Pompa ciepła zimą: jak pracuje przy mrozie i do jakiej temperatury, przy -20 i -25 °C?
To pytanie wraca każdej zimy: czy pompa ciepła działa, gdy na zewnątrz jest mróz? Tak. Nasze pompy powietrze-woda na propan są zrobione do pracy poniżej zera: propan odparowuje do -30 °C, więc maszyna pracuje spokojnie do -25 °C, a certyfikowane karty Kita XS, SP i MP podają dane do tej temperatury. Gdy jest zimniej, zużywa więcej, jak każde ogrzewanie. Oto liczby: sprawność, moc, która zostaje, ile godzin zimy naprawdę jest poniżej zera i co się dzieje ze szronem i śniegiem.
01
Dlaczego grzeje nawet przy mrozie
Dla nas -25 °C to straszny mróz, ale powietrze w tej temperaturze ma jeszcze ciepło do oddania: prawdziwe zero fizyki to -273 °C. Ciepło zawsze przechodzi od cieplejszego do zimniejszego, wystarczy więc, by czynnik w wymienniku zewnętrznym był zimniejszy od powietrza. Propan odparowuje do -30 °C: przy powietrzu -25 °C jest jeszcze o 5 stopni zimniejszy i ciepło przechodzi z powietrza do gazu. Potem sprężarka go spręża, temperatura rośnie, a ciepło trafia do wody w instalacji, jak wyjaśniamy w artykule o tym, jak działa pompa ciepła.
02
Różnicę robi sprężarka
Nie każda maszyna, która bierze ciepło z powietrza, jest zrobiona na mróz. Sprężarki klimatyzatorów pracują zwykle do -10/-15 °C parowania; sprężarki pomp ciepła są solidniejsze, najlepiej spiralne (scroll), i dochodzą do -30/-35 °C. Przy mrozie sprężarka musi pokonać różnicę ciśnień mniej więcej dwa razy większą niż w klimatyzatorze, a do tego potrzebna jest mocniejsza mechanika. Wyjaśniamy to w artykule klimatyzator czy pompa ciepła i w tym o sprężarkach.
03
Ile daje przy mrozie: liczby z karty
Weźmy Kita SP 10 i jej kartę przy pełnym obciążeniu wg UNI EN 14511-2. Z wodą 35 °C, jak w ogrzewaniu podłogowym, osiąga COP 5,44 przy +7 °C, COP 3,52 przy -7 °C, COP 2,86 przy -15 °C i COP 2,12 przy -25 °C. Z wodą 55 °C, jak w grzejnikach, schodzi z COP 3,53 przy +7 °C do COP 1,53 przy -25 °C. Nawet w najzimniejszy dzień każda kWh prądu daje więc od 1,5 do 2 kWh ciepła; grzałka elektryczna daje 1. Zużywa więcej, ale wciąż jest tańsza od farelki. Co znaczy COP, wyjaśniamy w artykule o COP.
04
Moc spada: dlatego liczy się projektowa temperatura zewnętrzna
Przy zimniejszym powietrzu maszyna traci nie tylko sprawność, ale i moc. Z wodą 35 °C SP 10 daje 10,0 kW przy +7 °C, 7,36 kW przy -7 °C i 4,37 kW przy -25 °C: 44%. Tak samo MP 16, z 15,04 do 6,68 kW, i XS 9, z 9,00 do 3,70 kW. Dlatego maszynę wybiera się według mocy przy projektowej temperaturze zewnętrznej miejsca, a nie według mocy nominalnej, jak wyjaśniamy w artykule o mocy użytecznej. Projektowa temperatura zależy od miejsca i podaje ją norma krajowa; we Włoszech na nizinach wynosi około -5 °C, a w górach -15 °C i mniej. Jak dobrać moc, mówimy w artykule o doborze.
05
Ile godzin zimy naprawdę jest poniżej zera
Europejskie etykiety energetyczne używają trzech klimatów odniesienia, każdy z godzinami typowej zimy podzielonymi według temperatury (rozporządzenie UE 811/2013). W klimacie umiarkowanym, Strasburga, zima ma 4910 godzin grzania: 686 jest poniżej zera, 14%; przy -7 °C lub mniej 73, 1,5%; poniżej -10 °C żadnej. W klimacie chłodnym, Helsinek, godzin jest 6446: poniżej zera 2426, 38%; przy -10 °C lub mniej 370, 5,7%; przy -20 °C lub mniej 20 w całym roku. Rachunek roczny robią więc godziny między 0 a +10 °C, gdy COP jest wysoki. Godziny przy -20 °C liczą się dla mocy, nie dla rachunku.
06
Szron: wrogiem jest zero, nie -20
Przy mrozie na wymienniku zewnętrznym tworzy się szron i maszyna co jakiś czas musi go roztopić. Badania doświadczalne pokazują, że najwięcej go powstaje, gdy powietrze ma około 0 °C i jest wilgotne: badanie z 2008 r. znajduje maksimum przy około 0 °C, badanie z 2014 r., prowadzone między -18 a +6 °C przy wilgotności 70-90%, między -3 a +3 °C. Przy -15 °C powietrze jest dużo suchsze i szronu jest mniej. Dlatego liczą się dwie rzeczy: odstęp między lamelami wymiennika, który musi być szeroki, żeby szron szybko go nie zatkał, jak wyjaśniamy w artykule o lamelach, oraz odszranianie, które startuje, gdy trzeba, a nie według zegara, jak w artykule o odszranianiu.
