A na koszty eksploatacji wpływa szereg innych czynników.
W Europie mamy różny klimat i różne zimy. Ilość dni z temperaturą poniżej 0 stopni, też jest różna. Ta sama pompa ciepła powietrze-woda, pracująca w takim samym budynku we Francji czy Belgii, będzie generowała zupełnie inne koszty eksploatacji w Polsce.
Do tego część urządzeń wyposażona jest w grzałki back-up, część w wentylatory i pompy obiegowe, część przygotowuje cwu, a część nie.
Inaczej też je eksploatujemy. Obniżenia temperatury związane z opuszczaniem domu przez pracujących mieszkańców, standby’ie, sama instalacja odbioru ciepła, itd.
Mamy pompy on/off i invertery, różne temperatury zasilania, różne obciążenie ceiplne.
 
Jak porównać opłacalność gruntowej pompy ciepła z powietrzną?
Czy tylko za pomocą COP dla parametrów +7/+20???
 
Wszystkie te czynniki spowodowały, że pojawił się termin sezonowego współczynnika sprawności SPF (Seasonal Perfomance Factor)
Idea pomiaru i analizy systemu pokazana jest poniżej.
 
 
W zależności od typu urządzenia mamy następujące zakresy pomiarowe:
 
SPF1 – uwzględnia tylko samą pompę ciepła (sprężarkę, wymiennik)
 
SPF2 – uwzględnia dolne źródło ciepła i sposób jego dostarczenia do samej pompy ciepła (pomp dolnego źródła lub wentylator agregatu zewnętrznego)
 
SPF3 – uwzględnia dodatkowe nagrzewnice, np. backup, występujące w systemie ogrzewania
 
SPF4 – uwzględnia sposób rozprowadzenia ciepła w budynku, czyli pompy obiegowe c.o. czy wentylatory jednostek nawiewnych
 
Na bazie tego powstało szereg metod pomiarowych, a ich ukoronowaniem dla powietrznych pomp ciepła ma być norma (aktualnie w fazie rozwoju) prEN14825.
Niestety nie udało mi się do niej dotrzeć; można ją zakupić za ok. 130 euro 🙂
Natomiast dotarłem do spisu treści i założeń.
Jest np. taki ciekawy punkt jak Calculation example for reference reference SCOPon and reference SCOPnet of an air to water heat pump used for floor heating, który dotyczy właśnie pomp ciepła powietrza-woda (altherma) z ogrzewaniem podłogowym.
 
Norma ta spowoduje, że przed wskaźnikami COP i EER pojawi się literka S, oznaczająca Seasonal COP (sezonowy COP).
Ten SCOP będzie określał stosunek energii włożonej w całym sezonie (grzewczym lub klimatyzacyjnym) do uzyskanej z uwaględnieniem realnych parametrów pracy.
 
Założenia (tak ogólnie) są następujące:
Europa została podzielona na 3 strefy klimatyczne dla trybu ogrzewania, w zakresie temperatur od -30 do +15 stopni oraz wydzielono 1 strefę klimatyczną dla trybu chłodzenia.
Zakłada się stałą nastawę dla budynku i określa się liczbę godzin w sezonie, która odpowiada poszczególnym temperaturom zewnętrznym.
Pompy są testowane zgodnie z EN14511, ale na częściowe obciążenie w różnych temperaturach zewnętrznych.
I teraz kwestia najważniejsza. W zależności od temperatury zewnętrznej, pompa osiągnie nastawę i przechodzi w tryb termostat off, standby, czy w ogóle się wyłączy na off. Natomiast w temperaturach poniżej punktu równowagi, kiedy pompa musi wspomagać się grzałką elektryczną dla uzyskania nastawy też będzie określany SCOP.
 
Struktura SCOP ma wyglądać następująco:
 
 
Na SCOP składa się więc:
 
SCOPnet – wynikający z pracy samej pompy w trybie aktywnym, przy różnym obciążeniu i różnych temperaturach
 
SCOPon – wynikający z dodatkowej pracy grzałki backup heater
 
Straty pozostałe – wynikające z trybów termostat off, off i standby
 
Rynek i branża HVAC widzi w normie swoje plusy i minusy.
 
Plusy są takie, że norma ma być stosowana do wszystkich typów pomp ciepła (za wyjątkiem pomp wykorzystujących powietrze wentylacyjne)
Norma obejmuje zarówno tryb grzania jak i chłodzenia, a wszystkie pompy będą testowane przy tych samych temperaturach i tym samym częściowym obciążeniu.
Odpadnie np. jedna temperatura +7 stopni dla COP, podawana w ulotkach dla większości powietrznych pomp ciepła.
Odpadnie jedna temperatura +35 stopni podawana dla EER.
Badania prowadzone przy różnym obciążeniu pozwolą uwypuklić wszystkie zalety technologii inverterowej (płynna modulacja mocy), która dopiero co wchodzi w branżę pomp ciepła.
Uwzględniona zostanie również realna eksploatacja (termostat off, off mode, backup heater).
Użytkownik na podstawie certyfikatu energetycznego swojego budynku oraz SCOP będzie w stanie dokładniej określić przyszłe koszty eksploatacji przy zastosowaniu danego urządzenia.
 
