Współczynnik COP i SCOP – różnice, część 1

Wydawać by się mogło, że wszytko jest proste, ale ciągłe pytania o COP przy -20 stopniach, wskazują, że jednak nie do końca. Mimo, że pisałem już o tym trochę tutaj i tutaj.
Ale jak to zwykle bywa diabeł tkwi w szczegółach, a COP podawane przez producentów mają rozrzut, w góre aż do 6 :))
Trochę więc teorii na wstępie się przyda. 

 
Pompa ciepła, pompuje ciepło do budynku wykorzystując przemianę czynnika chłodniczego.
Przemiana to takie ładne słowo.
Tak naprawdę ten czynnik, czyli freon, w postaci cieczy jest podgrzewany, następnie gotuje się i paruje, po czym te jego pary są sprężane sprężarką, ochładzane, żeby się skropliły do postaci cieczy i na koniec cały cykl się powtarza. Proste?
Te przemiany freonu opisuje taki mądry wykres stanu freonu, w zależności od ciśnienia i entalpii (znowu mądre słowo – entalpii czyli mówiąc prościej energii)
Oto ten wykres
 
Log(p)-h diagram R410A
 
Trochę skomplikowany?
No to wyjaśnijmy.
Linia przemiany czynnika chłodniczego, to ta górka z uciętym wierzchołkiem, zaznaczona ciemną linią.
Na lewo od tej górki freon jest w postaci cieczy.
A na prawo od niej w postaci gazu.
A środku górki mamy pary nasycone, czyli taki ni to gaz, ni to ciecz.
 
Zacznijmy pracę naszej pompy ciepła.
 
wykres p-h wyjaśnienia
 
Sprężarka zasysa nam pary w punkcie 1 i spręża je do wysokiego cisnienia i wysokiej temperatury w punkcie 2. Tak pod 100 stopni.
Wkładamy w to energię elektryczną sprężarki.
Następnie pary te są ochładzane wodą z naszej instalacji (konkretnie nasza podłógówka 35/30, ale i np. też powietrze 40/20). Pompa dostarcza wtedy ciepło do budynku od punktu 2 do punktu 3.
Te temperatury 35/30, określają nam ciśnienie skraplania, które dla danej temperatury jest stałe.
Jak już te pary freonu skroplimy do cieczy, to nasza pompa kieruje je na zawór rozprężny, gdzie następuje gwałtowne obniżenie ciśnienia.
Te obniżenie ciśnienia, powoduje jednocześnie obniżenie temperatury gotowania/parowania freonu. (tak jak z wodą w górach:) )
Nasza ciecz, freon, zaczyna się więc gotować i paruje, pobierając wtedy ciepło z otoczenia. (n awykresie ok. 0 stopni)
Z otoczenia czyli np. z powietrza zewnętrznego przy pompie ciepła powietrznej czy też z gruntu.
 
COP, to stosunek tej górnej linii, czyli energii oddanej do budynku, do tego kawałka energii elektrycznej jaki włożyliśmy do sprężarki.
 
Cała zabawa z COP zaczyna się wtedy, kiedy uświadomimy sobie, że odnosi się on do konkretnych dwóch punktów pracy, a więc tych, z jaką temperaturą chłodzimy czynnik (to ta nasza podłogówka 35/30 tzw górne źródło) i z jaką temperaturą go podgrzewamy (teperatura zewnętrzna lub solanki, tzw dolne źródło)
 
Załóżmy, że podnosimy temperaturę GZ do ok. 55 stopni i obniżamy temperaturę DZ do ok. -20 stopni.
Co sie dzieje? – widać na rysunku.
 
wykres p-h wyjaśnienia 2
 
Pomijam już na nim opisy.
Widać jednak, że maleje ilość ciepła oddawana do budynku (górna linia), rośnie ilość energi dostarczana do sprężarki, a tym samym spada nam COP.
Tak więc, parametry pracy naszej instalacji, mają kolosoalny wpływ na wielkość współczynnika COP.
Im wyższe temperatury zasilania – tym bardziej spada nam COP
I podobnie z temperaturą zewnętrzną czy temperaturą gruntu, czyli dolnego źródła.
 
Otóż producenci podają COP tylko i wyłącznie dla konkretnych punktów pracy.
Np. B0/W35 – czyli Brine (solanka/glikol) 0 stopni z gruntu i Water (woda) 35 stopni na podłogówkę
lub
A7/W35 – czyli Air (powietrze zewnętrzne) 7 stopni z powietrza i Water (woda) 35 stopni na podłogówkę.
 
Ponadto sama energia elektryczna dostarczana do sprężania to nie wszystko.
Coś musi pogonić naszą ciepłą wodę w instalacji budynku i glikol w instalacji dolnego źródła, czyli pompy obiegowe lub pompa + wentylator,  i bynajmniej nie chodzą one na wodę, tylko na prąd.
Jeśli więc ktoś chce sobie podzielić ilość kwh ciepła dla jego budynku, jaka wynika z obliczeń OZC, i podzielić przez taki COP, a następnie pomnożyć przez stawkę kwh energii elektrycznej, to…. bardzo się zdziwi.
 
