Jak mądrze wybrać pompę ciepła

Na przestrzeni ostatnich lat poruszałem już kwestie wyboru pompy ciepła w oparciu o jej moc, typ(LT czy HT) i rodzaj(gruntowa, powietrzna, hybryda), a także całą otoczkę związaną z wyborem producenta i firmy wykonawczej. Temat jednak stale wraca i wraca.
Dzisiaj kolejne podejście 🙂

Pomijając tych, którzy są wierni danej marce czy mają 100% zaufanie do firmy wykonawczej, ścieżka prowadząca do wyboru pompy ciepła przez inwestora jest dość typowa.
Mając w ręku w projekt czy charakterystykę energetyczną, czyta on(a przynajmniej próbuje), jaka moc grzewcza jest potrzebna do jego budynku, wrzuca zapytanie na forum budowlane, do firmy wykonawczej czy do wujka google i… tutaj zaczynają się pierwsze schody.
Na ogół okazuje się, że zapotrzebowanie z typowego projektu jest grubo przeszacowane.
Powody są dwa.
Pierwszy – architekt nie zawsze orientuje się w branży sanitarnej, o pompach ciepła nie wspominając. Niechętnie też zleca takie obliczenia projektantom sanitarnym z uwagi na koszty, więc w projektach powielane są często kwiatki typu: zapotrzebowanie na c.o. 12 kW, zapotrzebowanie na cwu 6 kW, zaleca się kocioł gazowy 24 kW i potem inwestor do budynku 170m2 szuka pompy ciepła o takiej właśnie mocy.
Drugi powód – nawet kiedy już w projekcie budowlanym znajdują się w miarę poprawne dane, to są one typowe i nie uwzględniają zmian, jakie na etapie budowy wprowadza inwestor, takich jak lepsza i grubsza izolacja czy okna o lepszych parametrach energetycznych.
Inwestor więc dość szybko zostaje sprowadzony na ziemię i na drodze zleconych obliczeń OZC, kalkulatorów z sieci, czy własnych zmagań z takim czy innym programem lub kartką papieru, dochodzi w końcu do mocy grzewczej jakiej potrzebuje jego budynek.
Okazuje się, że przy 170m2 zapotrzebowanie na moc grzewczą rzadko kiedy przekroczy 8-9 kW, a przy domach energooszczędnych będzie na poziomie 6-8 kW czy nawet mniej.
Mając tą długo wyczekiwaną moc grzewczą pojawia się kolejny problem.
 
Nagle okazuje się, że dostępne na rynku pompy ciepła powietrze-woda, a jest ich naprawdę sporo, mają zmienną moc, która zależy od temperatury zewnętrznej i temperatury zasilania, a do tego producenci, przy nazewnictwie swoich pomp, korzystają z przeróżnych chwytów marketingowych.
Np. najtańsze produkcje azjatyckie potrafią podawać swoje moce przy parametrach A10/W35 czy nawet A20/W35, a w skrócie 20/35. Co to oznacza? 
A(ir), to powietrze zewnętrzne, a W(ater), to temperatura zasilania instalacji grzewczej.
Czyli mamy np. pompę ciepła 8 kW, w uproszczeniu 8-kę, ale przy 20/35. Tylko czy przy +20 stopniach potrzebujemy w ogóle grzać?
Nie wiemy jak będzie wyglądała praca takiej pompy przy -7 czy -15 stopniach.
Może się okazać, że przy tej pierwszej temperaturze taka pompa ma połowę tego co przy +20 stopniach, a przy tej drugiej już w ogóle nie pracuje.
Czym jest spowodowane takie 20/35? – oczywiście ubogim układem chłodniczym, w ślad za którym idzie cena urządzenia.
 