Minusy są dwa.
Pierwszy to taki, że nie do końca jasne jest częściowe obciążenie i trudno jest określić jeden wzór dla wszystkich użytkowników, bo domy są różnie eksploatowane.
Drugi natomiast odnosi się do typu klimatu, dla którego certyfikowana będzie pompa.
W innym klimacie SCOP będzie inny. Nawet w naszym kraju mamy wydzielone strefy klimatyczne i różnice w kosztach eksploatacji dla różnych miejscowości są znaczne.
 
Kiedy więc zobaczymy ten SCOP?
 
Wdrożenie normy prEN14825 przewidziane jest na 2013 rok.
Daikin już w ubiegłorocznym katalogu wprowadził rubryki SCOP i SEER, jednak pola wartości były puste.
Natomiast w katalogu 2011 mają już pojawić się wartości SEER oparte o normę prEN14825. Być może i SCOP.
Co ciekawe, w najnowszej wersji programu Altherma Symulator, pojawia się już wartość SCOP. Czy program określa ją w oparciu o przedmiotową normę? Nie wiem, ale przypuszczam, że tak.
Wraz z wprowadzeniem tej normy planuje się też zmianę klas energetycznych.
 
 
Dzisiejsze nie invertery (on/off) z najwyższej klasy energetycznej A, przejdą do G, a technologia on/off ma zostać wyparta z rynku.
Czekaja więc nas ciekawe zmiany i dynamiczny rozwój pomp ciepła 🙂

7 thoughts on “COPy, SCOPy i inne SEERy czyli efektywność energetyczna pompy ciepła

  1. jr

    To co ma zrobić biedny inwestor, który w tym roku buduje dom i planuje kupić PC za 15-20tys. zł. gdy spodziewa się, że za kilka lat dwa razy nowocześniejsze mogą kosztować połowę tej ceny? 🙂
    Chociaż czy to realne? To, że w Unii ktoś sobie namaluje kreski jeszcze nic nie znaczy, są jeszcze np. bariery technologiczne, których nie da się przeskakiwać ot tak decyzją biurokraty. Z drugiej strony skoro w Unii planują podnieść nam cenę prądu o kilkadziesiąt procent, to nic dziwnego, że kombinują jak to zrekompensować. To co, będziemy musieli wymieniać pompy ciepła co 5 lat czy nie?

    Odpowiedz
    1. Tszewc

      Ja bym sie tym nie martwił. Aż takich różnic nie będzie. Prawa fizyki pozostaną prawami fizyki i tyle.

      Odpowiedz
    2. Adrian Teliżyn Autor wpisu

      Trudno powiedzieć czy będą aż 2x nowocześniejsze i o połowę tańsze. To pierwsze jest realne, ale to drugie raczej nie. Postęp technologiczny w branży jest ogromny, a wymuszają go właśnie działania UE. A dzisiejsze urządzenia będą pracowały pewnie do swojej śmierci technicznej.

      Ale np. w br roku mamy zaplanowaną wymianę 2-3 agregatów on/off Miller , pracujących w układach nadmuchowych od 2003-2005 roku, na agregaty inverterowe. I głównym powodem wcale nie jest zużycie techniczne urządzenia, tylko możliwość ograniczenia kosztów eksploatacji.

      Na przełomie marca/kwietnia opiszę taką wymianę

      Odpowiedz
      1. jr

        O połowę tańsze to była oczywiście przesada. Co najwyżej będą coraz nowocześniejsze za tę samą cenę. Tak jak to jest np. z komputerami. Jednak to wydaje się normalne, że komputer wymienia się co kilka lat. PC kupuje się jednak na conajmniej kilkanaście. A przynajmniej ja tak szacuję jej opłacalność lub nie.
        Polemizowałbym za to zdecydowanie ze stwierdzeniem, że działania UE wymuszają postęp technologiczny. Działania biurokratów nigdy nie dają postępu, ten największy jest tylko tam gdzie jest wolny rynek. A nawet jeśli gdzieś jest X% postępu "dzięki" biurokratom, to nikt nie zauważa, że mogłoby być 2*X% gdyby były mniejsze podatki, mniej regulacji, mniej uznaniowości itp.
        A wpływ UE na postęp najlepiej widać na przykładzie cen prądu które zawdzięczamy szaleństwu walki z CO2.
        Oj, ale to juz mocno dygresyjnie i nie na temat tego bloga 🙂 …

        Odpowiedz
  2. Tszewc

    Ja chciałbym sie odnieść do tego zdania: "Dzisiejsze invertery z najwyższej klasy energetycznej A, przejdą do G ". Ono nie jest zgodne z rysunkiem, z którego wynika, że urządzaenia non inverter przejdą do G, a invertery dalej zostaną w A.

    Odpowiedz
  3. Pingback: Pompa ciepła Altherma serii C zintegrowana - migawki z montażu | OWK czyli HVAC po polsku

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany.