COP pompy ciepła: co to jest, jak się go mierzy i dlaczego we mgle nie jest już taki sam
Kto porównuje dwie pompy ciepła, patrzy najpierw na jedną liczbę: COP. To właściwa liczba, a zarazem ta, którą najłatwiej pokazać lepszą, niż jest. W tej pigułce wyjaśniamy, czym jest COP i jak się go uzyskuje, dlaczego wartość katalogowa rodzi się w laboratorium, a nie w styczniowej mgle, co się zmienia z temperaturą zewnętrzną i temperaturą wody, czym są SCOP, EER i SEER, i które części maszyny decydują o tym, czy ta liczba utrzyma się także zimą.
01
Czym jest COP i jak się go uzyskuje
COP to skrót od coefficient of performance, po polsku współczynnik wydajności. To energia cieplna, którą pompa ciepła oddaje do instalacji, podzielona przez energię elektryczną, którą na to zużywa. Jeśli maszyna wnosi do domu 4 kW ciepła, a licznik pokazuje 1, COP wynosi 4: na każdą opłaconą kWh cztery trafiają do grzejników lub do podłogi. Pozostałe trzy bierze za darmo z powietrza zewnętrznego.
Obliczenie zaczyna się od trzech pomiarów. Na obiegu wody odczytuje się przepływ, temperaturę zasilania i powrotu. Oddane ciepło to przepływ razy różnica temperatur razy ciepło właściwe wody: 1,72 m³/h przy różnicy 5 °C daje 10 kW. Po stronie elektrycznej watomierz mierzy, ile pobierają sprężarka, wentylator, elektronika i pompy wewnętrzne. Dzieląc pierwszą liczbę przez drugą, otrzymuje się COP.
To liczba, która mówi, jak dobra jest maszyna, i rzeczywiście porównuje się ją jako pierwszą. Problem w tym, gdzie się ją mierzy.
02
W laboratorium, nie we mgle
Katalogowy COP powstaje w komorze klimatycznej, w warunkach ustalonych przez normę EN 14511. Najczęściej cytowany, A7/W35, oznacza powietrze +7 °C i wodę 35 °C. Inny punkt badania, A2/W35, to powietrze +2 °C przy wilgotności około 84%. To warunki czyste i stałe, jednakowe dla wszystkich, i służą do porównywania maszyn. Dom jednak nie stoi w laboratorium.
Zimą na Nizinie Padańskiej rzeczywistość jest inna. Przy 2 °C na zewnątrz i mgle wilgotność sięga 90%, a często 100%. Powietrze przechodzące przez wymiennik zewnętrzny ochładza się o kilka stopni, para osiada na lamelach i zamarza. Szron rośnie szybko i zamyka kanały powietrza. Wentylator się męczy, wymiennik oddaje mniej ciepła, a maszyna, żeby dalej grzać, musi się zatrzymać i odszronić.
Podczas odszraniania pompa ciepła nie ogrzewa domu: przez kilka minut pobiera ciepło z instalacji i wysyła je na zewnątrz, żeby stopić lód. Za tę energię się płaci, a nie trafia ona do grzejników, więc rzeczywisty COP dnia spada.
W laboratorium tego fragmentu często nie widać. Badanie trwa krótko, często półtorej godziny w stanie ustalonym. Jeśli szron tworzy się powoli, pomiar kończy się przed pierwszym odszranianiem i maszyna go unika. Wychodzi tabela, która nie uwzględnia odszraniania, i to sposób, żeby liczby wyglądały ładniej, niż są. Liczba jest prawdziwa, ale opisuje maszynę, która ominęła najtrudniejszą część zimy.
03
Co robi różnicę: wymiennik, wentylator i obieg
Różnicę robi jakość obiegu chłodniczego, element po elemencie.
- Wymiennik i wentylator. Przy lamelach w odstępie 2,5 mm i dużej powierzchni wymiany szron potrzebuje więcej czasu, żeby zamknąć kanały, a odszranianie jest rzadsze i krótsze. Wyjaśniliśmy to w pigułce o odstępie lamel i w tej o odszranianiu.
- Średnica rur. Wąskie rury kosztują mniej, ale hamują czynnik chłodniczy: sprężarka musi mocniej tłoczyć, żeby przepchnąć tę samą ilość gazu, a ten dodatkowy wysiłek płaci się na rachunku.
- Zawór czterodrogowy. To zawór, który odwraca obieg do odszraniania i do chłodzenia. Jeśli jest mały w stosunku do maszyny, gaz przechodzi przez niego z trudem i w każdej godzinie pracy traci się sprawność.
- Wymiennik wodny, w pompach powietrze-woda. Więcej płyt to większa powierzchnia między czynnikiem a wodą: sprężarka może pracować przy niższym ciśnieniu, dając instalacji tę samą temperaturę, a COP rośnie.
