Dziś omawiamy współczynnik COP, który jest kluczowym wskaźnikiem w ocenie efektywności pompy ciepła. Wyjaśnimy, czym dokładnie jest i jakie ma znaczenie. Powiemy jak dokonywać porównania urządzeń i jakie czynniki wpływają na efektywność pompy ciepła.
Spis treści
Czym jest COP pompy ciepła?
Współczynnik efektywności energetycznej COP (ang. Coefficient of Performance) jest jednym z najważniejszych parametrów używanych do oceny efektywności pompy ciepła. Wyraża stosunek ilości ciepła dostarczanego przez pompę ciepła do ilości energii elektrycznej, która jest zużywana do zasilania urządzenia.
Przy obliczaniu COP bierzemy pod uwagę dwa źródła energii:
- dolne – (np. powietrze lub grunt) – umożliwia ekologiczne ogrzanie czynnika chłodniczego w pompie ciepła,
- górne – instalacja grzewcza, do której przekazuje się ciepło przez czynnik chłodniczy i która oddaje ciepło w pomieszczeniu (np. poprzez ogrzewanie podłogowe).
Czym wyższy współczynnik COP, tym lepsza pompa ciepła, ponieważ potrzebuje mniej energii elektrycznej do wytworzenia takiej samej ilości ciepła. Inaczej mówiąc, pompy ciepła o wysokim współczynniku efektywności energetycznej COP mogą skuteczniej wykorzystywać energię, którą czerpią ze środowiska (tj. z powietrza lub gruntu).
Co wpływa na efektywność pompy ciepła?
Przy wyborze pompy ciepła, poza komfortem właściciele liczą przede wszystkim na obniżenie kosztów ogrzewania. Decyduje o tym efektywność pompy ciepła, a do porównania osiągów urządzeń od różnych producentów stosuje się właśnie współczynnik COP. Nie jest to jednak jedyny czynnik, na który należy zwrócić uwagę.
Efektywność pompy ciepła zależna od budowy
Chociaż efektywność pompy ciepła określa się poprzez współczynnik COP, warto mieć również na względzie, że duże znaczenie mają warunki pracy urządzenia oraz jego konstrukcja wewnętrzna.
Na współczynnik sprawności pompy ciepła COP największy wpływ mają poszczególne komponenty, w tym:
- sprężarka,
- zawór rozprężny,
- wymiennik płytowy,
- pompa obiegowa.
Wśród istotnych cech budowy należy wymienić przede wszystkim sprężarkę, która jest najbardziej energochłonną, a przy tym najważniejszą częścią urządzenia. Pobiera ona prąd potrzebny do pracy pompy ciepła i odpowiedzialna jest za zwiększenie ciśnienia czynnika chłodniczego, aby umożliwić późniejszą jego przemianę w skraplaczu.
Sprawność pompy ciepła w zależności od temperatury
COP nie jest czynnikiem stałym, ponieważ zmienia się zależnie od temperatury. Wpływ na niego ma m.in. temperatura ośrodka:
- z którego pompa ciepła pobiera ciepło (dolnego źródła) – gruntu lub powietrza,
- któremu ciepło oddaje (górnego źródła) – temperatura zasilania instalacji grzewczej.
W przypadku pomp gruntowych o wymienniku pionowym mamy do czynienia z sytuacją, gdzie temperatura zasilania układu centralnego ogrzewania i temperatura gruntu na głębokości kilkudziesięciu metrów są względnie stałe. Wtedy ustalenie efektywności pompy ciepła jest dość proste. Testy odbywają się poprzez zmierzenie poboru energii elektrycznej przez pompę w trakcie dostarczania ciepła do ośrodka o temperaturze 35°C (ogrzewanie podłogowe – optymalna temperatura dla instalacji zasilanej przez pompę ciepła). Uwzględnia się przy tym ilość przekazanej energii termicznej, a następnie dzieli ilość ciepła przez ilość pobranej energii elektrycznej, otrzymując współczynnik COP. Uzyskana w ten sposób wartość np. COP=5 oznacza, że do wytworzenia 5 kWh energii cieplnej potrzebna jest jedynie 1 kWh energii elektrycznej. To 1 kWh urządzenie zużywa do zasilenia sprężarki, zaś pozostałe 4 kWh jest darmową energią czerpaną z dolnego źródła. Dla tego typu pomp średnioroczna zmienność współczynnika będzie nieduża.