07
Grzałki elektryczne prawie nie pracują
Wiele osób boi się, że zimą zamiast pompy ciepła będzie pracować grzałka. Pomiary w terenie mówią co innego. Fraunhofer ISE, niemiecki instytut systemów energii słonecznej, przez cztery lata mierzył 77 pomp ciepła w domach jedno- do trzyrodzinnych, także starych: pompy powietrze-woda osiągnęły średnio sezonową sprawność 3,4, od 2,6 do 4,9, a grzałki pokryły tylko 1,3% prądu. Sam instytut zaznacza, że mierzone zimy były łagodne. Z maszyną właściwej wielkości grzałka zostaje zabezpieczeniem, a kocioł obok nie jest potrzebny: wyjaśniamy to w artykule o hybrydzie.
08
W najzimniejszych krajach Europy pompa ciepła to norma
Gdyby pompa ciepła nie działała przy mrozie, kraje północy by jej nie wybrały. Norwegia, Szwecja i Finlandia mają najzimniejszy klimat w Europie i zarazem najwięcej pomp ciepła na gospodarstwo domowe: ponad 40 na 100 gospodarstw w każdym z tych krajów, a Norwegia doszła w 2020 r. do 60 na 100. Wiele z nich to pompy powietrze-powietrze, ale wniosek się nie zmienia: tam, gdzie mróz jest prawdziwy, od dziesięcioleci grzeje się pompą ciepła.
09
Śnieg i lód: jak montować
Przy śniegu liczy się sposób montażu. Maszyna musi stać nad ziemią, na fundamencie, żeby śnieg nie dosięgał wymiennika, a woda z odszraniania mogła spłynąć: jeśli zostaje pod maszyną, zamarza w blok lodu. Z przodu i z tyłu potrzebna jest wolna przestrzeń, żeby powietrze mogło przepływać. Maszyny nie przykrywa się plandekami, a szronu nie usuwa się ręcznie: topi się sam przy odszranianiu.
10
Na co patrzeć, jeśli mieszkasz tam, gdzie jest zimno
Trzy rzeczy. Projektowa temperatura zewnętrzna twojej miejscowości i obliczenie strat ciepła, które mówią, ile kW potrzeba w najzimniejszy dzień. Moc, jaką maszyna daje w tej temperaturze, odczytana z karty, a nie nominalna. Temperatura wody, której potrzebuje instalacja: z ogrzewaniem podłogowym COP zostaje wysoki nawet przy mrozie, z grzejnikami potrzebna jest maszyna, która dochodzi do 70 °C, jak wyjaśniamy w artykule o starym domu. Jeśli mieszkasz w górach lub w zimnym kraju i chcesz wiedzieć, jakiej maszyny potrzebujesz i ile będzie zużywać, zapytaj nas.
11
Najczęstsze pytania
Do jakiej temperatury zewnętrznej działa pompa ciepła?
To zależy od maszyny. Nasze pompy powietrze-woda na propan pracują do -25 °C: certyfikowane karty Kita XS, SP i MP podają moc i COP do tej temperatury. Propan odparowuje do -30 °C.
Czy pompa ciepła działa przy mrozie?
Tak. Nawet przy -25 °C powietrze ma ciepło do oddania, bo czynnik w wymienniku jest zimniejszy. Kita SP 10 z wodą 35 °C osiąga COP 3,52 przy -7 °C i COP 2,12 przy -25 °C.
Ile zużywa pompa ciepła przy dużym mrozie?
Więcej, bo COP spada: z wodą 55 °C SP 10 schodzi z COP 3,53 przy +7 °C do COP 1,53 przy -25 °C. Nawet wtedy każda kWh prądu daje 1,5 kWh ciepła, a grzałka 1.
Czy pompa ciepła traci moc przy mrozie?
Tak: przy -25 °C daje około 41-44% mocy, jaką ma przy +7 °C. Dlatego wybiera się ją według mocy przy projektowej temperaturze zewnętrznej, a nie nominalnej.
Ile godzin w roku jest poniżej zera?
W europejskim umiarkowanym klimacie odniesienia 14% godzin grzania, w chłodnym klimacie Helsinek 38%. Przy -20 °C lub mniej, nawet w Helsinkach, 20 godzin w roku.
Czy potrzebna jest grzałka lub kocioł rezerwowy?
Przy właściwej wielkości nie. W pomiarach Fraunhofer ISE na 77 instalacjach grzałki pokryły 1,3% prądu. Najwyżej mała grzałka jako zabezpieczenie.
Co się dzieje przy śniegu i lodzie?
Maszyna musi stać nad ziemią, żeby śnieg nie zatykał wymiennika, a woda z odszraniania mogła spłynąć. Szron topi się sam: nie usuwa się go ręcznie i nie przykrywa maszyny.
Zobacz też: Hałas pompy ciepła: ile decybeli, jak daleko od sąsiada i dlaczego zimą słychać ją bardziej · Pompa ciepła ze szronem, parą lub wodą pod spodem: co jest normalne i kiedy wezwać serwis · Pompa ciepła gruntowa czy powietrzna: zużycie prądu, koszty i żywotność
Wszystkie porady techniczne są na stronie rubryki.