Zdecydowana większość producentów, zobligowana przepisami UE podaje moce przy parametrach A7/W35 czy A2/W35.
Ale to też nie rozwiązuje sprawy do końca, bo pomiędzy faktycznie osiąganą mocą grzewczą, a nazewnictwem mocy pompy są także duże rozbieżności.
Wiadomo, że powietrzne pompy ciepła tracą moc grzewczą i sprawność, wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej. Taka jest fizyka i nic tego nie zmieni, chociaż w jednym z komentarzy z 2 miesiące temu dostałem pytanie:
 
A co myślicie o Panasonicu Aquarea T-Cap? Podobno zachowuje tą sama sprawność ( COP ), aż do -15 stopni, a działa nawet do -27. 
 
Nie odpowiedziałem na nie, bo przymierzałem się do tego w szerszym wpisie i jak widać trochę czasu zeszło, ale lepiej późno niż wcale.
Czarów nie ma. Nie ma szans by sprawność pozostała ta sama. To wynika wprost z wykresu przemiany czynnika chłodniczego, który opisałem tutaj.
Moc grzewcza spada również. Pojawia się tylko pytanie jak ten spadek mocy wygląda.
Możemy wybrać "większą" pompę ciepła, która przy -20 czy -15 stopniach będzie miała moc grzewczą odpowiadającą potrzebom naszego domu, czy też wybrać "mniejszą" pompę ciepła wyposażoną w grzałki elektryczne, które przy niskich temperaturach pokryją nam normalny spadek mocy grzewczej. O wyborze decyduje aspekt ekonomiczny, o którym powiem za chwilę, ale na inwestora czeka tutaj kolejny element marketingowy.
Czyż nie lepiej byłoby zamiast większej pompy ciepła kupić mniejszą pompę, która do tego nie traci mocy grzewczej wraz ze spadkiem temperatury i nie używa grzałek??? No oczywiście, że tak.
 
Pompy ciepła odzyskują ciepło z powietrza zewnętrznego poprzez wymiennik ciepła.
Wielkość tego wymiennika określa więc możliwości mocowe urządzenia.
U większości producentów mamy więc mały typoszereg z agregatami jednośmigłowymi i duży typoszereg z agregatami dwuśmigłowymi.
W przypadku pomp Daikin Altherma, w małym typoszeregu mamy moce 4-6-8 kW i mniejsze mocowo sprężarki, a w dużym typoszeregu, moce 11-14-16 kW z większymi sprężarkami. Nie ma szans, by "mały" agregat dorównał mocą dużemu.
Wzmiankowany wyżej Panasonic wykorzystał to w swoich materiałach marketingowych i zastosował dość ciekawe nazewnictwo.
Otóż pompy ciepła z dużego typoszeregu nazwał 9-12-16 kW i przestały one niejako tracić moc grzewczą. 
W tabelach mocy Panasonic 9 kW w zakresie od +7 do -15(tylko do tej temperatury podawane są dane) ma ciągle 9 kW.
Natomiast Altherma Daikin 11kW w przedziale od +7 do -20 niestety traci moc aż do 8,61 kW (przy -15 ma ponad 10kW).
Jak to porównać?
A już zupełnie nie na miejscu jest porównywanie jednośmigłowej 8-ki z dwuśmigłową 9-ką. A wydawać by się mogło, że dzieli je tylko 1 kW mocy grzewczej.
Podobnie wygląda nazewnictwo w małym typoszeregu, gdzie mamy pompy 3-5-7 kW zamiast 4-6-8 kW.
No dobrze – zostawmy nazwę mocy pompy – jak zwał, tak zwał.
Wróćmy do pytania postawionego trochę wcześniej – czy warto kupić większą, przewymiarowaną pompę ciepła, nawet innego producenta, jeśli jest tańsza?
 
