COP czy SCOP w pompach ciepła – który ze współczynników lepiej określa ich sprawność?

Dlaczego pompa ciepłą to idealne rozwiązanie?

Koszty ogrzewania stanowią nawet 80 proc. wszystkich wydatków związanych z eksploatacją domu. W związku z tym, stanowią one jedno z ważniejszych, jak i nie najważniejsze kryterium wyboru urządzenia, jakim ogrzewać będziemy nowy, czy zmodernizowany dom. Szukając oszczędności coraz więcej osób decyduje się na montaż pompy ciepła. Dlaczego? Jest to bowiem urządzenie, dzięki któremu uzyskać można wiele korzyści. Nie tylko w ekonomiczny sposób można dzięki niemu ogrzać dom i podgrzać wodę użytkową, ale i chłodzić pomieszczenia podczas ciepłych, letnich miesięcy. W dodatku pompy ciepła to ekologiczne urządzenia, które pracują w sposób nieszkodliwy dla środowiska (nie produkując dymu, popiołu ani żadnych innych szkodliwych substancji), wykorzystując głównie odnawialne źródła energii (znajdujące się w powietrzu, gruncie i wodzie).

Na szybki wzrost popularności wpływ ma nie tylko wielozadaniowość tego urządzenia, nie bez znaczenia jest także fakt, że dostępne obecnie w sprzedaży pompy ciepła mają nie tylko wysoką sprawność i małą awaryjność, ale, co istotne – atrakcyjną cenę. Przy czym koszty tego przedsięwzięcia można znacznie obniżyć korzystając z różnego rodzaju dofinansowań na pompę ciepła, w tym takich programów jak:

• Czyste Powietrze;
• Moje Ciepło;
• Ciepłe Mieszkanie;
• Stop Smog;
• regionalne dofinansowania do wymiany pieca.

Istotną rolę w ograniczeniu kosztów tego rodzaju inwestycji odgrywa również możliwość skorzystania z ulgi termomodernizacyjnej, czy kredytów na cele ekologiczne w tym kredytów na pompę ciepła. Ponadto pompy ciepła stanowią doskonałe uzupełnienie instalacji PV i rekuperacji, coraz częściej również współpracują one z magazynami energii. Wszystko to pozwala właścicielom takich instalacji uniezależnić się od rosnących cen prądu.

Pompa ciepła – na co zwrócić uwagę przy jej wyborze?

Bardzo ważne jest jednak odpowiednie dobranie pompy ciepła zarówno dla potrzeb rodziny jak i domu, ponieważ urządzenie to powinno bezawaryjnie służyć nam przez najbliższe kilkadziesiąt lat. Tak więc dokonując jego wybór konieczne jest zwrócenie uwagi na kilka ważnych czynników, w tym:

• producenta, który ma bardzo dobrą i ugruntowaną opinię na rynku instalacyjnym z dużą liczbą autoryzowanych instalatorów, mogących zapewnić profesjonalny montaż instalacji i jej serwisowanie (w jego wyborze pomoże Wam nasz ranking pomp ciepła);
• typ pompy ciepła – w przypadku gdy urządzenie to nie będzie ogrzewać jedynie wody użytkowej (pompa ciepła do c.w.u.), ale i cały dom, ważny jest wybór dolnego źródła, z którego urządzenie pobiera energię. Na rynku dostępnych jest kilka rodzajów tych urządzeń: pompy ciepła powietrzne, pompy ciepła gruntowe i pompy ciepła wodne;
• parametry techniczne pompy ciepła – decydujący wpływ na najważniejsze parametry techniczne urządzenia ma rodzaj zastosowanej technologii i komponentów.

COP w pompach ciepła

Inwestorzy, którzy szukają odpowiedniej pompy ciepła, często w pierwszej kolejności porównują współczynniki COP różnych urządzeń. Skrót ten pochodzi od słów Coefficient of Performance i oznacza stosunek ilości dostarczanego ciepła do ilości energii (zwykle elektrycznej) zużytej przez pompę. Współczynnik COP równa się ilości kilowatogodzin uzyskanych z 1 kilowatogodziny energii zużytej na zasilanie tego urządzenia grzewczego. Przykładowo, dostarczenie 4 kWh energii cieplnej przez pompę ciepła, na której zasilenie zużyto w tym czasie 1 kWh, oznacza COP równe 4.

Od czego zależy współczynnik COP?

Przy porównaniu współczynnika COP, należy wziąć pod uwagę to, że jest to parametr zmienny, dla którego ogromne znaczenie ma różnica temperatur pomiędzy źródłem górnym (czyli instalacją grzewczą), a źródłem dolnym, z którego ciepło zostało pobrane (czyli gruntu, powietrza, wody, które umożliwiają ogrzanie czynnika chłodniczego w ekologiczny sposób). Oznacza to, że COP odnosi się do dwóch konkretnych punktów pracy pompy ciepła, przy czym, im różnica ta jest mniejsza, tym współczynnik COP jest wyższy.

