Wskaźniki efektywności energetycznej pomp ciepła. COP, SCOP, ηs (eta s), PER, SPER, klasy energetyczne. Jak oszczędzać energię i wodę

Efektywność energetyczna pomp ciepła

Wybór pompy ciepła jako źródła ciepła dla danego obiektu musi być poprzedzony złożonymi analizami. Jest to decyzja dużo bardziej skomplikowana, niż w przypadku doboru kotła. Z tego względu poniżej opisujemy wskaźniki efektywności energetycznej pomp ciepła i inne powiązane parametry.

Warunki temperaturowe pracy pomp ciepła – Pobór mocy i efektywność przy różnej temperaturze zewnętrznej

Zasada działania pompy ciepła polega na powodowaniu przepływu (tzw. „pompowaniu”) ciepła z otoczenia (np. z powietrza zewnętrznego, z gruntu) do ogrzewanych obiektów. Samorzutny przepływ ciepła z otoczenia o niższej temperaturze do ogrzewanych obiektów o wyższej temperaturze nigdy by nie nastąpił, ale pompa ciepła pozwala na taki przepływ dzięki nakładowi energii elektrycznej.

Zużycie energii elektrycznej pompy ciepła jest tym większe im:

niższa temperatura otoczenia,
wyższa temperatura obiektu ogrzewanego,

czyli:

im większa rozpiętość temperatur (im większa różnica temperatur).

Prezentuje to pierwszy rysunek, gdzie dla kolejnych warunków pogodowych obliczony jest wskaźnik efektywności COP (im wyższy wskaźnik, tym lepiej).

Diagram - zapotrzebowanie na moc grzewczą budynku i zapotrzebowanie na moc elektryczną powietrznej pompy ciepła dla 3 różnych temperatur zewnętrznych — Zapotrzebowanie na moc grzewczą budynku i zapotrzebowanie na moc elektryczną powietrznej pompy ciepła dla 3 różnych temperatur zewnętrznych.

Bardzo duża rozpiętość temperatur (różnica temperatur), co występuje przy skrajnych warunkach zimowych (największe mrozy), powoduje też ograniczenie mocy grzewczej pompy ciepła. A wówczas (w skrajnych warunkach zimowych (największe mrozy)) zapotrzebowanie na moc grzewczą ze strony budynku jest najwyższe.

Prezentuje to drugi rysunek. Można zaobserwować, że w skrajnych warunkach pogodowych, wskutek braku wydajności pompy ciepła, potrzebne jest dogrzewanie dodatkowym źródłem ciepła (najczęściej grzałkami elektrycznymi).

Diagram - Niedobór mocy powietrznej pompy ciepła w skrajnych warunkach zimowych. — Niedobór mocy powietrznej pompy ciepła w skrajnych warunkach zimowych

Wskaźniki oceny efektywności pomp ciepła

COP – współczynnik efektywności grzewczej

Podstawowym wskaźnikiem efektywności energetycznej pomp ciepła jest:
COP – Coefficent of Performance (pol. dosłownie współczynnik wydajności; ofic. Współczynnik efektywności grzewczej). Jest to stosunek mocy grzewczej [kW] do poboru mocy elektrycznej [kW] w warunkach odniesienia (wg normy), czyli przy określonej temperaturze powietrza lub cieczy po stronie dolnego i górnego źródła ciepła (występują pompy ciepła woda-woda; powietrze-woda; woda-powietrze; powietrze-powietrze, gdzie „woda” odznacza wodę lub glikol). Wskaźnik ten oznacza ile jednostek ciepła grzewczego daje dana pompa ciepła na jednostkę pobranej energii elektrycznej – w określonych warunkach odniesienia.

Im większa wartość COP, tym lepiej.