Tutaj mamy dwa aspekty – finansowy i techniczny.
W tym pierwszym musimy znać odpowiedź na pytanie, czy koszty eksploatacji na większej pompie ciepła będą niższe, a jeśli tak, to o ile. Odpowiedź nie jest jednoznaczna. Wszystko zależy od dolnej granicy modulacji mocy tej większej pompy i stopnia przewymiarowania.
Np. w małym typoszeregu pomp, gdzie dolna granica modulacji mocy dla pomp 4-6-8 kW jest taka sama, przewymiarowanie skutkuje głównie większym kosztem inwestycyjnym, a oszczędności są niewielkie lub żadne.
Przewymiarowanie z małego do dużego typoszeregu powoduje, że za duża pompa ciepła, przez większą część sezonu będzie pracowała jak on/off i mimo mniejszej ilości godzin pracy grzałek, całkowite koszty eksploatacji za sezon grzewczy będą wyższe, z uwagi na niższą sprawność całoroczną. Ten fakt znany jest od lat i pojawia się w szeregu publikacji, niestety ciągle panuje przekonanie, że od przybytku głowa nie boli.
 
Przejdźmy do drugiego, technicznego aspektu przewymiarowania.
Kiedy już inwestor upora się z wyborem mocy grzewczej, ciągle jeszcze nie ma wybranego producenta pompy ciepła.
Zaczyna się porównywanie COP'ów, które niestety w większości wypadku do niczego nie prowadzi.
Współczynnik COP zależy od trzech parametrów. Dwa pierwsze są wszystkim znane – to temperatura zewnętrzna i temperatura zasilania np. COP w punkcie -7/35.
Ale jest jeszcze trzeci, bardzo istotny parametr, o którym się nie mówi.
To obciążenie urządzenia.
Poniżej taki ogólny wykres pokazujący zależność COP od obciążenia, czyli inaczej wykorzystania maksymalnej dostępnej mocy urządzenia.
 
Sprawność a częstotliwość i moc zprężarki
 
Niestety przy maksymalnej mocy, współczynnik COP jest najniższy.
Przy obciążeniu 50%, sprawność pompy wciąż jest wyższa niż przy 100%, ale ciągle nie osiąga maksimum. Za duża pompa wcale więc nie będzie pracowała optymalnie.
80% zapotrzebowania na energię w sezonie grzewczym przypada na temperatury od -2 do +10 stopni i sukces odniesiemy wtedy, kiedy modulacja mocy pompy(i sama jej moc), będzie tak dobrana, by osiągać najwyższe COP w tym właśnie zakresie temperatur.
Powinna więc być zoptymalizowana do sprawności sezonowej, a nie do utrzymywania stałych mocy.
W ulotkach producentów nie zawsze podawane są informacje jakiemu obciążeniu odpowiada podawany COP. Często podawany jest ten najkorzystniejszy.
Czasem mamy informację, że odpowiada on obciążeniu np. 80% lub obciążeniu konkretną wartością kW. Np. pompa 16kW ma COP X,XX* z gwiazdką, gdzie owa gwiazdka odpowiada obciążeniu 9,8kW. Przy obciążeniu 16 kW, ten COP byłby znacznie niższy, ale wtedy mógłby okazać się mało korzystny.
 
Jeszcze kilka słów o temperaturze zasilania, która ma bardzo istotny wpływ na sprawność.
W ulotkach jednosprężarkowych pomp ciepła bardzo często trafiamy na literki HT od słów High Temperature, czyli wysoko temperaturowa lub slogan do 60 stopni, itd., sugerujący, że pompa ciepła może być stosowana w instalacjach grzejnikowych. 
Owszem. Każdą pompę możemy podpiąć pod instalację grzejnikową, ale możemy się bardzo rozczarować uzyskiwaną sprawnością. Jednosprężarkowe pompy "HT", to tak naprawdę pompy niskotemperaturowe, którym automatyka pozwala na uzyskiwanie wysokich ciśnień skraplania.
Jednak współczynnik COP przy temperaturach -10 czy -15 stopni i zasilaniach rzędu 60 stopni potrafi spaść do przedziału pomiędzy 1 a 1,5
Dopiero kaskadowe układy sprężania(np. w Althermie HT) uzyskują temperatury do 80 stopni i zdecydowanie wyższe współczynniki COP.
 
