Punkt biwalentny pompy ciepła – obliczenia dla domu we Wrocławiu

Techniczny punkt biwalentny pompy ciepła to temperatura zewnętrzna, przy której maksymalna dostępna moc grzewcza urządzenia, przy wymaganej temperaturze wody, zrównuje się z chwilowym obciążeniem cieplnym budynku.

Poniżej tej temperatury pompa może nadal pracować, ale sama sprężarka nie pokrywa już całego zapotrzebowania. Brakującą moc dostarcza wtedy grzałka elektryczna, kocioł albo inne źródło szczytowe.

Punkt biwalentny nie jest jedną stałą wartością właściwą dla całego Wrocławia. Nie można go również odczytać wyłącznie z nazwy „pompa 6 kW” albo „pompa 8 kW”. Trzeba go wyznaczyć dla konkretnego budynku, dokładnego wariantu urządzenia oraz rzeczywistej temperatury zasilania instalacji.

W przykładzie obliczeniowym analizujemy dom o powierzchni ogrzewanej 160 m². Jego projektowe obciążenie cieplne wynosi 9,0 kW przy temperaturze zewnętrznej –18°C i temperaturze wewnętrznej 20°C.

Krzywą obciążenia tego budynku zestawiamy z charakterystykami mocy dwóch konkretnych urządzeń przy temperaturze wody W35 oraz W55.

Wyniki zaokrąglono do 0,1 K. Punkty przecięcia wyznaczono metodą interpolacji liniowej na podstawie danych technicznych producentów.

Nie są to uniwersalne nastawy sterownika ani gotowa rekomendacja urządzenia dla każdego domu o powierzchni 160 m². Pokazują metodę obliczeniową, którą należy powtórzyć dla rzeczywistego OZC budynku, dokładnego wariantu pompy, wymaganej krzywej grzewczej oraz wybranego sposobu pracy źródła szczytowego.

Porównanie dwóch urządzeń nie służy do wskazania zwycięzcy pomiędzy markami Viessmann i Carrier. Pokazuje, jak odmienne charakterystyki mocy mogą przesunąć punkt biwalentny w tym samym budynku.

Im niższa, czyli bardziej ujemna, temperatura punktu biwalentnego, tym dłużej pompa może samodzielnie pokrywać obciążenie cieplne budynku.

Jeżeli dopiero oceniasz, czy pompa ciepła nadaje się do starszego budynku z grzejnikami, przeczytaj również nasz osobny poradnik „Nie metraż, tylko temperatura zasilania: jak dobrać pompę ciepła do modernizacji domu we Wrocławiu”.

W tamtym materiale omawiamy szerzej modernizację budynku, instalację grzejnikową, temperaturę zasilania i sezonową efektywność. Ten artykuł nie powtarza całej tej analizy. Koncentruje się na jednym konkretnym zadaniu projektowym: obliczeniu punktu biwalentnego.

W instalacjach z pompą ciepła występują trzy różne pojęcia, które często są niesłusznie używane zamiennie.

Techniczny punkt biwalentny wynika z bilansu mocy. Ekonomiczny punkt biwalentny wynika z porównania kosztu wytworzenia ciepła. Punkt przełączenia jest natomiast rzeczywistą nastawą albo warunkiem zapisanym w automatyce systemu.

W prawidłowo zaprojektowanej instalacji wartości te są ze sobą powiązane, ale nie muszą być identyczne.

Techniczny punkt biwalentny jest temperaturą zewnętrzną, przy której maksymalna dostępna moc grzewcza pompy staje się równa chwilowemu obciążeniu cieplnemu budynku.

Warunek ten zapisujemy następująco:

Q_HP,max(Te, Tw) = Q_budynku(Te)

gdzie Q_HP,max oznacza maksymalną dostępną moc pompy przy określonej temperaturze powietrza i wody, a Q_budynku oznacza chwilowe zapotrzebowanie budynku na moc grzewczą.

Powyżej technicznego punktu biwalentnego pompa może samodzielnie pokrywać obciążenie cieplne budynku.

W samym punkcie biwalentnym dostępna moc pompy i obciążenie budynku są sobie równe.

Poniżej tego punktu powstaje niedobór mocy:

Q_niedoboru = Q_budynku – Q_HP

W układzie równoległym pompa nadal pracuje, a grzałka albo kocioł uzupełnia wyłącznie brakującą część mocy. W układzie alternatywnym drugie źródło może przejąć całe obciążenie.

Samo chwilowe obniżenie temperatury poniżej punktu biwalentnego nie musi powodować natychmiastowego załączenia drugiego źródła. Regulator może uwzględniać czas utrzymywania się temperatury, histerezę i inne warunki sterowania.

Ekonomiczny punkt biwalentny ma znaczenie przede wszystkim w instalacji hybrydowej, na przykład wtedy, gdy pompa ciepła współpracuje z kotłem gazowym.

Określa temperaturę lub warunki pracy, przy których koszt wytworzenia 1 kWh ciepła przez pompę staje się równy kosztowi wytworzenia 1 kWh ciepła przez drugie źródło.

Koszt ciepła z pompy można w uproszczeniu zapisać jako:

koszt ciepła z pompy = cena energii elektrycznej / COP

Koszt ciepła z kotła:

koszt ciepła z kotła = zmienny koszt energii w paliwie / sprawność kotła

Graniczną wartość COP można obliczyć następująco:

COP_graniczny = cena energii elektrycznej × sprawność kotła / zmienny koszt energii w paliwie

Jeżeli chwilowy COP pompy jest wyższy od wartości granicznej, pompa wytwarza ciepło taniej od kotła.

Jeżeli COP spada poniżej wartości granicznej, praca drugiego źródła może być ekonomicznie korzystniejsza.

Obliczenie powinno wykorzystywać ceny obowiązujące w tym samym okresie. Należy porównywać przede wszystkim koszty zależne od zużycia, a nie bezrefleksyjnie dzielić cały rachunek wraz z opłatami stałymi przez liczbę kilowatogodzin.

Ekonomiczny punkt biwalentny może znajdować się w innym miejscu niż punkt techniczny. Pompa może nadal mieć wystarczającą moc, ale ze względu na niski COP albo relację cen energii jej praca może być chwilowo droższa od pracy drugiego źródła.

Punkt przełączenia jest rzeczywistą nastawą albo warunkiem zapisanym w regulatorze pompy ciepła lub nadrzędnym systemie sterowania.

Nie musi być równy dokładnie obliczonemu technicznemu albo ekonomicznemu punktowi biwalentnemu. Automatyka powinna zapobiegać częstemu przełączaniu źródeł i uwzględniać sposób działania całej instalacji.

Punktu przełączenia nie powinno się kopiować z innej instalacji.

Nastawa odpowiednia dla nowego domu z ogrzewaniem podłogowym może być niewłaściwa dla modernizowanego budynku z grzejnikami. Różne będą bowiem obciążenie cieplne, temperatura zasilania, charakterystyka pompy, pojemność wodna oraz sposób pracy drugiego źródła.

W dokumentacji technicznej powietrznych pomp ciepła punkty pracy zapisuje się najczęściej w formacie A/W.

Litera A pochodzi od angielskiego słowa „air” i określa temperaturę powietrza zewnętrznego.

Litera W pochodzi od angielskiego słowa „water” i określa temperaturę wody opuszczającej pompę ciepła.

Zapis A–7/W35 oznacza więc pracę przy temperaturze powietrza –7°C i temperaturze wody grzewczej 35°C.

Zapis A–7/W55 opisuje tę samą temperaturę zewnętrzną, ale znacznie wyższą temperaturę wody.

Przykłady oznaczeń punktów pracy powietrznej pompy ciepła

Dwie pompy określane handlowo jako urządzenia o mocy 8 kW mogą mieć zupełnie inną moc przy A–7/W55.

Cyfra w nazwie modelu najczęściej odnosi się do wybranego punktu znamionowego albo klasy urządzenia. Nie opisuje całej charakterystyki pracy podczas mrozu i przy różnych temperaturach wody.

Dlatego porównanie pomp ciepła ma sens tylko wtedy, gdy dla obu urządzeń sprawdzamy te same warunki A/W.

Analizujemy modelowy dom jednorodzinny po częściowej termomodernizacji. Przyjęte dane służą do pokazania metody obliczania punktu biwalentnego i nie opisują konkretnej realizacji klienta.

Zakładamy, że projektowe obciążenie cieplne budynku zostało wcześniej prawidłowo wyznaczone w obliczeniach OZC. W tym artykule nie wykonujemy pełnego OZC od początku, lecz wykorzystujemy jego wynik do zbudowania uproszczonej krzywej obciążenia budynku.