- Rozdzielacz w płytach. Gdy jest, dzieli czynnik po równo między wszystkie płyty. Bez niego jedne płyty pracują mocno, a inne prawie wcale, i wymiennik działa tak, jakby był mniejszy.
- Sprężarka i inwerter. Sprężarkę trzeba dobrać do grzania zimą, a nie adaptować z chłodzenia (pigułka o sprężarkach), a inwerter musi pozwolić jej pracować na połowie mocy przez prawie cały sezon, tam gdzie sprawność jest najwyższa (pigułka o doborze). Inwerter też zużywa energię: część prądu, który do niego wchodzi, zamienia się w ciepło w jego elementach. W naszych maszynach do domów inwerter jest z węglika krzemu (SiC): przełącza z mniejszymi stratami niż tradycyjny krzem, mniej się grzeje i zostawia więcej energii sprężarce. To sprawność zyskana bez dotykania obiegu: różnicę między SiC a IGBT wyjaśniamy w pigułce o inwerterze.
To elementy, których nie widać w karcie technicznej. W laboratoryjnym COP ważą niewiele; w styczniowej mgle robią całą różnicę.
04
COP zmienia się z powietrzem na zewnątrz i wodą w środku
Ta sama sprężarka z tym samym wymiennikiem daje różne liczby zależnie od tego, jak zimno jest na zewnątrz i jak ciepła ma być woda. Im bliżej siebie są te dwie temperatury, tym wyższy COP. Widać to w kartach europejskiej certyfikacji HP Keymark, mierzonych przez niezależne laboratorium przy obciążeniu częściowym według EN 14825. Dla jednej z naszych pomp powietrze-woda 8 kW na propan:
Dwie rzeczy do odczytania z tej tabeli. Pierwsza: „COP 10”, którego niektórzy szukają, istnieje, ale przy +12 °C z ogrzewaniem podłogowym i maszyną na minimum, nie w styczniu. Druga: przejście z 35 na 55 °C zasilania kosztuje przy każdej temperaturze zewnętrznej około jednej trzeciej COP. Dlatego opłaca się podawać wodę o najniższej temperaturze, jaką instalacja przyjmie, a 70 °C zostawić na dni, kiedy są naprawdę potrzebne, jak wyjaśniamy w pigułce o grzejnikach.
| Powietrze zewnętrzne | Woda 35 °C (podłogówka) | Woda 55 °C (grzejniki) |
|---|---|---|
| -7 °C | COP 3,59 | COP 2,56 |
| +2 °C | COP 5,84 | COP 4,19 |
| +7 °C | COP 7,64 | COP 5,77 |
| +12 °C | COP 10,37 | COP 8,16 |
05
SCOP: liczba, która idzie na rachunek
COP to zdjęcie przy jednej temperaturze. SCOP, sezonowy współczynnik wydajności, to film z całej zimy: norma EN 14825 bierze godziny typowej zimy, dzieli je według temperatury zewnętrznej, mierzy COP przy -7, +2, +7 i +12 °C i liczy średnią ważoną godzinami. Wynik mówi, ile ciepła uzyskuje się z każdej elektrycznej kWh w całym sezonie, i stąd bierze się klasa energetyczna na etykiecie.
Dla tej samej maszyny co w tabeli certyfikowany SCOP wynosi 5,75 przy wodzie 35 °C i SCOP 4,20 przy 55 °C. To liczba do porównywania dwóch pomp ciepła, przy tej samej temperaturze wody i tym samym klimacie: karta Keymark podaje ją dla klimatu umiarkowanego i, gdy jest, dla chłodnego. Ale i SCOP rodzi się w laboratorium, z tych samych badań, o których mówiliśmy wyżej: mówi, kto jest sprawniejszy, a nie ile zużyjesz ty w swoim domu.
06
EER i SEER: to samo latem
Gdy pompa ciepła chłodzi, stosunek oddanego chłodu do zużytego prądu nazywa się EER, energy efficiency ratio. SEER to jego wersja sezonowa, jak SCOP dla grzania. Mechanizm jest identyczny, z odwróconymi rolami: im cieplejsze powietrze zewnętrzne i im zimniejsza ma być woda, tym niższy EER. Maszyna z dużym wymiennikiem i wentylatorem, który dobrze przez niego przedmuchuje, ma dobry EER z tego samego powodu, z którego ma dobry COP: wymienia dużo ciepła przy małej różnicy temperatur.
07
Etykieta energetyczna: co znaczy A+++
W Niemczech „Energieeffizienz Wärmepumpe”, efektywność energetyczną pompy ciepła, wyszukuje się 260 razy w miesiącu. Na etykiecie nie ma SCOP, tylko sezonowa efektywność ηs: SCOP podzielony przez 2,5, współczynnik, którym Europa przelicza prąd na energię pierwotną, minus 3 punkty za regulację.