Co więc porównywać?
Rozwiązanie miały przynieść etykiety energetyczne, obowiązkowe od września ub. roku.
Ale sama etykiety niewiele nam mówi, bo w klasie A++ są prawie wszystkie urządzenia.
Warto więc spojrzeć do arkusza danych technicznych. Zakładam, że klient otrzymuje taki arkusz wraz z każdą ofertą 🙂
W arkuszu tym pojawia się procentowy parametr sprawności sezonowej Eta s.
Jest on podawany dla dwóch temperatur zasilania 35 i 55 stopni, dla trzech stref klimatycznych z temperaturą obliczeniową +2 stopnie(ciepła), -10 stopni(umiarkowana) i -22 stopnie(chłodna)
Popatrzmy jak on wygląda w przypadku dwóch porównywanych wcześniej pomp.
 
Etykieta Panasonic T-CAP
 
 
Etykieta Altherma 11kW
 
 
W przypadku Althermy 11kW mamy dla klimatu chłodnego sprawności odpowiednio 148%(dla 35 stopni zasilania) i 95%(dla 55 stopni zasilania)
Natomiast w przypadku Panasonica T-cap 9kW te wartości wynoszą odpowiednio 149% i 112%.
Można więc powiedzieć, że Panasonic przy ogrzewaniu podłogowym jest minimalnie sprawniejszy, a przy ogrzewaniu grzejnikowym znacznie sprawniejszy od Althermy 11kW.
Czyżby?
 
Zauważmy, że w arkuszu danych technicznych pojawia się coś takiego jak Prated, tj. nominalna deklarowana przez producenta moc grzewcza w danej obliczeniowej temperaturze zewnętrznej, dla której sporządzana jest etykieta.
Oto jak ona wygląda.
 
Etykieta Panasonic T-cap
 
Etykieta Altherma 11kW
 
Dlaczego producent dużej, dwuśmigłowej pompy, która nie traci mocy grzewczej i sprawności, zadeklarował przy podłogówce tylko 8kW, podczas gdy Daikin zadeklarował moc o prawie 30% większą, tj. 10,3 kW
Dlaczego przy zasilaniu 55 stopni Panasonic zadeklarował do etykiety zaledwie 4kW, podczas gdy Daikin zadeklarował 6,99 kW, a więc prawie 75% więcej?
Jak wyglądałby współczynnik sprawności sezonowej Eta s gdyby deklarowane moce były takie same?
 
Jak pokazałem wcześniej, obciążenie ma ogromny wpływ na sprawność. Im większe, tym ona jest niższa, bo tym wyższe jest obciążenie sprężarki i tym wyższy w etykiecie jest udział grzałki backup.
Etykietę jednak deklaruje producent tak jak uważa to za stosowne, a nie tak jak chciałby klient.
 
Istotna jest też dolna granica pracy. Daikin podaje tabele mocy do -20 stopni, podczas gdy Panasonic tylko do -15 stopni.
Być może pompa w niższych temperaturach nie daje sobie rady lub daje na tyle słabo, że w dość istotny sposób rzutuje to na uzyskiwane sprawności?
Warto więc trochę dokładniej przyjrzeć się etykietom energetycznym i arkuszom danych technicznych jakie otrzymujemy z ofertą, chociaż sam przyznaję, że dla przeciętnego inwestora są one w ogóle nie czytelne.
 
Jaka więc jest rada na mądry wybór pompy ciepła?
Proponuję jeszcze raz przeczytać podlinkowane na wstępie wpisy, bo o wyborze decyduje wiele czynników.
A jeśli bierzemy pod uwagę czynnik ekonomiczny, to warto zwrócić się do wykonawcy o przesłanie symulacji kosztów eksploatacji dla różnych rozwiązań, no i oczywiście danych technicznych oferowanych urządzeń.