Temperatura zewnętrzna –18°C jest założeniem przyjętym dla analizowanego przykładu. Dla rzeczywistego budynku należy zastosować temperaturę projektową właściwą dla jego dokładnej lokalizacji oraz przyjętej metody obliczeniowej.

Projektowe obciążenie cieplne 9,0 kW dotyczy ogrzewania pomieszczeń przy przyjętych warunkach obliczeniowych.

Przygotowanie ciepłej wody użytkowej jest obciążeniem okresowym. Pompa nie podgrzewa zasobnika z jednakową mocą przez każdą godzinę sezonu grzewczego. Dodanie stałej mocy c.w.u. do całej krzywej budynku sztucznie przesunęłoby wynik punktu biwalentnego.

Ciepłą wodę użytkową należy sprawdzić oddzielnie, uwzględniając liczbę użytkowników, pojemność zasobnika, oczekiwaną temperaturę wody, czas ponownego ładowania oraz priorytet ustawiony w automatyce.

W końcowym doborze pompa musi oczywiście zapewnić zarówno ogrzewanie budynku, jak i prawidłowe przygotowanie c.w.u. Są to jednak dwa różne zadania obliczeniowe.

Najpierw wyznaczamy różnicę pomiędzy temperaturą wewnętrzną a projektową temperaturą zewnętrzną.

ΔT = Ti – Te

ΔT = 20°C – (–18°C)

ΔT = 38 K

Następnie dzielimy projektowe obciążenie cieplne przez obliczoną różnicę temperatur:

H = Q_projektowe / ΔT

H = 9,0 kW / 38 K

H = 0,2368 kW/K

Po przeliczeniu na waty:

H ≈ 237 W/K

W przyjętym modelu całkowity współczynnik strat ciepła analizowanego budynku wynosi więc około 237 W/K.

Oznacza to, że zwiększenie różnicy temperatur pomiędzy wnętrzem i otoczeniem o 1 K odpowiada wzrostowi zapotrzebowania na moc grzewczą o około 237 W.

Nie jest to współczynnik przenikania ciepła U pojedynczej ściany, okna albo dachu. Jest to uproszczony współczynnik opisujący cały budynek na podstawie przyjętego projektowego obciążenia cieplnego.

Po wyznaczeniu współczynnika H możemy obliczyć orientacyjne obciążenie budynku przy dowolnej temperaturze zewnętrznej.

Stosujemy zależność:

Q_budynku(Te) = H × (Ti – Te)

gdzie:

Q_budynku oznacza chwilowe zapotrzebowanie na moc grzewczą,

H oznacza całkowity współczynnik strat ciepła budynku,

Ti oznacza temperaturę wewnętrzną,

Te oznacza temperaturę zewnętrzną.

Przykładowo przy temperaturze zewnętrznej –7°C:

Q_budynku(–7°C) = 0,2368 kW/K × [20°C – (–7°C)]

Q_budynku(–7°C) = 0,2368 × 27

Q_budynku(–7°C) ≈ 6,39 kW

Przy temperaturze zewnętrznej –5°C:

Q_budynku(–5°C) = 0,2368 kW/K × [20°C – (–5°C)]

Q_budynku(–5°C) = 0,2368 × 25

Q_budynku(–5°C) ≈ 5,92 kW

Uproszczona krzywa obciążenia cieplnego analizowanego budynku

Tabela przedstawia krzywą obciążenia budynku, a nie charakterystykę pompy ciepła.

Pokazuje, że przy temperaturze zewnętrznej –7°C analizowany dom potrzebuje około 6,39 kW mocy grzewczej, a przy –5°C około 5,92 kW.

Następnie porównujemy obciążenie budynku z maksymalną dostępną mocą konkretnej pompy przy tej samej temperaturze zewnętrznej i wymaganej temperaturze wody.

Techniczny punkt biwalentny znajdzie się tam, gdzie obie wartości będą sobie równe.

Zastosowany model jest celowo prosty i przejrzysty. Łączy punkt 9,0 kW przy –18°C z zerowym obciążeniem przy temperaturze wewnętrznej 20°C.

Rzeczywiste zapotrzebowanie budynku nie musi tworzyć idealnej linii prostej. Przy dodatnich temperaturach wpływ mają zyski słoneczne, ciepło oddawane przez ludzi i urządzenia, bezwładność przegród, wiatr, wentylacja oraz temperatura, przy której system grzewczy zostaje wyłączony.

Z tego powodu wartości przy dodatnich temperaturach należy traktować jako poglądowe. W zakresie ujemnych temperatur, w którym najczęściej znajduje się punkt biwalentny, taki model pozwala jednak czytelnie przedstawić metodę zestawiania budynku z charakterystyką pompy.

Dokładność całego wyniku zależy przede wszystkim od poprawności przyjętego projektowego obciążenia 9,0 kW. Jeżeli OZC jest błędne albo po jego wykonaniu budynek został ocieplony, krzywą należy obliczyć ponownie.

Aby wyznaczyć punkt biwalentny, zestawiamy krzywą obciążenia budynku z maksymalną dostępną mocą Viessmann Vitocal 250-A typ 08 przy W35 oraz W55.

Dopiero przecięcie obu charakterystyk pozwoli obliczyć techniczny punkt biwalentny dla konkretnego wariantu urządzenia.

Pierwszym analizowanym urządzeniem jest Viessmann Vitocal 250-A typ 08, 230 V.

Model ten wykorzystujemy jako kontrolowany przykład obliczeniowy. Nie oznacza to, że typ 08 jest automatycznie właściwym wyborem dla każdego domu o projektowym obciążeniu 9,0 kW.

Pozostałe modele pomp ciepła Viessmann Vitocal dostępne w 3E-HEATING przedstawiamy na stronie produktowej.

Celem obliczenia jest sprawdzenie, do jakiej temperatury zewnętrznej sprężarka może samodzielnie równoważyć obciążenie analizowanego budynku i jaka część mocy musi zostać uzupełniona przez źródło szczytowe podczas silniejszego mrozu.

Wybrane dane Viessmann Vitocal 250-A typ 08

Do wyznaczenia technicznego punktu biwalentnego porównujemy obciążenie budynku z maksymalną mocą, którą pompa może dostarczyć w danym punkcie A/W.

Nie wystarczy wykorzystać wyłącznie znamionowej mocy 5,6 kW podanej dla A7/W35. Znamionowa moc opisuje wybrany punkt normowy, natomiast podczas mrozu i przy innej temperaturze wody możliwości urządzenia są inne.

Bilans mocy obliczamy według zależności:

bilans mocy = maksymalna moc pompy – obciążenie budynku

Dodatni wynik oznacza, że pompa ma nadwyżkę mocy.

Wynik równy zero oznacza techniczny punkt biwalentny.

Ujemny wynik oznacza niedobór mocy, który musi zostać pokryty przez grzałkę, kocioł albo inne źródło szczytowe.

Wariant W35 odpowiada pracy z temperaturą wody grzewczej około 35°C.

Takie warunki występują przede wszystkim w instalacjach niskotemperaturowych, na przykład w ogrzewaniu podłogowym, ściennym albo w instalacji z odpowiednio dobranymi grzejnikami.

Porównujemy obciążenie analizowanego domu z maksymalną mocą pompy w trzech punktach temperatury zewnętrznej.

Bilans mocy Vitocal 250-A typ 08 przy W35

Przy temperaturze –15°C pompie brakuje około 3,12 kW.

Przy –7°C urządzenie ma już niewielką nadwyżkę wynoszącą około 0,08 kW.

Zmiana znaku bilansu oznacza, że punkt przecięcia znajduje się pomiędzy –15°C i –7°C.

Do przybliżonego wyznaczenia temperatury przecięcia stosujemy interpolację liniową:

T_biv,W35 = –15°C + [3,12 / (3,12 + 0,08)] × 8 K

T_biv,W35 ≈ –7,2°C

W analizowanym przykładzie techniczny punkt biwalentny Viessmann Vitocal 250-A typ 08 przy W35 wynosi więc około –7,2°C.

Powyżej tej temperatury urządzenie może samodzielnie równoważyć obciążenie budynku.

Poniżej –7,2°C sprężarka nadal może pracować, ale maksymalna moc pompy staje się mniejsza od chwilowego zapotrzebowania. Źródło szczytowe musi wtedy dostarczyć brakującą część mocy.

Wariant W55 odpowiada pracy z temperaturą wody grzewczej około 55°C.

Taki parametr może być wymagany przez istniejące grzejniki w modernizowanym budynku podczas chłodniejszych dni.

