Dobór mocy pompy ciepła do ogrzewania

Zaktualiowano: 1 czerwca 2022

Nie cena, kolor czy marka, lecz właściwy dobór mocy pompy ciepła jest kluczowy dla zadowolenia z jej posiadania. Możesz kupić pompę ciepła z najwyższej półki, ale jeśli jej moc będzie zbyt duża w stosunku do potrzeb budynku (z inżynierska: będzie przewymiarowana), to po pierwszej zimie i rachunku z elektrowni rzucisz nią za psami a następne kilka lat będziesz opowiadać znajomym, jakim to humbugiem są pompy ciepła.

Powietrzne pompy ciepła zdobywają rynek – słusznie, bo są coraz tańsze i lepsze, a i grzać mogą tanio. Niestety już widać, że i do tej branży przenosi się rak przewymiarowania – włazi tutaj razem z zainfekowanymi fachofcami, którzy po latach montowania ludziom przewymiarowanych kotłów węglowych, teraz chcą montować podobnie przewymiarowane pompy ciepła. Na Odyna, niechaj się w porę opamiętają i douczą! A jeśli nie są do tego zdolni, to chociaż ty, kliencie, zobacz czym grozi przewymiarowanie powietrznej pompy ciepła i jeśli spostrzeżesz, że ktoś chce cię tak urządzić – omijaj partacza szerokim łukiem jeśli szanujesz swoje pieniądze i nerwy. Może brak zleceń i głód przekona instalatorskie czarne owce do dokształcenia się lub zmiany branży.

Spróbuję poniżej opisać prawidłowy dobór mocy pompy ciepła, w języku zrozumiałym dla ludzi, na podstawie wytycznych Polskiej Organizacji Rozwoju Technologii Pomp Ciepła.

Jakiej mocy grzewczej potrzebuje budynek

Pierwszy krok żeby w ogóle myśleć o doborze mocy pompy ciepła to określenie zapotrzebowania budynku na moc grzewczą.

Rozsądne opcje to:

  • zlecenie profesjonalnego audytu OZC (koszt: kilkaset złotych)
  • przybliżone obliczenia na cieplowlasciwie.pl

Najlepsza (najdokładniejsza) jest opcja nr 1. Niestety jest też skomplikowana, wymaga wiedzy, dlatego trochę kosztuje. Opcja nr 2 jest mniej dokładna, ale wciąż pomocna w oszacowaniu potrzebnej mocy pompy ciepła z sensowną dokładnością. Korzysta z niej wiele firm montujących pompy ciepła (może dlatego, że jest darmowa 😉 ).

Jeśli twój instalator ani nie odeśle cię do w/w serwisu, ani sam nie wykona choćby przybliżonych obliczeń a od razu ma gotową odpowiedź typu:

No, na 100 mkw. docieplonego domu to panie będzie 10 kilowat minimum.

– bierz nogi za pas, bo trafiłeś na partacza dobierającego moc od czapy, tak jak jeszcze niedawno dobierał kotły węglowe.

Fachowiec przed jakąkolwiek deklaracją co do mocy pompy ciepła najpierw wypyta szczegółowo o parametry budynku (bądź odeśle do cieplowlasciwie.pl i poprosi o link do wyniku) oraz rodzaj i parametry instalacji grzewczej. Jak się zaraz przekonasz – to są niezbędne informacje w doborze mocy pompy ciepła.

Jak dobrać moc pompy ciepła do potrzeb budynku

Dobór pompy ciepła jest bardziej złożony niż dobór dowolnego rodzaju kotła. Kocioł ma konkretną moc nominalną, którą jest w stanie osiągnąć przy dowolnych temperaturach za oknem i na grzejnikach.

Z pompami ciepła jest zupełnie inaczej: moc i efektywność pompy ciepła zmienia się zależnie od temperatury czerpanej (powietrze/grunt/woda) i oddawanej (ogrzewanie podłogowe/grzejniki).