Przykłady:

COP dla warunków A7/W35 równe 5,0 – jest to wartość współczynnika efektywności grzewczej 5 kW uzyskiwanej mocy grzewczej na każdy 1 kW pobieranej mocy elektrycznej przy temperaturze powietrza na zewnątrz +7°C i temperaturze ogrzewanej wody +35°C.
COP dla warunków A-7/W35 równe 3,0 – jest to wartość współczynnika efektywności grzewczej 3 kW(g)/1 kW(e) przy temperaturze powietrza na zewnątrz -7°C i temperaturze ogrzewanej wody +35°C.
COP dla warunków A7/W55 równe 3,5 – jest to wartość współczynnika efektywności grzewczej 3,5 kW(g)/1 kW(e) przy temperaturze powietrza na zewnątrz +7°C i temperaturze ogrzewanej wody +55°C.

Litery oznaczają: A – air (powietrze); W – water (woda); B – brine (solanka/glikol, dotyczy dolnego źródła ciepła).

Warunki, dla których producenci powinni określać wartości COP podane są w normie EN 14511 i rozporządzeniu 811/2013. Norma ta nakazuje także uwzględnienie, oprócz poboru energii elektrycznej przez sprężarkę, także pobór energii przez pompę obiegową dolnego źródła ciepła do pokonania oporów parownika, regulatora, wentylatora, a także narzuca różnicę temperatur górnego źródła na poziomie 5 K (czyli 5°C).

Oznaczenia i parametry warunków odniesienia wg normy dla określania wartości COP i SCOP (Rozporządzenie 811/2013)

Obowiązkowo producent musi podać wartość COP oznaczoną jako COPrated dla warunków temperaturowych podanych poniżej.

1. Dolne źródło ciepła (w nawiasie temperatura termometru mokrego) – Powietrze zewnętrzne
  - Warunki klimatyczne umiarkowane (o oznaczeniu „A”=average): +7°C (+6°C) (oznaczenie A7),
  - Warunki klimatyczne chłodniejsze (o oznaczeniu „C”=cooler), w tym Polska: +2°C (+1°C) (oznaczenie A2),
  - Warunki klimatyczne cieplejsze (o oznaczeniu „W”=warmer): +14°C (+13°C) (oznaczenie A14).

Ponadto COP powinno być zadeklarowane (oznaczenie COPd) przez producenta dla następujących temperatur:

1. - dla pomp ciepła powietrze/ woda: -15°C (jeżeli TOL < -20°C)
  - dla temperatury TA = -7°C
  - dla temperatury TB = +2°C
  - dla temperatury TC = +7°C
  - dla temperatury TD = +12°C
  - graniczna temperatura robocza TOL (operation limit) powietrza zewnętrznego, dla danego urządzenia (oznaczane także jako TE),
  - temperatura biwalentna (ofic. „dwuwartościowa”) Tbiv – omówiona na wykresie (oznaczana także jako TF),
  - graniczna temperatura robocza dla podgrzewania ciepłej wody użytkowej WTOL (water, operation limit) – dotyczy dwufunkcyjnych pomp ciepła.
2. Dolne źródło ciepła (w nawiasie temperatura termometru mokrego) – Powietrze wywiewane z systemu wentylacji (zasadniczo przy wentylacji mechanicznej, czyli centralach wentylacyjnych)
  - Warunki klimatyczne wszystkie: +20°C (+12°C) (oznaczenie A20).
3. Dolne źródło ciepła (temperatura wlot/wylot) – Woda
  - Warunki klimatyczne wszystkie: +10/+7°C (oznaczenie W10/7).
4. Dolne źródło ciepła (temperatura wlot/wylot) – Solanka (glikol)
  - Warunki klimatyczne wszystkie: 0/-3°C (oznaczenie B0/-3).
5. Górne źródło ciepła (temperatura wlot/wylot) – Ogrzewacze pomieszczeń z pompą ciepła i wielofunkcyjne ogrzewacze z pompą ciepła, z wyjątkiem niskotemperaturowych pomp ciepła
  - Warunki klimatyczne wszystkie: +47/+55°C (oznaczenie W47/55 lub W55)
6. Górne źródło ciepła (temperatura wlot/wylot) – Niskotemperaturowe pompy ciepła
  - Warunki klimatyczne wszystkie: +30/+35°C (oznaczenie W30/35 lub W35).