Wyższa temperatura wody zwiększa wymagania wobec obiegu chłodniczego. Może obniżać COP oraz w części mapy pracy zmieniać maksymalną moc dostępną z urządzenia.

Bilans mocy Vitocal 250-A typ 08 przy W55

Przy –7°C pompie nadal brakuje około 0,36 kW.

Przy +2°C urządzenie ma już około 2,57 kW nadwyżki.

Punkt przecięcia znajduje się więc pomiędzy –7°C i +2°C.

Interpolacja liniowa:

T_biv,W55 = –7°C + [0,36 / (0,36 + 2,57)] × 9 K

T_biv,W55 ≈ –5,9°C

W analizowanym przykładzie techniczny punkt biwalentny przy W55 wynosi około –5,9°C.

Oznacza to, że instalacja wymagająca wyższej temperatury wody zaczyna potrzebować udziału źródła szczytowego przy łagodniejszej temperaturze zewnętrznej niż instalacja pracująca przy W35.

Dla tego samego budynku i tego samego urządzenia otrzymaliśmy dwa różne punkty biwalentne:

W35: około –7,2°C

W55: około –5,9°C

Różnica wynosi około 1,3 K.

Przy W55 źródło szczytowe staje się potrzebne wcześniej w sezonie, ponieważ punkt przecięcia przesuwa się w stronę wyższej temperatury zewnętrznej.

Nie oznacza to automatycznie, że pompa ciepła nie nadaje się do budynku z grzejnikami. Pokazuje jednak, dlaczego przed wyborem urządzenia należy ustalić rzeczywistą temperaturę zasilania potrzebną podczas mrozu.

Obniżenie wymaganej temperatury wody może być możliwe dzięki termomodernizacji, poprawie przepływów, równoważeniu hydraulicznemu albo wymianie wybranych grzejników.

Przecięcie krzywej obciążenia cieplnego domu, wynoszącego 9,0 kW przy –18°C, z krzywymi dostępnej mocy grzewczej Viessmann Vitocal 250-A typ 08. Obliczony punkt biwalentny wynosi około –7,2°C dla W35 i –5,9°C dla W55. Opracowanie własne 3E-HEATING.

Wykres pokazuje dwie odrębne zależności.

Linia obciążenia budynku rośnie wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej.

Krzywe pompy pokazują maksymalną moc dostępną przy W35 i W55.

Miejsca przecięcia nie są wybierane arbitralnie. Wynikają z bilansu konkretnego budynku i charakterystyki konkretnego wariantu urządzenia.

Sam punkt biwalentny nie określa jeszcze maksymalnej mocy grzałki albo kotła.

Trzeba również sprawdzić niedobór przy temperaturze projektowej –18°C, dla której obciążenie analizowanego domu wynosi 9,0 kW.

Wykonujemy poglądową interpolację pomiędzy mocami producenta podanymi dla –20°C i –15°C.

Poglądowy niedobór mocy przy temperaturze projektowej

W układzie równoległym pompa nadal pracuje przy –18°C, a źródło szczytowe uzupełnia wyłącznie brakującą moc.

W takim wariancie niedobór wynosi poglądowo około 4,24 kW przy W35 albo około 4,85 kW przy W55.

W układzie alternatywnym pompa zostaje poniżej określonego warunku wyłączona, a drugie źródło przejmuje całe obciążenie. Musi wtedy być zdolne do dostarczenia około 9,0 kW przy –18°C.

Ostateczna moc grzałki albo kotła powinna uwzględniać także stopnie regulacji, dostępną moc elektryczną, sposób odszraniania, priorytet c.w.u., dokładność OZC oraz możliwości automatyki.

Interpolacja przedstawiona w artykule ma charakter poglądowy. Finalny dobór należy potwierdzić w aktualnym programie doborowym producenta.

Viessmann Vitocal 250-A typ 08 nie pokrywa w analizowanym domu pełnego obciążenia 9,0 kW przy temperaturze projektowej –18°C.

Nie jest to błąd obliczeń. Jest to rezultat świadomego przykładu doboru biwalentnego, w którym część mocy szczytowej przejmuje grzałka albo drugie źródło ciepła.

Przykład pokazuje, dlaczego nie należy porównywać wartości „9 kW budynku” wyłącznie z cyfrą „8” w nazwie pompy.

Trzeba sprawdzić pełną charakterystykę mocy, temperaturę punktu biwalentnego, niedobór podczas mrozu, moc źródła szczytowego oraz minimalną modulację w okresach przejściowych.

Tę samą metodę stosujemy poniżej do Carrier AquaSnap 30AWH-P 006.

Drugim analizowanym urządzeniem jest Carrier AquaSnap 30AWH-P 006 z naturalnym czynnikiem chłodniczym R290.

W wykorzystanej dokumentacji technicznej pełne oznaczenie wariantu występuje jako 30AWH006HP-C--C-. W artykule stosujemy krótszą i czytelniejszą nazwę Carrier AquaSnap 30AWH-P 006.

Tak jak w przykładzie Viessmann, nie oceniamy całej marki ani całej rodziny urządzeń. Sprawdzamy konkretny wariant pompy dla tego samego modelowego budynku o projektowym obciążeniu cieplnym 9,0 kW przy –18°C.

Celem obliczenia jest znalezienie temperatury, przy której maksymalna moc modelu 006 zrówna się z krzywą obciążenia analizowanego domu.

Wybrane dane Carrier AquaSnap 30AWH-P 006

Najpierw analizujemy pracę przy temperaturze wody około 35°C.

Oficjalna tabela mocy modelu 006 podaje wartości dla temperatur zewnętrznych od –7°C do –1°C. Zestawiamy je z wcześniej obliczoną krzywą obciążenia budynku.

Bilans obliczamy według tej samej zależności:

bilans mocy = moc pompy – obciążenie budynku

Bilans mocy Carrier AquaSnap 30AWH-P 006 przy W35

Przy –5°C pompie brakuje około 0,11 kW.

Przy –3°C urządzenie ma już około 0,17 kW nadwyżki.

Zmiana znaku bilansu oznacza, że punkt przecięcia znajduje się pomiędzy –5°C i –3°C.

Interpolacja liniowa:

T_biv,W35 = –5°C + [0,11 / (0,11 + 0,17)] × 2 K

T_biv,W35 ≈ –4,2°C

W analizowanym przykładzie techniczny punkt biwalentny Carrier AquaSnap 30AWH-P 006 przy W35 wynosi około –4,2°C.

Powyżej tej temperatury model 006 może samodzielnie równoważyć obciążenie analizowanego budynku.

Poniżej około –4,2°C maksymalna moc urządzenia jest już mniejsza od chwilowego zapotrzebowania i potrzebne jest źródło szczytowe.

Następnie analizujemy pracę z temperaturą wody około 55°C.

Dla tego samego modelu i tego samego budynku zmienia się wyłącznie wymagana temperatura wody oraz wynikająca z niej dostępna moc pompy.

Bilans mocy Carrier AquaSnap 30AWH-P 006 przy W55

Przy –5°C pompie brakuje około 0,16 kW.

Przy –3°C urządzenie ma już około 0,13 kW nadwyżki.

Punkt przecięcia ponownie znajduje się pomiędzy –5°C i –3°C.

Interpolacja liniowa:

T_biv,W55 = –5°C + [0,16 / (0,16 + 0,13)] × 2 K

T_biv,W55 ≈ –3,9°C

W analizowanym przykładzie techniczny punkt biwalentny Carrier AquaSnap 30AWH-P 006 przy W55 wynosi około –3,9°C.

Dla modelu Carrier AquaSnap 30AWH-P 006 otrzymaliśmy:

W35: około –4,2°C

W55: około –3,9°C

Różnica wynosi około 0,3 K.

W zakresie punktów wykorzystanych w obliczeniu zmiana temperatury wody przesunęła punkt biwalentny stosunkowo nieznacznie.

Nie oznacza to jednak, że wpływ temperatury zasilania jest mały. W55 obniża również COP, zwiększa pobór energii i może zmieniać dostępną moc w innych obszarach mapy pracy.

Dla przykładu w punkcie A7/W35 producent podaje COP 4,90, natomiast przy A7/W55 COP wynosi 2,95.

Dlatego przy ocenie instalacji grzejnikowej nie należy analizować wyłącznie temperatury punktu biwalentnego. Trzeba uwzględnić także efektywność sezonową i koszt pracy.

Przecięcie krzywej obciążenia cieplnego domu, wynoszącego 9,0 kW przy –18°C, z krzywymi dostępnej mocy grzewczej Carrier AquaSnap 30AWH-P 006. Obliczony punkt biwalentny wynosi około –4,2°C dla W35 i –3,9°C dla W55. Opracowanie własne 3E-HEATING.