Aby to jakoś zunifikować, wymyślono normy.
Taką normą dla gruntowych pomp ciepła była norma EN 255.
Dlaczego była?
Otóż norma ta pokazaywała taki czysty COP przy tylko jednych parametrach B0/W35.
Bez uwzględniania energii pomp obiegowych, niezbędnej do pracy całego układu. (norma ta już nie obowiązuje)
 
Współczynniki COP dla pomp gruntowych wg. tej normy, bardzo ładnie wyglądały na papierze (przekraczały 5).
Sam parametr wody 35 stopni też nie mówił nam wszystkiego do końca.
Norma uwzględniała różnicę 10 stopni, czyli podłogówka 35/25 (średnia więc 30 stopni)
 
Rzecz w tym, że nasza pompa ciepła nie pracuje przez cały sezon na jednych i tych samych, stałych parametrach.
Mamy przecież pogodówkę i zasilanie w naszej instalacji waha się od dwudziestukilku stopni do ponad 40 stopni.
Różnica temperatur zasilania i powrotu też jest z zasady mniejsza, i wynosi ok. 5 stopni.
Również temperatura dolnego źródła się zmienia.
Bardziej dla pomp powietrznych i z dużo mniejszymi wahaniami dla pomp gruntowych.
 
Wprowadzono więc nową normę EN 14511, określającą sposób podawania COP zarówno dla pomp gruntowych, jak i powietrznych.
Norma ta nakazuje podawać COP dla conajmniej 5 charakterystycznych punktów pomiarowych, tj. temperatur +12, +7, +2, -7, -15 stopni
Do tego różnica temepratur np. dla wody, ma wynosić 5 stopni (35/30 średnia 32,5 stopnia, wyższa niż średnia 30 przy 35/25).
COP ma również również uwzględniać energię pomp obiegowych (wentylatora) niezbędną do pracy układu.
 
Wprowadzenie nowej normy nie oznacza, że zabroniono podawania COP wg starej, która nie obowiązuje.
Niestety często w ulotkach spotykamy COP* z gwiazdką, informującą malutką czcionką, że to wg normy EN 255)
A dopiero w dokładniejszych danych technicznych pojawia się nowa norma EN 14511.
Takie działania możemy spotkać nawet u renomowanych producentów.
Jak coś nie jest zabronione – to znaczy, że można 🙂
 
Pojawiają się jeszcze inne ciekawe tricki marketingowe związane z COP.
Np. podawany jest COP bez parametrów dolnego źródła, czy też najwyższy możliwy COP, np. COP do 7. (bez problemu tyle może być przy parametrach B10/W30 i normy właśnie EN 255)
 
Inny chwyt dotyczy monobloków lub pomp ciepła bez fabrycznie zamontowanych pomp obiegowych. Dużo chińskich składaków tak właśnie ma.
Producent testuje urządzenie w laboratorium, oczywiście wg nowej normy, z super pompami obiegowymi (elektroniczne w najwyższej klasie)
Ale późniejsze realia instalacji, tj. standardowe pompy obiegowe + faktyczny opór dolnego źródła powodują, faktyczny COP będzie niższy.
 
Nowa norma daje nam więc spojrzenie na parametry pracy pomp ciepła w dużo szerszym zakresie i teoretycznie powinna pozwolić porównać urządzenia różnych producentów.
Ale tak niestety nie jest.
Norma nie uwzględnia parametrów pracy na przestrzeni całego sezonu grzewczego.
A więc zmiennego obciążenia cieplnego.
Przecież jak za oknem jest +5, to po co mi na podłogówce +35? Wystarczy przecież +27 stopni. Inny będzie COP dla A7/W27,  inny dla A-7/W30, a jeszcze inny dla A-15/W35.
Nie uwzględnia też klimatu. Inne warunki pracy dla pompy ciepła będą w Grecji, a inne u nas w Polsce.
Ponadto energia jest również potrzebna do podtrzymania automatyki pompy ciepła.
 
Planowane jest wprowadzenie sezonowego współczynnika SCOP dla pomp ciepła.
SCOP już obowiązuje od 1-stycznia br dla klimatyzatorów tzw domowych, ale tym samym dla pomp ciepła powietrze/powietrze o mocy do 12 kW.
Dla pomp powietrznych i gruntowych ma obowiązywać od 2015 roku.
Chociaż już dzisiaj część producentów pomp ciepła, określa ten współczynnik i podaje SCOP dobrowolnie.
 
Ale więcej o samym SCOP i o normie wg której jest, i ma być określany,  w następnym wpisie.