Pompa ciepła a polska zima

Transformacja energetyczna stała się faktem, a pompy ciepła już na dobre wpisały się w krajobraz polskich miast i wsi, dostarczając do budynków czystą i tanią energię. Jednak wiele obaw wśród potencjalnych inwestorów budzi fakt mroźnej zimy, która w Polsce wciąż się zdarza, szczególnie na obszarach górskich i podgórskich oraz w północno-wschodniej części kraju. Czy faktycznie podstawowy rodzaj pompy ciepła (np. powietrze-woda) może okazać się niewystarczający do ogrzania standardowego polskiego domu zimą?

OZE jako źródło ciepła

Nowoczesna technika grzewcza opiera się na rozwiązaniach z dziedziny odnawialnych źródeł energii, które wyróżniają się ekologicznym i ekonomicznym wytwarzaniem energii cieplnej. Jednym z takich źródeł jest pompa ciepła (ang. Heat Pump) będąca urządzeniem pozyskującym energię cieplną z otoczenia (środowiska), a więc z powietrza, wody czy gruntu przy wspomaganiu sprężarką i grzałką. W ten sposób pompa pozyskuje energię i za pośrednictwem czynnika chłodniczego przekazuje ją dalej do instalacji i wnętrza budynku.

Co ciekawe, sprężąrka włącza się cyklicznie, natomiast grzałka elektryczna tylko w sytuacjach awaryjnych, kiedy pozyskiwanie energii cieplnej z otoczenia jest utrudnione przez skrajnie niską temperaturę lub instalacja została nieprawidłowo zaprojektowana/wykonana. Dla wielu sposób działania pompy ciepła wciąż jest niezrozumiały, a przecież tej technologii używa się od 1928 r. (teoretyczne podstawy opublikowano już w I poł. XIX w.). Cała tajemnica tkwi w prawach fizyki, a dokładniej bazuje na zasadach termodynamiki i procesach wymiany ciepła. Więcej o tym, jak działa to urządzenie można przeczytać tutaj. Jednostka centralna pompy ciepła wykorzystuje zaawansowane technicznie rozwiązania wraz z elektronicznymi modułami sterującymi i licznymi czujnikami. Jednak ich obecność we współczesnych urządzeniach jest dziś standardem w celu zapewnienia wydajnej, elastycznej i komfortowej eksploatacji.

Pompa ciepła w polskich warunkach pełni najczęściej funkcję grzewczą, dbając o komfort termiczny pomieszczeń budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej, a dodatkowo może dostarczać ciepłą wodę użytkową (C.W.U.). Natomiast w okresie letnim bywa wykorzystywana do chłodzenia wnętrz budynków jako konkurencyjna alternatywa dla klasycznych systemów klimatyzacji.

Co ciekawe, pompa ciepła może (z technicznego punktu widzenia nawet powinna) pracować cały rok, aby zachować swoją sprawność grzewczą/chłodniczą, a tym samym (paradoksalnie) wydłużyć swoją żywotność. Urządzenie wymaga regularnego serwisu i konserwacji w celu bezawaryjnego i wydajnego zaspokajania potrzeb energetycznych budynku i domowników.

Niskie temperatury zimą a pompa ciepła

Polska zlokalizowana jest w umiarkowanej strefie klimatycznej, dla której charakterystyczna jest przejściowość i zmienność pogodowa, co skutkuje występowaniem 4 pór roku oraz mniej/bardziej widocznych okresów przejściowych między każdą z nich. Jednak w dobie zmian klimatycznych, najchłodniejsza pora roku coraz częściej przypomina kapryśną jesień z zimowymi epizodami i wiosennymi akcentami niż typową polską zimę znaną choćby z dzieł Fałata czy Kossaka. Dodatkowo okresy całodobowego mrozu utrzymującego się tygodniami należą obecnie do meteorologicznej ciekawostki niż reguły – znacznie częściej przybierają postać przymrozków. Dotyczy to większości terytorium kraju z wyjątkiem charakterystycznych biegunów zimna jak góry, tereny podgórskie czy obszar północno-wschodniej Polski, gdzie zima, choć łagodniejsza, nadal posiada swoje typowe atrybuty.