Dlatego w doborze mocy pompy ciepła trzeba brać pod uwagę także:

  • temperaturę za oknem, dla której dobiera się pompę (nie zawsze to będzie najzimniejszy dzień zimy jak w przypadku kotłów, o tym za chwilę),
  • temperaturę na instalacji grzewczej wymaganą przy danej temperaturze za oknem,
  • moc, jaką dana pompa ciepła zapewni w tych warunkach (zazwyczaj niewiele to ma wspólnego z deklarowaną mocą nominalną).

Najpierw musisz zdecydować, czy pompa ciepła ma pracować:

  • samodzielnie, jako jedyne źródło ciepła także w największy mróz (tryb monowalentny)
  • czy też w parze z dodatkowym źródłem ciepła, które w największe mrozy całkowicie przejmie obowiązki grzania budynku (tryb biwalentny)

W trybie monowalentnym pracują zazwyczaj gruntowe pompy ciepła. Rozwój technologii powietrznych pomp ciepła również wydał już na świat modele zdolne pracować w temperaturach rzędu -20 st.C.

W trybie biwalentnym siłą rzeczy pracować będzie większość powietrznych pomp ciepła, gdyż w największe mrozy osiągają one najsłabsze sprawności a nawet odmawiają współpracy poniżej -15 czy -20 stopni. Jeśli już masz kominek, kocioł na pellet albo kocioł gazowy to bardziej opłacalne może być uruchomienie tego dodatkowego źródła ciepła niż piłowanie sprężarki w pompie ciepła w warunkach dla niej najmniej korzystnych.

Dobór mocy pompy ciepła jako jedynego źródła ciepła (tryb monowalentny)

Pompę ciepła mającą pracować jako samodzielne źródło ciepła dla budynku dobiera się prawie tak jak kotły: jeżeli w najmroźniejszy dzień zimy (załóżmy że to -20 st.C) budynek potrzebuje 10kW mocy – to pompa ciepła musi te 10kW dostarczyć. Ale...

Niespodzianka! To nie znaczy, że trzeba wybrać pompę o mocy nominalnej 10kW! Moc nominalna pompy ciepła to coś zupełnie innego niż moc nominalna kotła – jest to wartość raczej marketingowa. Jak już wyżej wspomniałem, moc pompy ciepła jest zmienna i zależna od kilku czynników – więc nie da się powiedzieć, jaką moc nominalną ma pompa ciepła "ogólnie" (co w przypadku kotłów było zupełnie oczywiste, one zawsze miały taką samą moc nominalną).

Zbieramy wszystkie dane potrzebne do doboru mocy pompy ciepła:

  • Trzeba poznać pesymistyczną temperaturę dolnego źródła pompy ciepła. Dla pompy powietrznej jest to po prostu temperatura powietrza w zakładanym najmroźniejszym dniu.
  • Trzeba ustalić, jaka temperatura zasilania instalacji grzewczej będzie potrzebna w najmroźniejszym dniu zimy. Dla podłogówki to max. 35 st. Dla instalacji grzejnikowych – zależy, czy to instalacja nowa lub z powiększonymi grzejnikami z myślą o pompie ciepła (wtedy wiadomo na jaką temperaturę grzejniki zostały dobrane), czy zastana (wtedy albo można z grubsza oszacować parametry grzejników, albo skorzystać z doświadczenia z poprzednich sezonów grzewczych). Może to być zarówno 40 st.C jak i 55 st.C. Jeśli potrzeba więcej – pompa ciepła tego sensownie nie pociągnie bez dodatkowego źródła ciepła. Załóżmy dla przykładu, że potrzeba 55 st.C.
  • Moc grzewczą potrzebną w w/w warunkach już znamy (10kW).