Temperatura projektowa, biwalentna, graniczna – wymagania (Rozporządzenie 811/2013)

Temperatury: projektowa, biwalentna, graniczna muszą być następujące. Podane są temperatury termometru suchego (temperatura termometru mokrego powietrza jest podana w nawiasach).

Warunki klimatyczne umiarkowane:

1. - Temperatura obliczeniowa odniesienia Tdesignh = -10 (-11°C);
  - Temperatura biwalentna Tbiv = maksymalnie +2°C;
  - Graniczna temperatura robocza TOL = maksymalnie -7°C.

Warunki klimatyczne chłodniejsze, w tym Polska:

1. - Temperatura obliczeniowa odniesienia Tdesignh = -22 (-23°C);
  - Temperatura biwalentna Tbiv = maksymalnie -7°C;
  - Graniczna temperatura robocza TOL = maksymalnie -15°C (nie może to być np. -10°C).

Warunki klimatyczne cieplejsze:

1. - Temperatura obliczeniowa odniesienia Tdesignh = +2 (+1°C);
  - Temperatura biwalentna Tbiv = maksymalnie +7°C;
  - Graniczna temperatura robocza TOL = maksymalnie +2°C.

COP dla zaawansowanych

Wyznacza się dodatkowe elementy wskaźnika COP:

1. - COPrated – Znamionowy wskaźnik efektywności – oznacza stosunek deklarowanej wydajności grzewczej, wyrażanej w kW, do poboru energii wyrażanego w kW, podczas pracy w trybie ogrzewania w warunkach znamionowych znormalizowanych,
  - COPcyc – Efektywność cyklu – oznacza średni wskaźnik efektywności w okresie próby cyklu, obliczany jako stosunek łącznej wydajności grzewczej w danym okresie, wyrażanej w kWh, do łącznego poboru energii w tym samym okresie, wyrażanego w kWh;
  - COPd – Deklarowany wskaźnik efektywności – oznacza wskaźnik efektywności lub przy ograniczonej liczbie określonych bloków (bloki zdefiniowane przy opisie COPbin – poniżej);
  - COPbin – Wskaźnik efektywności dla określonego bloku – oznacza wskaźnik efektywności ogrzewacza pomieszczeń z pompą ciepła lub wielofunkcyjnego ogrzewacza z pompą ciepła, które zużywają energię elektryczną, wyprowadzany z obciążenia częściowego dla ogrzewania, deklarowanej wydajności grzewczej i deklarowanego wskaźnika efektywności dla określonych bloków, obliczany dla pozostałych bloków metodą interpolacji lub ekstrapolacji i w razie potrzeby skorygowany o współczynnik strat; przy czym „blok” (bin) oznacza połączenie temperatury zewnętrznej i czasu występowania bloku w ciągu roku [h/rok].

Porównywanie wartości COP dla różnych pomp ciepła

Porównanie wartości COP dla różnych pomp ciepła ma sens jedynie, gdy wartości COP określone są dla tych samych warunków:

1. - COP dla pompy ciepła nr 1 wyznaczone są dla tych samych parametrów temperaturowych, jak dla pompy ciepła nr 2, np.
    porównujemy COP A2 / W47/55 pierwszej pompy ciepła z COP A2 / W47/55 drugiej pompy ciepła.
  - dla większości zastosowań sens ma porównywanie pomp ciepła o podobnej temperaturze granicznej ogrzewania (TOL). Chodzi o to, aby porównywać pompy ciepła o tym samym zastosowaniu, np. porównanie 2 pomp ciepła mogących zapewnić ogrzewanie przy temperaturze zewnętrznej spadającej do -20°C. Rzadko chcemy bowiem porównać taką pompę ciepła z pompą ciepła pracującą tylko powyżej -7°C.