Wykres obejmuje zakres od –7°C do –1°C, ponieważ dla tych temperatur wykorzystana instrukcja producenta publikuje bezpośrednie wartości mocy modelu 006.

Punkty przecięcia znajdują się wewnątrz tego zakresu, dlatego nie trzeba ekstrapolować danych podczas obliczania temperatury biwalentnej.

Obie krzywe urządzenia przebiegają blisko siebie, ale nawet niewielka różnica mocy zmienia miejsce przecięcia z krzywą budynku.

W przypadku Viessmann wykorzystaliśmy tabelę obejmującą punkty –20°C i –15°C, dlatego mogliśmy wykonać poglądową interpolację mocy do –18°C.

Tabela mocy Carrier użyta w tym przykładzie obejmuje dla modelu 006 temperatury od –7°C do –1°C.

Nie ekstrapolujemy tych kilku punktów aż do –18°C. Taka operacja mogłaby dać wynik pozornie precyzyjny, ale technicznie niewiarygodny.

Do określenia mocy pompy i źródła szczytowego przy –18°C należy wykorzystać pełną mapę pracy, aktualny program doborowy Carrier albo potwierdzone dane producenta dla tej temperatury i wymaganej temperatury wody.

To celowe ograniczenie analizy jest ważniejsze niż uzupełnienie tabeli wartością opartą na niepewnym założeniu.

Carrier AquaSnap 30AWH-P 006 osiąga w analizowanym domu techniczny punkt biwalentny około –4,2°C przy W35 oraz –3,9°C przy W55.

Wynik pokazuje, że wariant 006 zaczyna wymagać wsparcia źródła szczytowego przy wyższej temperaturze zewnętrznej niż analizowany wcześniej Viessmann Vitocal 250-A typ 08.

Nie oznacza to, że marka Carrier jest gorszym wyborem. Model 006 jest mniejszym wariantem, a rodzina AquaSnap obejmuje także urządzenia o większej mocy.

Zwiększenie wariantu mocy mogłoby przesunąć punkt biwalentny w stronę niższych temperatur, ale jednocześnie wymagałoby sprawdzenia minimalnej modulacji i ryzyka taktowania w okresach przejściowych.

Prawidłowy dobór nie polega więc na wybraniu urządzenia o najniższym punkcie biwalentnym. Musi równoważyć moc podczas mrozu, stabilną modulację przy łagodnej pogodzie, temperaturę zasilania, efektywność, hydraulikę, akustykę i sposób pracy źródła szczytowego.

Przeprowadzone obliczenia nie porównują całych marek Viessmann i Carrier. Dotyczą dwóch konkretnych wariantów urządzeń zestawionych z tym samym modelowym budynkiem.

Viessmann Vitocal 250-A typ 08 i Carrier AquaSnap 30AWH-P 006 różnią się charakterystyką dostępnej mocy. Z tego powodu ich krzywe przecinają krzywą obciążenia budynku przy innych temperaturach zewnętrznych.

W analizowanym przykładzie Vitocal 250-A typ 08 zachowuje równowagę mocy do niższej temperatury zewnętrznej. Carrier AquaSnap 30AWH-P 006 zaczyna wymagać udziału źródła szczytowego wcześniej.

Nie oznacza to automatycznie, że jedno urządzenie jest lepsze od drugiego. Model 006 jest mniejszym wariantem w rodzinie Carrier, a sam punkt biwalentny nie jest jedynym kryterium prawidłowego doboru.

Porównanie obliczonych punktów biwalentnych i wybranych danych katalogowych

Dane katalogowe należy interpretować razem z warunkami, dla których zostały podane.

Oba urządzenia osiągają COP około 4,9 w punkcie A7/W35. Nie oznacza to jednak, że będą zachowywać się tak samo przy –7°C, W55 albo podczas odszraniania.

Carrier 006 ma w danych normowych nieco wyższy SCOP dla W35, natomiast Vitocal typ 08 ma wyższy SCOP dla W55. Są to ustandaryzowane wartości produktu, a nie prognoza rzeczywistego zużycia energii w analizowanym domu.

Różnica 1 dB(A) w deklarowanej mocy akustycznej nie rozstrzyga o komforcie sąsiadów. Znaczenie mają również miejsce posadowienia, odległość od ścian i okien, odbicia dźwięku, tryb nocny oraz warunki pracy urządzenia.

Najważniejsza różnica w tym przykładzie dotyczy dostępnej mocy podczas spadku temperatury. Właśnie ona powoduje, że punkty biwalentne obu wariantów znajdują się w różnych miejscach.

Rodzina Carrier AquaSnap 30AWH-P obejmuje także większe warianty mocy.

Przykładowo model 008 według tabeli producenta dostarcza przy A–7/W35 około 8,41 kW. Obciążenie analizowanego domu przy tej samej temperaturze wynosi około 6,39 kW.

Większy wariant mógłby więc przesunąć techniczny punkt biwalentny w stronę niższej temperatury albo nawet zapewnić nadwyżkę mocy przy –7°C.

Nie oznacza to jednak automatycznie lepszego doboru. Urządzenie o większej mocy trzeba sprawdzić również przy temperaturach dodatnich, gdy zapotrzebowanie budynku jest znacznie mniejsze.

Jeżeli minimalna moc pompy jest wyższa od chwilowego obciążenia budynku, urządzenie nie może pracować w sposób ciągły i zaczyna cyklicznie się włączać oraz wyłączać.

Punkt biwalentny opisuje zachowanie pompy przy rosnącym zapotrzebowaniu i niskiej temperaturze zewnętrznej.

Taktowanie jest problemem występującym zazwyczaj po przeciwnej stronie sezonu, gdy na zewnątrz jest cieplej, a budynek potrzebuje niewielkiej mocy.

W analizowanym modelu obciążenie domu przy +7°C wynosi około 3,08 kW.

Dla Viessmann Vitocal 250-A typ 08 producent podaje zakres regulacji 2,1–8,0 kW przy A7/W35. W tym konkretnym punkcie minimalna moc 2,1 kW jest niższa od obciążenia budynku 3,08 kW, co sprzyja pracy ciągłej.

Nie jest to jednak gwarancja braku taktowania w całym sezonie. Trzeba sprawdzić także zachowanie urządzenia przy wyższych temperaturach zewnętrznych, temperaturę wyłączenia ogrzewania, pojemność wodną i sposób sterowania instalacją.

Kontrola ryzyka taktowania pompy ciepła

Zbiornik buforowy nie powinien być dodawany automatycznie do każdej instalacji ani usuwany wyłącznie w celu obniżenia kosztu.

Decyzja zależy od konstrukcji pompy, hydrauliki budynku, liczby obiegów, działania zaworów, minimalnego przepływu oraz energii potrzebnej do odszraniania.

Standardowa wersja Viessmann Vitocal 250-A wykorzystuje system Hydro AutoControl i ma w jednostce wewnętrznej zintegrowany bufor wody grzewczej oraz zawór przelewowy. Producent wskazuje, że w odpowiednio zaprojektowanych układach bezpośrednich można dzięki temu zrezygnować z zewnętrznego zbiornika buforowego. Nie dotyczy to wersji Vitocal 250-A Modular, przeznaczonej do współpracy z zewnętrznym buforem wody grzewczej.

Carrier AquaSnap 30AWH-P wymaga minimalnej objętości wody w instalacji wynoszącej 6 l/kW nominalnej mocy grzewczej. Producent wskazuje, że w większości przypadków osiągnięcie wymaganej objętości wymaga dodania zbiornika. Minimalny zład wody ma zapewnić skuteczne odszranianie oraz ograniczyć liczbę cykli sprężarki do akceptowalnego poziomu.

Nie należy przenosić rozwiązania hydraulicznego jednej pompy na urządzenie innego producenta. Każdy układ trzeba sprawdzić zgodnie z jego dokumentacją techniczną.

Wniosek z porównania jest następujący: właściwa pompa nie musi mieć najniższego możliwego punktu biwalentnego ani największej mocy katalogowej.

Prawidłowy dobór powinien jednocześnie zapewniać wystarczającą moc podczas mrozu, stabilną modulację przy łagodnej pogodzie, właściwy przepływ, odpowiednią pojemność wodną oraz kontrolowany udział źródła szczytowego.

Poniżej wyjaśniamy, jak system pracuje po przekroczeniu punktu biwalentnego oraz jak oblicza się roczny udział grzałki albo kotła.