Dla pomp typu powietrze-woda wahania wartości COP w ciągu całego sezonu grzewczego będą już znaczne. Powodem jest zmienność temperatury zewnętrznej, czyli dolnego źródła. Przy temperaturze +7°C potrzebować będziemy mniej energii elektrycznej by podnieść temperaturę instalacji do 35°C, niż w sytuacji, gdy na zewnątrz temperatura osiąga poziom -7°C. Prosta zależność jest taka, że im mniejsza różnica temperatur pomiędzy dolnym i górnym źródłem, tym wyższe COP osiąga pompa.
Porównanie efektywności pomp ciepła
Warunki zewnętrzne zmieniają się podczas eksploatacji pompy ciepła, a konkretna wartość COP odnosi się tylko do punktu pracy przy określonych wartościach (np. 2/35°C, gdzie 2 to temperatura źródła dolnego, z kolei 35 oznacza temperaturę zasilania instalacji grzewczej). W efekcie współczynnik COP nie jest idealnym wskaźnikiem efektywności pompy ciepła.
Dodatkowo producenci określają współczynnik COP na podstawie warunków ujętych w normie PN-EN 15 511, jednak wciąż można spotkać się ze starą normą PN-EN 255, co przy porównaniu pomp ciepła może powodować nawet kilkuprocentowe różnice. Wynikają one z tego, że w obu normach zakłada się inną temperaturę w instalacji grzewczej. W nowszych przepisach nie tylko temperatura jest niższa, ale także uwzględnia się pobór energii elektrycznej przez pompę obiegową.
Porównanie różnych pomp ciepła ma sens tylko wtedy, gdy dzieje się to na podstawie współczynnika COP określonego w takich samych warunkach temperatury dolnego i górnego źródła oraz w odniesieniu do takiej samej normy.
Do całorocznej oceny efektywności pompy ciepła używa się współczynnika SPF, nazywanego również SCOP. Uwzględnia on zmienne w czasie warunki pracy urządzenia, a tym samym pozwala dokładniej oszacować koszty ogrzewania domu.
Klasy efektywności energetycznej pomp ciepła
Pompy ciepła obowiązuje dyrektywa o efektywności energetycznej oraz znakowaniu urządzeń grzewczych. W efekcie każde urządzenie musi posiadać etykietę określającą jego klasę efektywności energetycznej.
Warto przy tym mieć na względzie, że pompy ciepła należą do urządzeń o bardzo wysokich klasach efektywności energetycznej – sięgają poziomu A++, a nawet A+++. Przykładowo kotły grzewcze mają zazwyczaj klasę A i dopiero wtedy, gdy wykorzystują energię odnawialną mogą uzyskać klasę A+.
Jak podnieść współczynnik COP pompy ciepła?
Głównym czynnikiem decydującym o efektywności pompy ciepła jest jej konstrukcja. Nie oznacza to jednak, że nie można postarać się o podniesienie współczynnika COP w warunkach domowych.
Jak zwiększyć efektywność pompy ciepła?
- Regulacja wg krzywej grzewczej – sterowanie temperaturą wody zasilającej w zależności od temperatury zewnętrznej. W ten sposób płynnie zmniejszamy temperaturę zasilania wraz ze wzrostem temperatury na zewnątrz.
- Zmiana górnego źródła ciepła – np. modernizacja systemu centralnego ogrzewania skutkująca przejściem z grzejników na ogrzewanie podłogowe. Zmniejszamy wtedy temperaturę zasilania (górnego źródła) z np. 55°C do 35°C.
- Termomodernizacja budynku – ocieplenie ścian budynku, zmiana okien na trzyszybowe, usunięcie mostków termicznych, ocieplenie dachu, modernizacja instalacji centralnego ogrzewania (mniejsze przekroje rur, mniejsza ilość wody w układzie). Takie przedsięwzięcie może prowadzić do zmniejszenia temperatury zasilania w układzie centralnego ogrzewania, co za tym idzie zwiększenie COP. Dzięki termomodernizacji zmniejszy się znacznie zapotrzebowanie budynku na ciepło, co bezpośrednio przełoży się na spadek kosztów ogrzewania.