Porównując COP dla temperatury powietrza zewnętrznego +2°C (oznaczenie A2) porównujemy efektywność grzewczą przy temperaturze, która zbliżona jest do temperatur występujących przez długie okresy w sezonie grzewczym (+2°C jest dobrą temperaturą porównawczą w przypadku Polski). Oznacza to, że taka wartość COP będzie występowała często podczas pracy urządzenia.

Czy porównanie COP dla 2 pomp ciepła (nawet w tych samych warunkach temperaturowych) daje pełny obraz o tych 2 maszynach?

Nie. Dlatego, że pompy ciepła w różny sposób dostosowują się do warunków temperaturowych (w szczególności dotyczy to temperatury zewnętrznej), w zależności od wyposażenia urządzenia, co skutkuje różną efektywnością (różnymi wartościami COP) w różnych warunkach. Różnice, które nazwaliśmy różnicami w wyposażeniu, polegają m.in. na:

1. - wyposażeniu pompy ciepła w przetwornicę częstotliwości (tzw. inwerter) umożliwiający pracę ze zmienną prędkością obrotową,
  - sposobu odszraniania zewnętrznego wymiennika (dot. powietrznych pomp ciepła),
  - zastosowaniu wymienników regeneracyjnych (wewnątrz obudowy pompy ciepła w ramach obiegu cieplnego),
  - zastosowaniu różnych czynników roboczych (niskowrzących).

Z tego względu dodatkowym wskaźnikiem efektywności, który uwzględnia te czynniki, jest SCOP.

SCOP – Co to jest i co oznacza?

SCOP – Seasonal Coefficent of Performance (pol. Sezonowy współczynnik efektywności grzewczej). Jest to stosunek ilości ciepła grzewczego w ciągu roku [kWh] do poboru energii elektrycznej w ciągu roku [kWh] w warunkach znormalizowanego sezonu grzewczego, czyli częstości występowania temperatur powietrza zewnętrznego wg normy.

Przykład:

1. - SCOP dla warunków W35 równe 5,0 – jest to wartość współczynnika sezonowej efektywności grzewczej przy temperaturze ogrzewanej wody +35°C (czyli dla systemów niskotemperaturowych – np. z ogrzewaniem podłogowym).
  - SCOP dla warunków W55 równe 3,5 – jest to wartość współczynnika sezonowej efektywności grzewczej przy temperaturze ogrzewanej wody +35°C (czyli dla systemów średniotemperaturowych – np. z ogrzewaniem grzejnikowym).

Im większa wartość SCOP, tym lepiej. Dwa razy wyższe SCOP oznaczałoby dwa razy niższe zużycie energii elektrycznej w okresie całego sezonu grzewczego (przynajmniej w przybliżeniu, ponieważ metodologia wyliczania wartości SCOP jest w pewien sposób uproszczona, ale też zagmatwana, co omawiamy poniżej).

SCOP dla zaawansowanych

W tym rozdziale opisujemy haczyki, przez które interpretacja wartości SCOP może być zwodnicza. W jakich warunkach możemy porównywać wartości SCOP dwóch różnych pomp ciepła?

Sposób określenia wartości SCOP określa norma EN 14825 i dyrektywa 811/2013. Określa ona m.in. 3 strefy Europy, dla których określa się wartości SCOP. Są to:

1. - strefa A (Average) o umiarkowanych warunkach klimatycznych (wybrane rejony zachodniej Europy), z danymi o temperaturze powietrza w ciągu roku dla Strasbourg (Francja),
  - strefa C (Colder) o chłodniejszych warunkach klimatycznych – Polska w całości należy do tej strefy (poza tym Skandynawia, Litwa, wybrany rejon na zachód i południe od Polski), z danymi o temperaturze powietrza w ciągu roku dla Helsinki (Finlandia),
  - strefa W (Warmer) o cieplejszych warunkach klimatycznych (Grecja, Hiszpania itp.), z danymi o temperaturze powietrza w ciągu roku dla Athens (Grecja).