Poniżej technicznego punktu biwalentnego maksymalna dostępna moc pompy ciepła jest mniejsza od chwilowego obciążenia cieplnego budynku.

Nie oznacza to jednak, że pompa musi natychmiast zostać wyłączona.

Sposób dalszej pracy zależy od rodzaju instalacji, zastosowanego źródła szczytowego oraz logiki automatyki. Pompa może pracować równolegle z grzałką albo kotłem. W innym wariancie drugie źródło może przejąć całe obciążenie budynku.

Najczęściej stosuje się trzy podstawowe strategie.

W układzie monoenergetycznym pompa ciepła i grzałka korzystają z energii elektrycznej.

Poniżej punktu biwalentnego sprężarka nadal dostarcza maksymalną możliwą w danych warunkach moc, a grzałka uzupełnia wyłącznie powstały niedobór.

Przykładowo, jeżeli budynek potrzebuje 9,0 kW, a pompa może w danym punkcie dostarczyć 4,8 kW, grzałka powinna uzupełnić około 4,2 kW.

Nie oznacza to, że cała instalacja zaczyna od tej chwili pracować wyłącznie na grzałce. Sprężarka nadal wytwarza znaczną część potrzebnego ciepła, o ile pozwalają na to mapa pracy urządzenia i ustawienia regulatora.

W układzie biwalentnym równoległym pompa ciepła oraz kocioł mogą pracować jednocześnie.

Pompa dostarcza tyle ciepła, ile pozwala jej aktualna charakterystyka mocy. Kocioł uzupełnia różnicę pomiędzy obciążeniem budynku i mocą pompy.

Takie rozwiązanie może mieć sens w modernizowanym domu, w którym pozostaje sprawny kocioł gazowy, istniejąca instalacja wymaga wysokiej temperatury zasilania albo moc elektryczna budynku nie pozwala na zastosowanie dużej grzałki.

Automatyka powinna decydować nie tylko o momencie włączenia kotła, lecz także o tym, czy oba źródła mają pracować równolegle i jaka temperatura wody jest w danej chwili wymagana.

W dobrze skonfigurowanym układzie pompa może pokrywać podstawową część zapotrzebowania, a kocioł pracuje jedynie jako źródło szczytowe.

W układzie biwalentnym alternatywnym poniżej określonego warunku pompa ciepła zostaje wyłączona, a całe obciążenie przejmuje drugie źródło.

W takim wariancie kocioł albo inne źródło musi być zdolne do samodzielnego pokrycia pełnego projektowego obciążenia budynku.

Dla analizowanego domu oznacza to około 9,0 kW przy temperaturze zewnętrznej –18°C.

Tryb alternatywny może być stosowany wtedy, gdy dalsza praca pompy jest niemożliwa z powodu ograniczeń mapy urządzenia, wymagana temperatura wody jest zbyt wysoka albo koszt pracy drugiego źródła staje się korzystniejszy.

Temperatura wyłączenia pompy nie musi być równa technicznemu punktowi biwalentnemu. Jest nastawą automatyki wynikającą z projektu całego systemu.

Punkt biwalentny określa temperaturę, przy której pojawia się chwilowy niedobór mocy sprężarki.

Nie mówi jednak, jak długo temperatura będzie znajdowała się poniżej tej wartości ani ile energii dostarczy w całym sezonie grzałka lub kocioł.

To zasadnicza różnica pomiędzy mocą i energią.

Moc wyrażona w kilowatach opisuje chwilową zdolność dostarczania ciepła.

Energia wyrażona w kilowatogodzinach opisuje ilość ciepła dostarczoną w określonym czasie.

Niedobór 4 kW występujący przez jedną godzinę oznacza 4 kWh energii. Ten sam niedobór utrzymujący się przez dziesięć godzin oznacza 40 kWh.

Różnica pomiędzy punktem biwalentnym, mocą i energią

Do obliczenia rocznego udziału źródła szczytowego potrzebna jest analiza kolejnych godzin sezonu grzewczego.

Dla każdej godziny określamy:

• temperaturę zewnętrzną,

• obciążenie cieplne budynku,

• wymaganą temperaturę zasilania,

• dostępną moc pompy,

• ewentualny niedobór mocy.

W układzie równoległym chwilową moc źródła szczytowego obliczamy według zależności:

Q_szczyt,h = max[0; Q_budynku,h – Q_HP,h]

Oznacza to, że jeżeli moc pompy jest wystarczająca, wartość źródła szczytowego wynosi zero.

Jeżeli moc pompy jest mniejsza od obciążenia, źródło szczytowe pokrywa różnicę.

Energię źródła szczytowego obliczamy przez zsumowanie niedoborów dla wszystkich godzin:

E_szczyt = suma Q_szczyt,h × 1 h

Udział źródła szczytowego w energii na ogrzewanie:

udział szczytowy = E_szczyt / E_ogrzewania × 100%

W układzie alternatywnym obliczenie wygląda inaczej.

Jeżeli poniżej określonego warunku pompa zostaje całkowicie wyłączona, drugie źródło pokrywa pełne obciążenie budynku w każdej godzinie pracy alternatywnej.

Dla tych godzin:

Q_szczyt,h = Q_budynku,h

Dlatego układ alternatywny może mieć większy udział energii z drugiego źródła niż układ równoległy, nawet gdy oba wykorzystują podobną temperaturę przełączenia.

Wynik zależy jednak od liczby godzin poniżej temperatury przełączenia, charakterystyki budynku oraz przebiegu konkretnego sezonu.

Temperatura zewnętrzna zmienia się przez cały sezon. Sama informacja, że projektowa temperatura wynosi –18°C, nie mówi, czy taki warunek występuje przez jedną godzinę, kilka godzin czy przez dłuższy okres.

Do analizy sezonowej można wykorzystać typowy rok meteorologiczny dla stacji Wrocław.

Taki zbiór zawiera godzinowe dane pogodowe dla całego roku. Pozwala przypisać każdej godzinie temperaturę zewnętrzną, a następnie obliczyć obciążenie budynku i dostępną moc pompy.

Typowy rok meteorologiczny nie jest prognozą przyszłej zimy. Jest reprezentatywnym zbiorem danych przeznaczonym do analiz energetycznych i porównywania wariantów projektowych.

Czynniki zmieniające udział energii ze źródła szczytowego

Projekt i symulacja powinny zostać później porównane z rzeczywistą pracą instalacji.

Najbardziej wartościowe są dane rejestrowane przez pełny sezon grzewczy. Pozwalają sprawdzić, czy grzałka albo kocioł pracują zgodnie z założeniami, czy punkt przełączenia jest właściwy i czy urządzenie nie taktuje nadmiernie.

Sama wartość całkowitego zużycia energii elektrycznej z licznika budynku nie wystarcza. Należy rozdzielić pracę pompy ciepła, grzałki, pomp obiegowych i pozostałych odbiorników.

Jeżeli instalacja mierzy osobno ciepło dostarczone przez pompę i źródło szczytowe, można bezpośrednio obliczyć udział energii cieplnej każdego źródła.

Jeżeli dostępne są tylko liczniki energii elektrycznej, można dokładnie obliczyć udział grzałki w zużyciu prądu, ale nie należy utożsamiać go automatycznie z udziałem w dostarczonym cieple.

Jedna kilowatogodzina energii elektrycznej pobrana przez grzałkę daje około jednej kilowatogodziny ciepła. Jedna kilowatogodzina pobrana przez sprężarkę może natomiast dostarczyć kilka kilowatogodzin ciepła, zależnie od chwilowego COP.

Dlatego poprawna analiza eksploatacyjna powinna rozróżniać energię pobraną i energię dostarczoną.

Najważniejszy wniosek jest następujący: punkt biwalentny pozwala zaprojektować moc źródła szczytowego, ale nie wystarcza do przewidywania rocznych kosztów.

Do obliczenia energii sezonowej potrzebne są dane godzinowe, krzywa mocy urządzenia, krzywa grzewcza oraz jasno określony sposób pracy grzałki albo kotła.

Poniżej rozróżniamy COP, SCOP i SPF oraz wyjaśniamy, który wskaźnik opisuje pojedynczy punkt pracy, który ustandaryzowaną efektywność sezonową produktu, a który rzeczywistą instalację.

COP, SCOP i SPF opisują efektywność pompy ciepła, ale nie można używać tych określeń zamiennie.

COP dotyczy jednego, dokładnie określonego punktu pracy.

SCOP jest ustandaryzowanym wskaźnikiem sezonowym produktu.

SPF opisuje efektywność rzeczywistej albo symulowanej instalacji w wybranym okresie i przy jasno określonej granicy bilansowej.