Klasa energetyczna zależy od tej liczby i od temperatury wody. Przy wodzie 35 °C, jak w podłogówce, A+++ oznacza co najmniej 175%; przy wodzie 55 °C, jak w grzejnikach, co najmniej 150% (rozporządzenie UE 811/2013; obecna etykieta obowiązuje od 26 września 2019). Nasza Kita X ma 221,5% przy 35 °C i 172,7% przy 55 °C: w obu przypadkach A+++.
Dwie maszyny w klasie A+++ mogą się jednak bardzo różnić: klasa to stopień i nie mówi, o ile urządzenie przekracza próg. Żeby je porównać, patrzy się na SCOP albo ηs przy tej samej temperaturze wody i w tym samym klimacie.
08
Co to znaczy dla rachunku
Dom, który potrzebuje 15 000 kWh ciepła rocznie, przy rzeczywistym SCOP 4 kupuje 3 750 kWh prądu. Przy rzeczywistym SCOP 3 kupuje 5 000: o 1 250 kWh więcej, co roku, dla tego samego domu w tej samej temperaturze. Różnica między 4 a 3 to różnica między maszyną, która nawet we mgle trzyma się blisko liczb katalogowych, a taką, która gubi je po drodze. W pigułce o zużyciu policzyliśmy to według wielkości; w tej o mocy użytecznej wyjaśniamy, dlaczego przy -7 °C moc liczy się tak samo jak COP.
09
Jak czytać kartę techniczną, żeby nie dać się zwieść
- W jakich warunkach podano COP: powietrze, woda, pełne czy częściowe obciążenie. COP bez warunków obok nic nie mówi.
- Kto go zmierzył: certyfikat HP Keymark albo niezależne laboratorium są warte więcej niż liczba z katalogu.
- SCOP przy 35 i przy 55 °C, nie tylko przy 35.
- Moc oddawana przy -7 °C: maszyna może mieć dobry COP i za mało mocy, gdy jest potrzebna.
- Masa, która mówi, ile wymiennika jest w środku (pigułka o klimatyzatorze i pompie ciepła).
- Odstęp lamel i sposób sterowania odszranianiem.
- Do jakiej temperatury wody dochodzi bez grzałek elektrycznych.
10
COP, który się liczy, to ten na wyświetlaczu
Laboratorium służy do porównywania, dom do płacenia. Dlatego nasze maszyny są zbudowane pod to drugie: wymiennik z lamelami co 2,5 mm, wymiennik płytowy dobrany z zapasem, sprężarka wybrana do mrozu, inwerter z węglika krzemu w modelach domowych, woda 70 °C, gdy trzeba. A sprawności nie obiecujemy: odczytujesz ją na wyświetlaczu.
11
Najczęstsze pytania
Czym jest COP pompy ciepła?
Stosunek ciepła, które maszyna oddaje do instalacji, do prądu, który zużywa. COP 4 oznacza cztery kWh ciepła na każdą opłaconą kWh.
Jaki COP jest dobry?
Zależy od warunków pomiaru. Przy +7 °C i wodzie 35 certyfikowane wartości przekraczają COP 7; przy -7 °C i grzejnikach 55 nawet znakomita maszyna mieści się między COP 2,5 a 3. Porównywanie dwóch COP ma sens tylko w tych samych warunkach.
Co znaczy pompa ciepła z COP 5, 7 albo 10?
To prawdziwe wartości przy łagodnych temperaturach zewnętrznych i niskiej temperaturze wody, zwykle między +7 a +12 °C z podłogówką. To nie jest COP ze stycznia.
Jaka jest różnica między COP a SCOP?
COP mierzy się przy jednej temperaturze. SCOP to średnia ważona godzinami typowej zimy według EN 14825 i liczba stojąca za klasą energetyczną.
Czym jest EER?
COP chłodzenia: oddany chłód podzielony przez zużyty prąd. SEER to jego wersja sezonowa.
Dlaczego COP spada przy mrozie i mgle?
Bo wymiennik znajduje w powietrzu mniej ciepła, a przy wilgotnym powietrzu pokrywa się szronem. Maszyna musi się odszronić i w tych minutach zużywa prąd, nie grzejąc domu.
Zobacz też: Krzywa grzewcza pompy ciepła: co to jest, dlaczego ustawia się ją o 5 stopni za wysoko i jak obejść się bez niej · Pompa ciepła zimą: jak pracuje przy mrozie i do jakiej temperatury, przy -20 i -25 °C?
Wszystkie pigułki techniczne są na stronie cyklu. Następna za dwa tygodnie.