Dla tych 3 stref (A, C, W), a właściwie miast (Strasburg, Helsinki, Ateny) znana jest liczba dni w roku, w których występują określone temperatury powietrza zewnętrznego. Na przykład dla strefy C (w tym Polski) jest to: zero godzin na rok występowania temperatury powietrza poniżej -22°C; 1 h/rok dla temperatury -22°C; 6 h/rok dla -21°C; 13 h/rok dla -20°C; 17 h/rok dla -19°C; … ; 490 h/rok dla 0°C; … ; 243 h/rok dla +10°C; … ; 61 h/rok dla +15°C. Dla wyższych temperatur przyjmuje się 0 h/rok pracy pompy ciepła.

Dla strefy C (w tym Polski), przyjmuje się, że są następujące procentowe zapotrzebowanie na ciepło budynku dla temperatur powietrza zewnętrznego:

1. - od -22°C (100% projektowego zapotrzebowania na ciepło) do 15°C (0%) liniowo, czyli w kolejnych temperaturach wg normy:
  - 82% projektowego zapotrzebowania na ciepło budynku dla temperatury -15°C
  - 61% projektowego zapotrzebowania na ciepło budynku dla temperatury TA = -7°C
  - 37% projektowego zapotrzebowania na ciepło budynku dla temperatury TB = +2°C
  - 24% projektowego zapotrzebowania na ciepło budynku dla temperatury TC = +7°C
  - 11% projektowego zapotrzebowania na ciepło dla temperatury TD = +12°C
  - 0% projektowego zapotrzebowania na ciepło dla temperatury powyżej +15°C.

Podane wyżej temperatury są punktami A-D pomiaru efektywności pompy ciepła w procesie certyfikowania (lub deklarowania przez producenta). Instytucje certyfikujące dokonują pomiarów dla tych warunków. Dla każdej z tych temperatur wyznaczane są: wydajność grzewcza [kW] i pobór mocy elektrycznej [kW], z których wylicza się odpowiednie wartości COP dla punktów A; B; C; D, oznaczane jako COPbin(Tj).

Wykres - Zapotrzebowanie na moc grzewczą ogrzewanego budynku oraz maksymalna wydajność pompy ciepła w zależności od temperatury zewnętrznej. — Zapotrzebowanie na moc grzewczą ogrzewanego budynku oraz maksymalna wydajność pompy ciepła w zależności od temperatury zewnętrznej.

Pierwszym problemem, jeśli chodzi o podawane przez producentów wartości SCOP jest to, czy wartości te podane są dla właściwej strefy. W naszym przypadku „C” – colder, o chłodniejszych warunkach klimatycznych.

Drugim problemem jest określenie wartości projektowanego zapotrzebowania na ciepło budynku. Przy obliczeniach SCOP zakłada się bowiem, że dana pompa ciepła dostosowywać będzie się do zapotrzebowania na ciepło budynku, które określone jest według liczby godzin występowania określonych temperatur powietrza zewnętrznego w ciągu roku oraz procentowego zapotrzebowania na ciepło budynku przy tych temperaturach (czyli podane wyżej założenia).

Aby jednak wyznaczyć jak zachowa się dana pompa ciepła o określonej mocy grzewczej [kW] przy ogrzewaniu budynku, do obliczeń trzeba założyć zapotrzebowanie na ciepło budynku w kW (a nie %) dla określonej temperatury projektowej powietrza zewnętrznego. Na przykład można założyć 20 kW przy -10°C (jakby dla budynków jednorodzinnych nieocieplonych). A może to być 5 kW przy -10°C (jak dla budynków ocieplonych). A może to być 3 kW przy -10°C (jak np. dla części budynku z lokalami usługowymi). Problem polega na tym, że przecież przy określaniu wartości SCOP producent (albo instytucja certyfikująca) nie wie w jakim budynku pompa ciepła będzie pracowała. Musi on coś założyć i podać to w raporcie/tabeli z wynikami wyliczonego SCOP. Można w ten sposób lekko manipulować wynikiem, a co za tym idzie wyniki obliczonego SCOP dla różnych pomp ciepła będą nie do końca porównywalne.