Dlatego wartość COP z jednego punktu katalogowego nie pozwala obliczyć rocznego rachunku za energię, a katalogowy SCOP nie jest jeszcze wynikiem konkretnego domu.

Podstawowe różnice pomiędzy COP, SCOP i SPF

COP, czyli współczynnik efektywności, określa stosunek użytecznej mocy cieplnej dostarczanej przez pompę do mocy elektrycznej pobieranej w określonych warunkach pomiaru.

Zależność można zapisać następująco:

COP = moc grzewcza dostarczona / moc elektryczna pobrana

Jeżeli COP wynosi 4,0, oznacza to, że w danych warunkach pompa dostarcza około 4 jednostek energii cieplnej na każdą jednostkę pobranej energii elektrycznej.

COP nie jest stałą właściwością urządzenia.

Zmienia się wraz z temperaturą powietrza zewnętrznego, temperaturą wody grzewczej, obciążeniem sprężarki, odszranianiem oraz innymi warunkami pracy.

Dlatego informacja „COP 4,9” ma wartość techniczną dopiero wtedy, gdy wiadomo, że dotyczy na przykład punktu A7/W35.

Porównywanie COP dwóch urządzeń ma sens wyłącznie wtedy, gdy wartości dotyczą tego samego punktu A/W i podobnej metody pomiarowej.

Nie należy porównywać COP przy A7/W35 jednej pompy z COP przy A–7/W55 drugiej pompy. Byłoby to porównanie dwóch różnych warunków fizycznych.

SCOP, czyli sezonowy współczynnik efektywności, reprezentuje pracę pompy podczas zdefiniowanego sezonu grzewczego.

W obliczeniu uwzględnia się rozkład temperatur zewnętrznych, liczbę godzin przypisaną do poszczególnych przedziałów temperatur, obciążenie częściowe oraz zdefiniowane reguły zużycia energii.

W uproszczeniu:

SCOP = referencyjne sezonowe zapotrzebowanie na ciepło / obliczone sezonowe zużycie energii

SCOP jest wartością standaryzowaną. Dzięki temu można porównywać produkty różnych producentów, pod warunkiem że wartości dotyczą tego samego klimatu i tej samej temperatury zastosowania.

SCOP dla W35 nie powinien być bezpośrednio porównywany ze SCOP dla W55.

Wyższa temperatura wody stawia przed sprężarką trudniejsze warunki pracy, dlatego sezonowa efektywność dla W55 jest zazwyczaj niższa niż dla W35.

Przykładowo SCOP równy 4,5 nie oznacza, że podczas każdej godziny sezonu pompa dostarczy dokładnie 4,5 kWh ciepła z 1 kWh energii elektrycznej.

W łagodnych warunkach chwilowy COP może być wyższy. Podczas mrozu, pracy z wysoką temperaturą wody albo odszraniania może być znacznie niższy.

SCOP uśrednia zdefiniowany sezon według ustalonej metody. Nie odtwarza dokładnie pogody, ustawień i zachowania jednego konkretnego budynku.

SPF, czyli sezonowy współczynnik efektywności instalacji, opisuje stosunek energii cieplnej dostarczonej w określonym okresie do energii elektrycznej zużytej w tym samym okresie.

Zależność można zapisać następująco:

SPF = energia cieplna dostarczona / energia elektryczna pobrana

SPF może być wynikiem pomiaru rzeczywistej instalacji albo rezultatem symulacji wykonanej przed realizacją.

Wartość SPF jest użyteczna tylko wtedy, gdy wiadomo, jakie urządzenia, rodzaje energii i funkcje systemu zostały objęte bilansem.

Bez podania granicy bilansowej sama liczba SPF może być niejednoznaczna.

Przykładowe granice bilansowe przy obliczaniu SPF

Tabela przedstawia przykładowe granice analizy. Przed wykonaniem pomiaru trzeba dokładnie określić, które urządzenia są objęte licznikiem energii oraz gdzie znajduje się licznik ciepła.

Jeżeli do zużycia energii dodamy grzałkę, pompy obiegowe i automatykę, ale nie zmienimy ilości użytecznego ciepła dostarczonego odbiorcom, obliczony SPF będzie niższy.

Nie oznacza to błędu. Szersza granica bilansowa dokładniej opisuje efektywność całego systemu, a nie wyłącznie sprężarki.

Załóżmy, że w sezonie sprężarka i elementy samej pompy pobrały 2500 kWh energii elektrycznej, a urządzenie dostarczyło 9650 kWh ciepła.

SPF dla tak określonej granicy wynosi:

SPF_pompy = 9650 kWh / 2500 kWh

SPF_pompy = 3,86

W tym samym sezonie grzałka pobrała dodatkowo 350 kWh i dostarczyła około 350 kWh ciepła. Pompy obiegowe i pozostałe urządzenia pomocnicze pobrały 150 kWh.

Cały system dostarczył więc łącznie:

9650 kWh + 350 kWh = 10 000 kWh ciepła

Całkowite zużycie energii elektrycznej wyniosło:

2500 kWh + 350 kWh + 150 kWh = 3000 kWh

SPF całego systemu:

SPF_systemu = 10 000 kWh / 3000 kWh

SPF_systemu = 3,33

Obie wartości są matematycznie poprawne, ale opisują inną granicę bilansową.

Dlatego wynik SPF należy zawsze podawać razem z informacją, co zostało uwzględnione w liczniku ciepła i energii elektrycznej.

Punkt biwalentny wpływa na SPF całego systemu, ponieważ decyduje o tym, od jakiej temperatury potrzebne jest wsparcie grzałki albo drugiego źródła.

Jeżeli źródłem szczytowym jest grzałka elektryczna, każda kolejna kilowatogodzina ciepła dostarczona przez grzałkę powstaje z około jednej kilowatogodziny energii elektrycznej.

Pompa ciepła przy COP większym od 1 dostarcza z tej samej ilości energii elektrycznej więcej ciepła.

Im większy udział grzałki w sezonie, tym niższy będzie SPF całego systemu.

Nie oznacza to jednak, że zawsze należy zastosować większą pompę i przesunąć punkt biwalentny do możliwie najniższej temperatury.

Zbyt duże urządzenie może gorzej modulować przy łagodnej pogodzie, częściej taktować i pracować przez znaczną część sezonu poza optymalnym zakresem.

Projekt powinien więc równoważyć dwa cele: ograniczenie udziału źródła szczytowego oraz stabilną pracę pompy przy małym obciążeniu.

Wpływ decyzji projektowych na punkt biwalentny i pracę sezonową

Wcześniej przedstawiliśmy katalogowe wartości SCOP dla Viessmann Vitocal 250-A typ 08 i Carrier AquaSnap 30AWH-P 006.

Wartości te służą do porównania urządzeń w ustandaryzowanych warunkach W35 albo W55.

Nie należy na ich podstawie bezpośrednio obliczać rachunku analizowanego domu przez proste podzielenie całego zapotrzebowania na ciepło przez katalogowy SCOP.

Rzeczywisty wynik zależy również od:

temperatury zasilania zmieniającej się w sezonie,

udziału źródła szczytowego,

przygotowania c.w.u.,

odszraniania,

pracy pomp obiegowych,

strat bufora i zasobnika,

ustawień automatyki,

zachowania użytkowników,

rzeczywistego przebiegu pogody.

SCOP jest dobrym wskaźnikiem do pierwszego porównania produktów.

Do prognozy konkretnego systemu potrzebna jest analiza godzinowa, a do oceny działającej instalacji pomiar SPF przy jasno określonej granicy bilansowej.

Najważniejszy wniosek jest następujący:

COP opisuje pojedynczy punkt pracy.

SCOP pozwala porównywać produkty w zdefiniowanych warunkach sezonowych.

SPF pokazuje efektywność konkretnego systemu, ale tylko wtedy, gdy znamy okres i granicę bilansową.

Punkt biwalentny wpływa na SPF przez udział źródła szczytowego, lecz nie powinien być obniżany kosztem nadmiernego przewymiarowania i taktowania pompy.

Szersze zagadnienia dotyczące temperatury zasilania i sezonowej efektywności opisujemy w osobnym poradniku o doborze pompy ciepła do modernizowanego domu. Tutaj pozostajemy przy ich bezpośrednim związku z punktem biwalentnym.

Viessmann Vitocal 250-A oraz Carrier AquaSnap 30AWH-P wykorzystują R290, czyli propan.

R290 jest naturalnym, niefluorowanym czynnikiem chłodniczym o bardzo niskim wpływie bezpośrednim na klimat. Według aktualnej metodologii Unii Europejskiej jego współczynnik GWP100 wynosi 0,02.