Minimalne wymagane wartości COP dla pomp ciepła (zgodnie z normą PN-EN 14511):

[info]Im wyższy jest współczynnik COP, tym więcej ciepła można wytworzyć przy użyciu tej samej ilości energii elektrycznej (oznacza to oczywiście niższe koszty eksploatacyjne).[end]

Tak więc im wyższa temperatura dolnego źródła, oraz im niższa temperatura górnego źródła, tym większe oszczędności uzyska inwestor. Najwyższą sprawność pompa ciepła osiąga wtedy, gdy:

• górne źródło ciepła stanowi niskotemperaturowa instalacja grzewcza. Najkorzystniejszym zatem rozwiązaniem dla działania systemu składającego się z pompy ciepła jest rezygnacja z tradycyjnych wysokotemperaturowych grzejników ściennych, które obliczane są na o wiele wyższą temperaturę wody zasilającej (ok. 60 – 75°C). Najlepiej bowiem z tak wydajnym urządzeniem jak pompa ciepła sprawdza się ogrzewanie podłogowe, które najczęściej działa przy temperaturze obiegu ok. 30 – 40°C, dzięki czemu układ ten wykazuje bardzo korzystne wskaźniki w skali roku (tak samo dobrze sprawdzi się również, każde inne ogrzewanie płaszczyznowe, takie jak np. sufitowe, czy ścienne);
• temperatura dolnego źródła jest stała i nie podlega dużym wahaniom. Tak więc najniższych współczynnikiem COP charakteryzują się cieszące się największą popularnością powietrzne pompy ciepła (w ich przypadku bowiem im większy jest mróz, tym mniejsza jest ich wydajność). Na ogół wartości COP tego rodzaju pomp ciepła przeznaczonych do grzania i chłodzenia oscylują w zakresie 3 – 4,20. Natomiast najwyższy i stały COP mają gruntowe pompy ciepła, ponieważ na pewnej głębokości pod powierzchnią ziemi, nazywanej głębokością przemarzania, temperatura jest niemal stała i niezależna od mrozów (nie spada poniżej 0°C). W naszych warunkach klimatycznych najlepiej spisują się więc pompy czerpiące ciepło z gruntu (współczynnik COP takich urządzeń wynosi nawet 5).

SCOP w pompach ciepła

Każdy, przyszły użytkownik pompy ciepła powinien również zwrócić uwagę na SCOP (Seasonal Coefficient Of Performance), który jest współczynnikiem bliższym rzeczywistym parametrom efektywności tego urządzenia. Parametr ten bowiem odnosi się do całego sezonu grzewczego. SCOP określa stosunek ilości energii cieplnej wyprodukowanej w całym sezonie grzewczym do pobranej w tym czasie energii elektrycznej. Przy czym im wyższa jest wartość tego sezonowego współczynnika, tym większa jest oszczędność energii elektrycznej (tak samo zresztą, jak w przypadku parametru COP).

Od czego zależy współczynniki SCOP?

Pompa ciepła powinna odpowiadać sezonowemu zapotrzebowaniu na energię cieplną, z uwzględnieniem: powierzchni budynku i jego obrysu, szerokości, długości, szczelności układu pięter oraz termoizolacji i podpiwniczenia. Porównując wysokość współczynnika SCOP, warto jednak pamiętać o tym, że przedstawia on wartości szacowane, a nie mierzone. Takie więc, które wyliczone zostały na podstawie pewnych przyjętych założeń mających odzwierciedlać warunki panujące podczas całego sezonu grzewczego.

Na współczynnik SCOP wpływ ma m.in. obciążenie cieplne budynku, czyli moc grzewcza, jaką potrzebuje nasz dom. Oznacza to zatem, że dla tej samej pompy ciepła zainstalowanej w dwóch podobnych, jednak nie takich samych budynkach, otrzymamy kompletnie inny współczynnik sezonowy. Dlaczego?

• Po pierwsze, nawet jeśli oba domy mają takie samo zapotrzebowanie na moc grzewczą, to każda z rodzin może mieć inne preferencje, co do temperatury w nim panującej (nawet jeden, czy dwa stopnie Celsjusza na tym polu będą miały wpływ na wysokość SCOP);
• Po drugie, ta sama pompa ciepła może pracować w identycznych domach, o tych samych parametrach, jednak z różnymi instalacjami. Jedne niskotemperaturowe systemy grzewcze wymagać będą temperatury wody zasilającej instalację na poziomie np. 30°C przy mrozach, inne natomiast 40°C;
• Po trzecie, wpływ na SCOP będą miały też wahania temperatury, które w naszym klimacie, bywają duże. W ciągu roku może to być nawet od -25°C zimą, do +35°C latem, także w ciągu doby wynosić mogą one nawet kilkanaście stopni (zwłaszcza wiosną i jesienią). Ponadto Polska podzielona jest na pięć stref klimatycznych, które pozwalają określić podstawowe parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego (inne wyniki SCOP uzyskają więc podobne domy, ale położone w innej strefie klimatycznej).