Mając te dane w garści, zaglądamy do danych technicznych pompy (część firm udostępnia je w formie wygodnych tabel doboru mocy) i sprawdzamy, które urządzenie dostarczy 10kW przy temperaturze dolnego źródła -20 st.C i zasilaniu 55 st.C. Wybieramy najmniejszą pompę ciepła, która dostarczy w zadanych warunkach moc jak najbliższą 10kW. W razie gdyby np. jeden model pompy ciepła dawał 9kW a drugi 11kW, gdy potrzebne jest 10kW – lepiej wziąć ten mniejszy, choćby nawet miał być ciut za mały. W najgorszym razie dom będzie o 1-2 st. chłodniejszy przez kilka dni w roku. Podczas gdy przewymiarowanie rzutuje negatywnie na większą część sezonu grzewczego.

Może się okazać, że żadna pompa ciepła danej firmy nie spełni wymagań. Bo np. przy -20 st.C nie dobija do wymaganej temperatury zasilania 55st.C. Wtedy albo trzeba szukać w ofertach innych marek – albo zdecydować się na tryb biwalentny.

Dobór mocy pompy ciepła z dodatkowym źródłem ciepła (tryb biwalentny)

Dobór pompy ciepła do współpracy z dodatkowym (szczytowym) źródłem ciepła wygląda analogicznie, tyle że punktem odniesienia nie jest już najmroźniejszy dzień zimy, lecz umowna temperatura zewnętrzna, przy której drugie źródło ciepła przejmie zadanie grzania budynku a pompa ciepła przejdzie w stan spoczynku.

Ten punkt nazywa się temperatura biwalentna.

Dokładna wartość temperatury biwalentnej znowuż zależy od garści czynników (np. lokalizacji a co za tym idzie strefy klimatycznej) a dobiera się ją w taki sposób, aby udział dodatkowego źródła ciepła w pokryciu sezonowego zapotrzebowania na ciepło nie przekraczał 5-10%.

Dla większości rejonów Polski temperatura biwalentna będzie przy tym założeniu wypadać między -5 a -10 st. C za oknem.

Znając temperaturę biwalentną, dalszy dobór konkretnej pompy ciepła przebiega tak jak dla trybu monowalnentnego, wszakże z dwiema istotnymi różnicami:

  • w miejsce najzimniejszego dnia zimy wskakuje temperatura biwalentna
  • potrzebna jest mniejsza moc pompy ciepła: zamiast maksymalnej mocy grzewczej wymaganej przez budynek, potrzebujemy ok. 70% z tego (zależnie jaka dokładnie jest wartość temperatury biwalentnej).

Temperaturą biwalentną można manewrować w dość sporym zakresie jeśli się wie, co się robi. Raczej nie będzie to miało sensu w przypadku gdy drugim źródłem ciepła jest grzałka elektryczna – to droga energia, więc raczej chcemy minimalizować jej użycie.

Ale w sytuacji, gdy masz już kocioł (węglowy, gazowy, na pellet) a pompa ciepła będzie dołożona do istniejącej instalacji – wtedy sensowne może być podniesienie temperatury biwalentnej, aby zwiększyć udział drugiego źródła ciepła w produkcji energii. W ten sposób wykorzystasz pompę ciepła tam, gdzie ma największą sprawność (temperatury plusowe i lekki minus) a w większe mrozy będziesz grzać kotłem, który wtedy będzie tańszy niż tracąca tu na efektywności pompa ciepła.

Skutki przewymiarowania pompy ciepła

Jak każdy kocioł, również pompa ciepła ma swoją moc nominalną i zakres modulacji mocy. Wygląda to niby trochę inaczej niż w kotle np. węglowym – ale tak naprawdę problemy są bardzo podobne.

Co tu jest najistotniejsze? Ten gwałtowny spadek sprawności około/poniżej mocy minimalnej. Gdy pompa nie jest w stanie pracować ciągle, bo budynek potrzebuje mniej ciepła niż pompa produkuje na najniższym swoim biegu, wtedy zaczyna się taktowanie, czyli praca z częstymi załączeniami i zatrzymaniami. Tak samo zachowują się kotły gazowe i węglowe. One również mają w tym zakresie pracy najgorsze sprawności.