Niski GWP nie oznacza jednak, że czynnik można oceniać wyłącznie przez pryzmat środowiskowy.

R290 należy do grupy bezpieczeństwa A3. Oznacza to, że projekt, miejsce posadowienia, konstrukcja urządzenia oraz sposób serwisowania muszą uwzględniać właściwości palnego czynnika chłodniczego.

Prawidłowy wniosek brzmi więc:

R290 jest bardzo korzystny klimatycznie i perspektywiczny regulacyjnie, ale pompa ciepła musi być montowana oraz użytkowana zgodnie z instrukcją producenta i wymaganiami przewidzianymi dla danego urządzenia.

Podstawowe właściwości czynnika chłodniczego R290

W starszych materiałach technicznych i marketingowych dla R290 często podawano GWP równy około 3.

W aktualnych materiałach opartych na nowszej metodologii Unii Europejskiej stosuje się wartość GWP100 równą 0,02.

Różnica nie oznacza, że zmieniły się właściwości fizyczne propanu. Wynika z aktualizacji współczynników i sposobu obliczania wpływu klimatycznego czynników niefluorowanych.

W artykule przyjmujemy wartość 0,02 i zawsze podajemy, że jest to GWP100 według aktualnej metodologii UE.

Nie należy zestawiać wartości 3 i 0,02 w jednej tabeli porównawczej bez wyjaśnienia, że pochodzą z różnych generacji metodologii.

Klasyfikacja bezpieczeństwa czynników chłodniczych obejmuje toksyczność oraz palność.

Litera A oznacza niższą klasę toksyczności według stosowanego systemu klasyfikacyjnego.

Cyfra 3 oznacza najwyższą klasę palności w tej klasyfikacji.

Nie oznacza to, że certyfikowana pompa ciepła z R290 jest urządzeniem niebezpiecznym w normalnej eksploatacji. Oznacza natomiast, że bezpieczeństwo zależy od prawidłowej konstrukcji urządzenia, miejsca montażu, zachowania wymaganych odległości oraz przestrzegania procedur serwisowych.

Obieg chłodniczy urządzenia monoblokowego jest fabrycznie zamknięty w jednostce zewnętrznej. Nie zwalnia to jednak projektanta i instalatora z obowiązku sprawdzenia wymagań dotyczących lokalizacji urządzenia.

Podstawowe obszary kontroli przy lokalizacji pompy ciepła z R290

Tak, R290 jest czynnikiem zgodnym z kierunkiem europejskich zmian regulacyjnych, ponieważ nie jest fluorowanym gazem cieplarnianym i ma bardzo niski GWP.

Rozporządzenie UE 2024/573 stopniowo ogranicza możliwość wprowadzania na rynek urządzeń wykorzystujących fluorowane czynniki o wyższym GWP.

Dla samodzielnych i monoblokowych pomp ciepła o mocy do 12 kW przepisy przewidują od 2027 roku ograniczenie dotyczące fluorowanych czynników o GWP równym 150 lub większym, z wyjątkami wynikającymi z wymagań bezpieczeństwa.

Od 2032 roku zakres ograniczeń dla tej grupy urządzeń zostaje rozszerzony na fluorowane gazy cieplarniane niezależnie od ich GWP, również z przewidzianymi wyjątkami dotyczącymi bezpieczeństwa.

Zastosowanie R290 zmniejsza ryzyko związane z przyszłymi ograniczeniami dla fluorowanych czynników chłodniczych.

Nie jest to jednak jedyne kryterium wyboru pompy. Nadal trzeba ocenić moc, modulację, efektywność, hałas, hydraulikę, jakość serwisu oraz zgodność urządzenia z konkretnym budynkiem.

Nie istnieje jedna uniwersalna odległość bezpieczeństwa, którą można bez sprawdzenia zastosować do każdej pompy ciepła z R290.

Wymagania mogą zależeć między innymi od:

ilości czynnika w urządzeniu,

konstrukcji jednostki zewnętrznej,

miejsca możliwego wypływu,

sposobu zabudowy,

wysokości posadowienia,

położenia okien, drzwi i nawiewów,

występowania studzienek, odpływów albo zagłębień,

wymagań konkretnego producenta.

Dlatego w artykule nie podajemy jednej liczby w metrach jako wartości obowiązującej dla wszystkich urządzeń.

Strefę i odległości należy wyznaczyć na podstawie aktualnej instrukcji montażu dokładnego modelu pompy. Wymiar z dokumentacji Carrier nie powinien być automatycznie stosowany do urządzenia Viessmann ani odwrotnie.

Rzetelnego punktu biwalentnego nie można obliczyć wyłącznie na podstawie powierzchni domu, roku budowy albo dotychczasowego rachunku za paliwo.

Potrzebna jest charakterystyka budynku, instalacji grzewczej oraz dokładnego wariantu pompy.

Brak jednej grupy danych może znacząco zmienić wynik. Przykładowo poprawne OZC nie wystarczy, jeżeli nie znamy rzeczywistej temperatury zasilania grzejników. Z kolei dokładna karta pompy nie wystarczy bez krzywej obciążenia budynku.

Dane wymagane do pełnej analizy punktu biwalentnego

Błędy prowadzące do niewłaściwego punktu biwalentnego

Najczęstszym źródłem błędu nie jest sam wzór matematyczny, lecz niewłaściwa dana wejściowa.

Interpolację można wykonać poprawnie, a mimo to uzyskać zły wynik, jeżeli OZC jest nieaktualne, temperatura zasilania została przyjęta zbyt nisko albo użyto danych innego wariantu urządzenia.

Dlatego każdy wynik powinien zawierać jawne założenia:

dla jakiego budynku wykonano obliczenie,

jaką przyjęto temperaturę wewnętrzną i projektową,

który dokładnie model pompy analizowano,

dla jakiej temperatury wody odczytano moc,

jakie źródło ma pokrywać niedobór,

z jakiej dokumentacji pochodzą dane urządzenia.

Uproszczone obliczenie punktu biwalentnego jest bardzo dobrym narzędziem do wyjaśnienia zależności pomiędzy budynkiem i pompą ciepła.

Nie zastępuje jednak pełnego projektu, jeżeli brakuje wiarygodnych danych albo instalacja ma kilka źródeł, obiegów i ograniczeń technicznych.

Najważniejsze jest nie tylko otrzymanie jednej temperatury, lecz zrozumienie, z jakich danych wynika i jak zmieni się po zmianie OZC, temperatury wody, wariantu pompy albo sposobu pracy źródła szczytowego.

Poniżej odpowiadamy na najczęstsze pytania dotyczące punktu biwalentnego, temperatury zasilania, pracy grzałki oraz źródła szczytowego.

Nie. Punkt biwalentny około –7°C może być prawidłowy dla konkretnego budynku i konkretnego wariantu pompy, ale nie jest uniwersalną wartością dla całego Wrocławia.

W analizowanym przykładzie Viessmann Vitocal 250-A typ 08 osiąga punkt biwalentny około –7,2°C przy W35 i –5,9°C przy W55. Carrier AquaSnap 30AWH-P 006 osiąga odpowiednio około –4,2°C i –3,9°C.

Różnica wynika z odmiennych charakterystyk mocy urządzeń oraz wpływu temperatury zasilania. W innym domu wynik może być zupełnie inny, nawet przy tej samej powierzchni ogrzewanej.

Grzałka nie powinna być ustawiana na jedną uniwersalną temperaturę właściwą dla wszystkich instalacji.

Jej dopuszczenie do pracy powinno wynikać z technicznego punktu biwalentnego, rzeczywistego niedoboru mocy, stopni grzałki oraz logiki regulatora.

Automatyka może dodatkowo uwzględniać czas utrzymywania się niskiej temperatury, histerezę, temperaturę wody, priorytet c.w.u. i ograniczenia mocy elektrycznej.

Dlatego grzałka nie musi uruchomić się dokładnie w chwili, gdy temperatura zewnętrzna po raz pierwszy spadnie poniżej obliczonego punktu biwalentnego.

Niekoniecznie. Liczba znajdująca się w nazwie wariantu nie opisuje mocy urządzenia w każdych warunkach pracy.

W analizowanym przykładzie Viessmann Vitocal 250-A typ 08 osiąga maksymalnie około 8,0 kW przy A7/W35, ale około 6,47 kW przy A–7/W35.

Przy W55 dostępna moc może być jeszcze inna.

Dlatego urządzenia należy porównywać na podstawie tabel mocy dla tych samych punktów A/W, a nie tylko na podstawie oznaczeń handlowych.

