Pompa ciepła na niskie temperatury: Działanie i efektywność

Kiedy zrozumiemy podstawową zasadę działania pompy ciepła, a zwłaszcza pompy ciepła powietrze-woda (najbardziej rozpowszechnionej), zdamy sobie sprawę, że im jest zimniej, tym mniej kalorii można odzyskać z powietrza zewnętrznego, a zatem tym mniej pompa ciepła jest w stanie dostarczyć odpowiedniej ilości mocy grzewczej bez pomocy elektrycznego wsparcia.

Czym jest ekstremalne zimno w naszych szerokościach geograficznych?

Przede wszystkim trzeba uzgodnić, co to jest wielki mróz we Francji, Szwajcarii, Belgii, krótko mówiąc w Europie Zachodniej, mniej lub bardziej kontynentalnej, a także dla niektórych regionów bardziej oceanicznych. Ale tam, gdzie jest to najważniejsze, to dla regionów o klimacie kontynentalnym.

Rzeczywiście, w tych regionach klimat znany jest ze swoich ekstremów (choć coraz mniej z upływem lat tego wieku). W zimie jest raczej bardzo zimno, temperatury mogą osiągać od -5°C do -15°C lub -20°C czasem nawet niższe, ale rzadko. Myślimy tu w szczególności o Szwajcarii, Alzacji, Haute Savoie, wszystkich regionach Alp, Nord Pas de Calais itp.

Ekstremalne zimno jest więc zjawiskiem polegającym na występowaniu temperatur poniżej zera, ale jest też zjawiskiem, które osadza się w pewnym okresie czasu. Tydzień lub kilka tygodni, w niektórych regionach kilka miesięcy.

Ekstremalne zimno to na przykład -10°C bez przerwy przez miesiąc lub -15°C przez dwa tygodnie. To subiektywna definicja, ale właśnie to sobie na ogół wyobrażamy, gdy o tym myślimy. A potem myślimy, że nasza pompa ciepła będzie miała ciężko i że nasz rachunek za prąd eksploduje, bo uruchomi się pomocniczy element grzewczy, aby zapewnić zadaną temperaturę.

W rzeczywistości o ekstremalnym zimnie (które zdarza się raz na 30 lat) zaczynamy mówić, gdy temperatura utrzymuje się na poziomie -10°C przez dwa tygodnie (spójrz na ten przykład ze Szwajcarii w latach 2011/2012)

Jest to jednak zjawisko, o którym fantazjują nasze mózgi. Rzeczywiście, jeśli czasami mogą występować skoki temperatury, to danymi, które należy obserwować, jest średnia temperatura w miesiącach zimowych. Jeśli przez dwa dni będzie -20°C, to przez dwa dni włączy się dodatkowy element grzewczy, ale bardzo często temperatura bardzo szybko znów wzrośnie.

W rzeczywistości aktualnym rekordem bardzo mroźnej pogody we Francji, w dostępnych zapisach, jest zima z lat 1962-1963. I co jest uderzające, to fakt, że temperatura nie spadła nawet średnio poniżej 0°C. Było to średnio 0.7°C w okresie grudzień + styczeń + luty. Podczas gdy normalnie mamy około 5°C. Źródło

Ale spokojnie, idziemy w górę, bo w latach 2015 2016 mieliśmy przez zimę średnio 8°C.

Jak pompa ciepła sprawdza się w niskich temperaturach?

Pompy ciepła powietrze-woda są zaprojektowane tak, aby przechwytywać energię z kalorii w powietrzu zewnętrznym. Im jest zimniej, tym mniej jest energii i tym mniej energii mogą one uwolnić do systemu wodnego domu lub ciepłej wody użytkowej.

Pompy ciepła wyposażone są w nowoczesne systemy sterowania, które iterują po zadanej temperaturze. Jeśli przy maksymalnej mocy urządzeń nie można osiągnąć temperatury zadanej, istnieje kilka rozwiązań:

W przypadku ekstremalnego chłodu programowane jest przesunięcie wartości zadanej. Na przykład właściciel akceptuje, że temperatura w pomieszczeniu jest do 3°C poniżej żądanej wartości zadanej, jeśli jest bardzo zimno. Jest to gest ekologiczny (wyjmujemy pulowerki) i ekonomiczny (unikamy zużycia energii elektrycznej przez grzejnik pomocniczy).

Jeśli ten spadek temperatury zostanie przekroczony, włącza się grzałka pomocnicza, która dostarcza niezbędną energię grzewczą do domu. Więc tak, pompa ciepła chwilowo zamienia się w czysto elektryczny system grzewczy.

Nie jest to jednak powód do paniki. W rzeczywistości, jak wspomniano powyżej, musisz spojrzeć na średnią temperaturę w miesiącach zimowych. I zrozumieć, ile razy twój grzejnik włączy się w ciągu tych miesięcy.

Powiedzmy, że mamy skrajny przypadek niesamowitego zimna przez 1 miesiąc każdego dnia i że Twój grzejnik 3kW musi być włączony codziennie 24 godziny na dobę. W ciągu miesiąca zużyjemy 31*24*3 = 2232kWh, czyli przy 21cts per kWh łączny wydatek 468CHF, czyli rozłożony na 12 miesięcy roku, około 40CHF miesięcznie. I to mniej więcej co 30 lat, wiedząc, że klimat się ociepla. W pozostałych latach opór nigdy nie zostanie wykorzystany globalnie, lub w sposób anegdotyczny.

O ile nie popełnisz błędu, jeśli rezystor jest domyślnie włączony... to zgarniesz największy rachunek w swoim życiu, zanim zorientujesz się co się stało.

Cała ta gadka o oporach jest tylko w przypadku tzw. systemu monowalentnego, czyli gdy pompa ciepła ma zapewnić całe ogrzewanie w domu. Czasami zdarzają się systemy biwalentne, czyli kocioł lub piec jest używany jako rezerwowy, aby uzupełnić brak mocy pompy ciepła, gdy jest bardzo zimno.

Generalnie pompy ciepła pracują z poprawnymi współczynnikami efektywności do -7°C (dla wody podgrzanej do 35°C, w przypadku ogrzewania podłogowego), poniżej których ulegają pogorszeniu.

Dowiedz się więcej o pompach ciepła dzięki tym artykułom:

Zużycie energii przez pompę ciepła

Powody, dla których warto unikać pompy ciepła?

jak działa pompa ciepła?