W pompie ciepła nie dość, że sprawność przy częstym taktowaniu jest fatalna, to jeszcze odbija się na żywotności urządzenia, gdyż rozruch jest momentem największego zużycia sprężarki. To jak jazda autem spalinowym na krótkie dystanse.

Teraz na powyższe nałóżmy rozkład temperatur w sezonie grzewczym. Tak to będzie wyglądało dla poprawnie dobranej mocą pompy ciepła:

Wszystko do siebie zaskakująco pasuje: najwięcej dni sezonu grzewczego wypada w zakresie obciążeń, w którym pompa ciepła ma najlepszą sprawność. Przypadek? Gdzie tam! Tak to zostało zaprojektowane.

A teraz zobaczmy, jaki los sobie gotuje ktoś pełen dobrych intencji, chcący przewymiarować pompę ciepła, aby nie pokąsały go te straszne grzałki. Załóżmy, że wziął pompę o 50% za dużą:

Cel osiągnięty: dodatkowe źródło ciepła nigdy nie będzie potrzebne. Tylko co z tego, skoro mimo to rachunek za prąd będzie bolesny! Ale jako to? Ano tak: przewymiarowanie pompy w celu "ucieczki przed grzałkami" spowodowało, że pompa większej mocy przez większość sezonu grzewczego będzie musiała taktować. Potrzeby budynku będą bowiem zbyt małe, aby mogła pracować ciągle choćby na minimum mocy. W ciągłą pracę wejdzie dopiero w mrozy – ale to mniejsza część sezonu grzewczego.

Skutkiem tego średnioroczna sprawność poleci na twarz w porównaniu do sytuacji gdzie moc pompy ciepła dobrano poprawnie.

Wszystko w skrócie na jednej grafice:

Pytałem kilku firm i każda proponuje innej mocy pompę ciepła

Nawet mając w garści wynik audytu OZC lub oszacowanie z cieplo.app, w różnych firmach możesz dostać bardzo różne propozycje doboru mocy pompy ciepła, z rozrzutem nawet kilkunastu kilowatów. Czy to normalne? Komu wierzyć?

Z jednej strony to może być normalne: jak było wcześniej wyjaśnione, moc nominalna pompy ciepła to pojęcie względne i rozmyte. Różni producenci różnie ją sobie ustalają. Może się zdarzyć tak, że pompy różnych producentów, które swoją charakterystyką pasują do danego budynku, będą miały moce nominalne różne o parę-kilka kilowatów – i nie będzie w tym nic złego, i każda będzie poprawnym wyborem.

Z drugiej strony to może być nienormalne: kiepski dobór mocy nie przeszedł do historii razem z kotłami węglowymi. Nie wszyscy z tych, którzy kilka lat temu przewymiarowywali pudła na czarne kamienie, zdążyło się podszkolić należycie przed przebranżowieniem na pompy ciepła. Mogą się zdarzać przypadki doboru na pałę, według jakichś własnych radosnych reguł.

Jak te sytuacje odróżnić? Na pewno bordowy alarm powinien się włączyć w sytuacji, gdy proponowana moc nominalna pompy ciepła jest większa (lub mniejsza!) od wyniku audytu OZC lub oszacowania z cieplo.app o więcej niż kilka kilowatów. Fachowiec będzie potrafił ze szczegółami wyjaśnić, skąd taki dobór modelu i mocy pompy ciepła wynika. W szczególności wyjmie dane techniczne pomp / tabele doborowe producenta. Im mniej szczegółowe a bardziej anegdotyczne będzie to wyjaśnienie – panie, 5 lat tak dobieram i nikt nie narzeka a tamci się naczytali internetów he he co oni się znają – tym większa szansa, że urządzenie zostało dobrane niefachowo.