Nie. Zaplanowana praca grzałki podczas najzimniejszych godzin może być prawidłowym elementem doboru monoenergetycznego.

Grzałka staje się problemem wtedy, gdy pracuje znacznie częściej, niż przewidywał projekt, uruchamia się przy łagodnej temperaturze albo kompensuje błędy hydrauliki, ustawień lub OZC.

Po uruchomieniu instalacji warto kontrolować czas pracy grzałki i zużywaną przez nią energię.

Sama obecność grzałki w urządzeniu nie świadczy o nieprawidłowym projekcie. O jakości doboru decyduje jej rzeczywisty udział w mocy i energii sezonowej.

Nie. Pompa ciepła może współpracować z instalacją wymagającą W55, ale taki wariant wymaga dokładniejszej analizy mocy, COP i udziału źródła szczytowego.

Wyższa temperatura wody zazwyczaj obniża efektywność i może przesunąć punkt biwalentny w stronę łagodniejszej temperatury zewnętrznej.

Przed wyborem urządzenia warto sprawdzić, czy W55 jest rzeczywiście potrzebne przez cały sezon, czy tylko podczas najzimniejszych dni.

Czasem wymiana kilku grzejników, poprawa przepływów albo ograniczenie strat budynku pozwalają obniżyć krzywą grzewczą i poprawić warunki pracy pompy.

Punkt biwalentny oznacza temperaturę, przy której maksymalna moc pompy zrównuje się z obciążeniem cieplnym budynku.

Temperatura wyłączenia pompy jest natomiast nastawą automatyki, przy której urządzenie zostaje całkowicie zatrzymane albo przekazuje pracę drugiemu źródłu.

W systemie równoległym pompa może pracować znacznie poniżej punktu biwalentnego, a grzałka lub kocioł uzupełniają tylko niedobór mocy.

W systemie alternatywnym temperatura wyłączenia może zostać ustawiona na podstawie ograniczeń technicznych, ekonomicznych albo strategii sterowania.

Rocznego zużycia grzałki nie można obliczyć wyłącznie z temperatury punktu biwalentnego.

Potrzebna jest analiza godzinowa, w której dla każdej godziny sezonu porównuje się obciążenie budynku z dostępną mocą pompy.

Dodatnie różnice mocy należy pomnożyć przez czas ich występowania i zsumować.

Do wiarygodnej symulacji potrzebne są również dane pogodowe, krzywa grzewcza, charakterystyka urządzenia, strategia automatyki i sposób uwzględnienia odszraniania.

Po uruchomieniu instalacji prognozę należy porównać z rzeczywistym licznikiem energii grzałki.

Tak. Sprawny kocioł może pozostać źródłem szczytowym w układzie hybrydowym, jeżeli uzasadniają to stan techniczny instalacji, temperatura zasilania, dostępna moc elektryczna i ekonomia pracy.

System może działać równolegle, gdy pompa pokrywa podstawową część obciążenia, a kocioł uzupełnia niedobór.

Możliwa jest również praca alternatywna, w której poniżej określonego warunku kocioł przejmuje całe obciążenie.

Takie rozwiązanie wymaga ustalenia technicznego i ekonomicznego punktu biwalentnego oraz prawidłowej integracji automatyki obu źródeł.

Nie. Bardzo niski punkt biwalentny może oznaczać mniejszy udział źródła szczytowego, ale może również wynikać z zastosowania zbyt dużej pompy.

Przewymiarowane urządzenie może mieć trudności z obniżeniem mocy podczas łagodnej pogody i częściej taktować.

Prawidłowy dobór powinien równoważyć dwa cele: odpowiednią moc podczas mrozu oraz stabilną modulację przy małym obciążeniu.

Najlepszym urządzeniem nie jest więc zawsze pompa o największej mocy ani o najniższym punkcie biwalentnym.

Tak. Punkt biwalentny wpływa na sezonową efektywność systemu przez udział grzałki albo drugiego źródła ciepła.

Im większa część energii zostanie dostarczona przez grzałkę elektryczną, tym niższy będzie SPF całego systemu.

Nie oznacza to jednak, że należy za wszelką cenę zastosować większą pompę. Nadmierne przewymiarowanie może pogorszyć pracę przy temperaturach przejściowych.

Wpływ punktu biwalentnego na cały sezon należy więc analizować razem z minimalną modulacją, godzinowym przebiegiem temperatur i przyjętą granicą bilansową SPF.

Tak, pod warunkiem że urządzenie jest certyfikowane, prawidłowo zlokalizowane i zamontowane zgodnie z instrukcją producenta.

R290 ma bardzo niski GWP, ale należy do klasy bezpieczeństwa A3, czyli jest czynnikiem palnym.

Dlatego trzeba zachować wymagane strefy bezpieczeństwa, odległości od otworów budynku, odpływów i źródeł zapłonu.

Nie należy stosować jednej uniwersalnej strefy dla wszystkich pomp. Wymagania trzeba odczytać z aktualnej dokumentacji dokładnego modelu.

Dobór pompy ciepła nie polega na dopasowaniu jednej liczby z OZC do liczby umieszczonej w nazwie urządzenia.

Techniczny punkt biwalentny powstaje dopiero po zestawieniu krzywej obciążenia konkretnego budynku z charakterystyką mocy konkretnego wariantu pompy przy wymaganej temperaturze wody.

W analizowanym domu o projektowym obciążeniu cieplnym 9,0 kW otrzymaliśmy różne wyniki dla dwóch urządzeń oraz dla W35 i W55.

Pokazuje to, że punktu biwalentnego nie powinno się ustawiać według przyzwyczajenia, samej lokalizacji albo powierzchni budynku.

Prawidłowy projekt nie dąży do całkowitego wyeliminowania źródła szczytowego za wszelką cenę.

Jego celem jest uzyskanie równowagi pomiędzy mocą podczas mrozu, efektywnością sezonową, stabilną modulacją, rozsądnym udziałem grzałki albo kotła oraz komfortem użytkowników.

Dopiero taka analiza pozwala ocenić, czy wybrany wariant pompy jest właściwy technicznie i ekonomicznie.

Zobacz również realizacje pomp ciepła we Wrocławiu i okolicach, obejmujące nowe oraz modernizowane budynki z ogrzewaniem podłogowym, instalacjami grzejnikowymi i układami hybrydowymi.

Każdy budynek wymaga indywidualnej analizy.

Przed wyborem pompy warto przygotować możliwie kompletne informacje o stratach budynku, instalacji grzewczej, dotychczasowym źródle ciepła i dostępnej mocy elektrycznej.

3E-HEATING może przeprowadzić wstępną kwalifikację danych i wskazać, czy potrzebne jest pełne OZC, analiza temperatury zasilania, symulacja godzinowa albo projekt układu hybrydowego.

Skontaktuj się z 3E-HEATING, aby omówić dobór pompy ciepła do konkretnego budynku.

3E-HEATING

Multibrandowy Salon Viessmann i Carrier

ul. Bolesława Krzywoustego 105/23

51-166 Wrocław

tel. 71 790 15 15

e-mail: salon@3e-heating.pl

Dane techniczne, regulacyjne i obliczeniowe wykorzystane w artykule zweryfikowano 23 lipca 2026 roku.

Wartości dotyczą dokładnych wariantów urządzeń wskazanych w tekście. Nie należy przenosić ich automatycznie na inne modele, moce, wersje elektryczne ani generacje produktów.

Wyniki mogą ulec zmianie po uwzględnieniu rzeczywistej krzywej grzewczej, wilgotności powietrza, odszraniania, przepływów, minimalnej modulacji, dokładnego OZC, priorytetu c.w.u. oraz aktualnej wersji oprogramowania doborowego producenta.

Modelowy dom nie opisuje konkretnej realizacji klienta. Został wykorzystany do pokazania metody łączenia charakterystyki budynku z charakterystyką pompy.

Finalny dobór urządzenia, źródła szczytowego, hydrauliki oraz zabezpieczeń powinien zostać wykonany dla rzeczywistych danych inwestycji.

Autor: mgr inż. Zbigniew Jachowicz

Inżynier HVAC · HVAC Engineering Consultant

Ostatnia aktualizacja artykułu: 27 lipca 2026 r.

Materiał opracowano na podstawie dokumentacji producentów, jawnych założeń obliczeniowych oraz zasad projektowania systemów z pompami ciepła.

Artykuł ma charakter edukacyjny i techniczny. Nie zastępuje indywidualnego OZC, projektu wykonawczego, analizy akustycznej, projektu elektrycznego ani instrukcji montażu konkretnego urządzenia.