Poniższy wykres prezentuje efekt złożenia wydajności danej pompy ciepła z zapotrzebowaniem na moc grzewczą ogrzewanego budynku w zależności od temperatury zewnętrznej. Przyjęte wartości mocy w [kW] decydują o ilości energii potrzebnej do dogrzewania obiektu innym źródłem ciepła, a zatem wpływają na wartość SCOP.

Porównywanie wartości SCOP dla różnych pomp ciepła

Aby porównać wartości SCOP dla 2 różnych pomp ciepła należy upewnić się o zgodności przynajmniej następujących kluczowych danych:

1. - zbliżona nominalna moc grzewcza, kW,
  - te same warunki klimatyczne (A, C lub W), w przypadku Polski: „C” – Colder.
  - taka sama lub podobna graniczna temperatura robocza TOL, °C,
  - taka sama lub podobna temperatura biwalentna (dwuwartościowa) Tbiv, °C,
  - należy sprawdzić, czy Tbiv jest w przybliżeniu zgodna z zasilanym obiektem (np. ogrzewanym domem). W tym celu należy wykonać wykresy prostych zapotrzebowania na moc grzewczą i wydajności pompy ciepła w zależności od temperatury powietrza zewnętrznego, jakie pokazano wyżej. Jeżeli ta temperatura nie jest zgodna w taki sposób, że wyznaczona z wykresów Tbiv dla danego obiektu jest wyższa niż Tbiv zawarta w kartach katalogowych danej pompy ciepła, to wartości SCOP deklarowane przez producenta mogą być traktowane wyłącznie orientacyjne.

Wskaźnik efektywności dla trybu aktywnego SCOPon i SCOPnet

Wartości SCOP są wyznaczane w następującym rozbiciu na cząstkowe wartości SCOP:

1. 1. SCOPon to SCOP dla trybu aktywnego (ang. active mode), przedstawiająca zużycie energii elektrycznej dla w wyznaczonego sezonu ogrzewczego, w okresie w którym pompa ciepła jest włączona, włączając w to zużycie energii elektrycznej wszelkich grzałek elektrycznych (np. skrzyni korbowej i elektrycznego podgrzewacza zapasowego).
  2. SCOPnet to wartość netto SCOP, przedstawiająca zużycie energii elektrycznej dla wyznaczonego sezonu ogrzewczego, w okresie w którym pompa ciepła jest włączona, wyłączając zużycie energii elektrycznej wszelkich grzałek elektrycznych (np. skrzyni korbowej i elektrycznego podgrzewacza zapasowego).
  3. SCOP to całkowity SCOP reprezentujący cały sezon grzewczy, obejmujący zużycie energii elektrycznej wynikające z dodatkowych grzałek elektrycznych, a także zużycie energii elektrycznej w okresach, gdy nie ma zapotrzebowania na ciepło, okresach czuwania, zużycie wynikające z aktywnych układów pomocniczych w okresach wyłączenia oraz zużycie wynikające z grzałki karteru, jeżeli taka występuje.

Na zużycie energii dla trybu innego niż tryb aktywny (czyli tryb grzania) składają się:

1. - Tryb – wyłączony (Off-mode) – tryb, w którym jednostka jest całkowicie wyłączona i nie można jej ponownie aktywować za pomocą urządzenia sterującego lub timera (w tym trybie pompa ciepła może pobierać niewielką moc elektryczną),
  - Tryb czuwania (Standby mode) – tryb, w którym jednostka jest częściowo wyłączona i można ją ponownie aktywować za pomocą urządzenia sterującego lub timera,
  - Tryb wyłączonego termostatu (Thermostat-off mode) – tryb odpowiadający godzinom bez obciążenia grzewczego, ale w którym funkcja grzewcza jednostki jest włączona, ale jednostka nie działa, ponieważ nie ma obciążenia grzewczego,
  - Tryb grzałki karteru (Crankcase heater mode) – tryb odpowiadający godzinom, w których urządzenie grzewcze jest aktywowane w celu uniknięcia migracji czynnika chłodniczego do sprężarki w celu ograniczenia stężenia czynnika chłodniczego w oleju podczas uruchamiania sprężarki.