W takich warunkach pompa ciepła typu powietrze-powietrze lub powietrze-woda nie napotyka większych problemów w pozyskaniu energii cieplnej i dostarczeniu jej do instalacji grzewczej budynku. Wspomniane rodzaje pompy ciepła mogą pełnić swoją rolę nawet przy temperaturze -30°C. Oczywiście tak skrajne warunki obniżają jej wydajność, ale mimo to nadal zapewnia akceptowalny komfort termiczny wewnątrz budynku, ale kosztem większego zużycia energii elektrycznej. Jeszcze dekadę-dwie temu nie było to takie oczywiste, dlatego wybierano raczej droższe modele wykorzystujące energię cieplną gruntu lub wody.

Bardzo interesującym przykładem zastosowania pompy ciepła w niskich temperaturach jest Skandynawia, gdzie mróz i śnieg pojawia się regularnie. Jeszcze ciekawsza oakzuje się popularność tego ogrzewania, ponieważ od 40 do 60% gospodarstw domowych w ten sposób ogrzewa swój budynek. Liderami w użytkowaniu pomp ciepła są przede wszystkim Norwegowie, a w dalszej kolejności Szwedzi i Finowie. Nie można zapominać, że wspomniane narody zamieszkują przynajmniej częściowo obszary leżące za północnym kołem podbiegunowym, gdzie niskie temperatury panują tam przez większą cześć roku, nie wspominając o zjawisku nocy polarnych. Jest to mocny argument za tym, że OZE mogą stać się solidnym filarem w procesie transformacji energetycznej również w Polsce, gdzie zimy są znacznie łagodniejsze niż na dalekiej północy. Szacuje się, że nad Wisłą do końca 2024 r. działało ok. 670 tys. Instalacji bazujacych na pompie ciepła. Jako ciekawostkę należy dodać, że pompa ciepła typu gruntowego jest swego rodzaju odmianą geotermii i stanowi droższą, ale bardziej niezależną od warunków zewnętrznych alternatywę dla popularnych urządzeń typu powietrze-powietrze lub powietrze-woda.

Efektywność pompy ciepła zimą

To, co najbardziej interesuje rodzimych inwestorów to wydajność pompy ciepła w warunkach polskiej zimy. Wielu potencjalnych klientów ma obawy, czy taki system sprawdzi się w ich budynkach. Najczęściej wynika to z faktu niezrozumienia działania tej technologii oraz tego, że energia cieplna powstaje bez jakiejkolwiek formy spalania paliwa. Jest to podejście naturalne i bardzo ludzkie, ponieważ każda nowa technologia wymaga czasu adaptacji, który jest potrzebny, aby lepiej poznać urządzenie, przekonać się jak działa i czy faktycznie będzie tańsza w eksploatacji.

Wydajność pompy ciepła (szczególnie typu powietrze-powietrze i powietrze-woda) podczas niskich temperatur jest uzależniona od kilku istotnych czynników, które należy wziąć pod uwagę, rozważajać inwestycję w tę technologię. A są to:

• audyt energetyczny – podstawowy dokument sporządzony przez fachowca uwzględniający m.in. aktualny stan budynku, w tym obecność i jakość izolacji termicznej, istniejącą instalację grzewczą z C.W.U. oraz przenikalność cieplną przegród i wentylację, a także zapotrzebowanie na energię cieplną (charakterystyka energetyczna budynku);
• dobór optymalnego modelu – to bardzo ważny etap, ponieważ pozwala wybrać najlepszy typ i moc, która będzie adekwatna do parametrów energetycznych danego budynku i jego instalacji grzewczej; warto tutaj dodać, że największą wydajność pompa ciepła osiąga w dobrze izolowanym termicznie budynku wyposażonym w wentylację mechaniczną z rekuperacją, gdzie może współpracować z tzw. niskotemperaturową instalacją grzewczą (podłogówka albo podłogówka + nowoczesne grzejniki np. płytowe, konwektorowe czy kanałowe); równie istotny jest współczynnik COP/SCOP, ponieważ bezpośrednio informuje o efektywności pompy ciepła – za standard uznaje się wartość 3,0, a im bliżej 5,0, tym lepiej;
• różnica temperatur – podobnie jak w innych rodzajach ogrzewania, różnica temperatur między otoczeniem a wnętrzem budynku ma istotne znaczenie, szczególnie w czasie mrozów – w pompie ciepła decydujący będzie tzw. punkt biwalentny urządzenia, który określa graniczny zakres temperatur (w polskich warunkach zwykle między -7°C a -12°C), po którego przekroczeniu uruchamiane jest wspomaganie grzałką elektryczną;
• racjonalny dobór temperatury – zbytnie modulowanie wartością temperatury w pomieszczeniach może wymuszać włączanie się grzałki elektrycznej, dlatego warto utrzymywać mniej więcej stałą temperaturę w ciągu doby, aby uniknąć skokowego dogrzewania grzałką np. w przypadku ustawiania niższej temperatury w nocy i znacznie wyższej w dzień; za złoty środek można przyjąć 21°C, które dla większości ludzi zapewnia komfort termiczny;
• zapobieganie oblodzeniu – jednostka centralna znajdująca się na zewnątrz może ulec oblodzeniu i zaśnieżeniu, więc należy zadbać o to, aby przepływ powietrza przez jednostkę był swobodny, a kanały powietrzne i odpływowe zawsze drożne; mimo obecności trybu odmrażania (defrost), pompa ciepła działa wydajniej, jeżeli nie musi go zbyt często uruchamiać – zachowanie odległości od ściany budynku i gruntu, zadaszenie nad i osuszenie gruntu wokół jednostki to dobra praktyka;
• serwis i konserwacja – nie jest tajemnicą, że regularne serwisowanie systemu grzewczego przez osoby do tego uprawnione pozowli cieszyć się efektywnym, ekologicznym i tanim ciepłem przez wiele lat, dlatego przed rozpoczęciem sezonu grzewczego warto zdecydować się na serwis i konserwację tak urządzenia, jak i instalacji.