Oznacza to więc, że również i SCOP nie jest wskaźnikiem, który idealnie określa sprawność pompy ciepła. Owszem, o ile COP pokazuje nam, ile prądu zużywa ona w danej chwili, to już za pomocą współczynnika SCOP obliczyć można zużycie energii elektrycznej w ciągu całego roku lub w ciągu sezonu grzewczego (a więc w określonym czasie). Dzięki temu dowiemy się, ile kosztować nas będzie ogrzewanie domu pompą ciepła.

Graniczne i docelowe wartości SCOP:

SPF powie nam ile możemy płacić za prąd przy ogrzewaniu pompą ciepła

Należy tu jednak uwzględnić to, że współczynnik SCOP wykorzystywany jest do analiz obliczeniowych dla nowoprojektowanego i jeszcze niezamieszkałego domu. Natomiast w sytuacji, gdy zamontowana pompa ciepła już pracuje, a my dokładnie wiemy, ile ciepła dostarcza i ile prądu w ciągu roku zużywa, to wówczas możliwe jest obliczenie rzeczywistej efektywności pracy instalacji – współczynnika SPF (Seasonal Performance Factor).

Tym razem jest to parametr mierzony, który dotyczy wyłącznie konkretnej (czyli naszej) instalacji, podczas danego sezonu grzewczego i przy określonych warunkach eksploatacji (trybach pracy, nastawach, czy określonej ilości c.w.u. o konkretnej temperaturze). Przy czym sposób obliczania współczynnika SPF jest praktycznie taki sam, jak SCOP, z tą jednak różnicą, że dotyczy on rzeczywistych warunków, w jakich pracuje pompa ciepła. Tak więc SPF nie można już wykorzystać do porównań z innymi urządzeniem, budynkiem, czy też producentem, ponieważ współczynnik ten jest przypisany tylko i wyłącznie do naszego domu.

COP czy SCOP – który z tych współczynników lepiej określa sprawność pompy ciepła?

Jak już zdążyliśmy się dowiedzieć, współczynnik COP, czyli tzw. współczynnik wydajności uwzględnia ilość zużytej energii elektrycznej i dostarczonej energii cieplnej w konkretnym momencie. Nie dowiemy się jednak dzięki niemu, ile wyniosą rachunki za ogrzewanie. Należy również uwzględnić, fakt, że porównanie tego współczynnika dla różnych pomp ciepła nie jest miarodajne. Wszystko przez to, że producent urządzenia uzyskał współczynnik COP w warunkach laboratoryjnych, które znacznie odbiegają od warunków rzeczywistych, charakteryzujących się dużą zmiennością (wystarczy wspomnieć chociażby o sporych wahaniach temperatury).

Dostępne obecnie pompy ciepła, podobnie jak inne urządzenia (np. kotły czy lodówki), opatrzone są etykietą energetyczną, która określa ich klasę. W przypadku najefektywniejszych powietrznych i gruntowych pomp ciepła możliwe jest osiągnięcie klasy A+++ w warunkach temperatury projektowej zasilania 35°C. Jednak metoda wyznaczania konkretnej klasy jest zawikłana na tyle, że ciężko uzyskać przy jej pomocy użyteczną informację. Znacznie więcej wiadomości na temat interesującej nas pompy ciepła, uzyskamy porównują COP i SCOP. Aby jednak analiza obu tych współczynników była rzetelna, warto poszukać ich wartości podanych wg tej samej normy i w tych samych warunkach pracy:

• COP – dla jednakowej temperatury źródła dolnego i górnego;
• SCOP – w jednakowej strefie klimatycznej, przy jednakowej mocy obciążenia cieplnego.

Producenci pomp ciepła mają obowiązek dostarczyć dane o wartościach współczynnika efektywności COP, jak i mocy grzewczej dla określonych normą PN-EN 14511 temperatur zasilania, zarówno po stronie górnego, jak i dolnego źródła. Norma ta daje nam spojrzenie na parametry pracy tego urządzenia w szerokim zakresie, nie uwzględnia jednak parametrów pracy na przestrzeni całego sezonu grzewczego, przez co nie daje rzetelnego porównania.

Oczywiście, im wyższe jest COP, tym większe możemy osiągnąć korzyści ekonomiczne (mniejsze będzie bowiem zużycia energii elektrycznej niezbędnej do napędu sprężarki). Najwyższym współczynnikiem efektywności COP, charakteryzują się pompy ciepła gruntowe (współczynnik ten wynosi ok. 4,8), najniższym natomiast wyróżniają się powietrzne pompy ciepła (średnie COP pomp typu Split to 3,6, a Monoblok – 3,8).

Dobrze jednak mieć na uwadze to, że współczynnik COP przedstawia wartości szacowane, a więc wyliczane na podstawie pewnych przyjętych założeń, które mają odzwierciedlać warunki panujące podczas całego sezonu grzewczego. Natomiast współczynnikiem bardziej miarodajnym i bliższym rzeczywistym parametrom efektywności pracy pompy ciepła jest SCOP, który uwzględnia zmienne w czasie warunki pracy tego ogrzewania. To z kolei, umożliwia bardziej precyzyjne oszacowanie kosztów eksploatacji pompy ciepła. Dlatego też, przy wyborze odpowiedniego urządzenia warto więcej uwagi poświęcić na porównanie tego właśnie współczynnika.