Wiedzac już, od czego zależy efektywnoscpompy ciepła zimą, warto podkreśłić, że niekwestionowaną zaletą urządzenia jest bezobsługowość, oczywiście poza ustawieniem optymalnej temperatury przez wyznaczenie tzw. krzywej grzewczej, zapewniającej mieszkańcom komfort termiczny. Brak obsługi źródła ciepła zimą jest szczególnie ważny, ponieważ praca na zewnątrz przy niskich temperaturach i opadach nie należy ani do lekkich, ani przyjemnych. Innym atutem pompy ciepła jest znikome ryzyko pożaru czy wybuchu, co w przypadku innych, konwencjonalnych źródeł ciepła nie jest takie oczywiste i wymaga zachowania szczególnej ostrożności podczas eksploatacji.

Ponadto warto zwrócić uwagę na brak emisji pyłów i toksycznych substancji oraz możliwość chłodzenia w okresie letnim, co pozwala uniknąć dodatkowej inwestycji w system klimatyzacji. Jest to szczególnie korzystne finansowo rozwiązanie, jeśli pompa ciepła współpracuje z instalacją fotowoltaiczną, a na oba systemy udało się pozyskać dofinansowanie z krajowych programów wsparcia. Mowa o takich programach, jak np. Czyste Powietrze, Mój Prąd czy Moje Ciepło. Co ważne, ten ostatni dotyczy właścicieli nowo powstałych (zakończenie budowy lub złożenie wniosku o użytkowanie po 31.12.2020 r.) bądź powstających jednorodzinnych budynków mieszkalnych, które zostaną wyposażone w pompę ciepła (opcjonalnie też C.W.U.). A jeśli ktoś planuje budowę, może złożyć wniosek o dofinansowanie do końca 2026 r.

Więcej o tym, jak świadomie dbać o pompę ciepła zimą w polskich warunkach, można przeczytać tutaj.

Podsumowanie

Pompa ciepła podczas polskiej zimy, wbrew wielu opiniom, sprawdza się dokładnie tak samo dobrze jak w Skandynawii, gdzie mroźna i snieżna zima jest regułą, a nie wyjątkiem. Co szczególnie ważne, nawet najtańsze modele działające w trybie powietrze-powietrze czy powietrze-woda są w stanie poradzić sobie z ujemnymi temperaturami spadającymi nawet do -30°C). W efekcie pompa ciepła może być ekonomicznym, ekologicznym źródłem ciepła i/lub C.W.U. odpowiadajacym potrzebom przeciętnego gospodarstwa domowego. Jednak aby tak się stało, urządzenie powinno być dostosowane do zapotrzebowania energetycznego budynku, który posiada solidną izolację termiczną, nowoczesną wentylację rekuperacyjną i nieprzestarzałą instalację grzewczą. Wówczas pompa ciepła „odwdzięczy się” wydajną pracą, a rachunki za ogrzewanie będą miłą niespodzianką dla domowników.