Przykładowe realne wartości tych 3 wielkości SCOP:

(ogrzewane niskotemperaturowe W35 (czyli temperatura wody powrót/zasilanie 30/35°C), np. podłogowe)

1. - SCOPon = 3.86
  - SCOPnet = 3.94
  - SCOP = 3.82

(ta sama pompa ciepła, przy ogrzewaniu wysokotemperaturowym W55 (czyli temperatura wody powrót/zasilanie 47/55°C), np. grzejnikowym)

1. - SCOPon = 3.26
  - SCOPnet = 3.35
  - SCOP = 3.23

Wartość SCOPnet jest najwyższa, ponieważ nie obejmuje zużycia energii elektrycznej grzałek elektrycznych, ani innych urządzeń pomocniczych, które funkcjonują nie tylko w okresie trybu aktywnego. Grzałki elektryczne pobierają dużą moc w krótkich okresach czasu. A urządzenia pomocnicze pobierają małą moc w długich okresach czasu.

Wpływ grzałek karteru i innych grzałek pomocniczych (w tym grzałek dających ciepło do ogrzewanego obiektu w okresach, kiedy pompa ciepła nie ma dostatecznej wydajności grzewczej) można zaobserwować porównując wartość SCOPnet (wyższą) i SCOPon (niższą – obniżenie spowodowane pracą grzałek).

Wpływ urządzeń pomocniczych innych niż grzałki elektryczne (np. sterowników) można zaobserwować porównując wartość SCOPon (wyższą) i SCOP (niższą – obniżenie spowodowane pracą urządzeń pomocniczych).

Środowiskowe wskaźniki efektywności energetycznej dla pomp ciepła

Sezonowa sprawność energetyczna ogrzewania pomieszczeń ηs (eta s)

Sezonową efektywność energetyczną ogrzewania pomieszczeń ηs (eta s) oblicza się jako stosunek wskaźnika sezonowej efektywności SCOP do współczynnika konwersji CC (równego 2,5), skorygowany o wpływ czynników obejmujących regulację temperatury oraz – w przypadku ogrzewaczy pomieszczeń z pompą ciepła woda/woda lub solanka/woda i ogrzewaczy wielofunkcyjnych z pompą ciepła – zużycie energii elektrycznej przez co najmniej jedną pompę dla wody gruntowej.

W powyższym zdaniu CC jest współczynnikiem konwersji energii pierwotnej (czyli paliw kopalnych) w energię elektryczną, równy dla UE średnio 2,5 kWh energii pierwotnej/kWh energii elektrycznej. Wg definicji z rozporządzenia 811/2013: współczynnik, który wyraża oszacowaną na 40 % przeciętną efektywność produkcji energii w UE, o której mowa w dyrektywie 2012/27/WE Parlamentu Europejskiego i Rady; wartość współczynnika konwersji CC = 2,5;

Jaki sens fizyczny ma ηs (eta s)?

Jeżeli ηs (eta s) jest to SCOP wyrażone w [kWh ciepła grzewczego/kWh zużytej energii elektrycznej] podzielone przez współczynnik konwersji CC wyrażony w [kWh energii pierwotnej/kWh energii elektrycznej], to ηs (eta s) wyrażone jest w [kWh ciepła grzewczego/kWh energii pierwotnej].

Czyli nie jest to typowa sprawność energetyczna, ponieważ nie odnosi się do energii dostarczanej (zużywanej), czyli w przypadku pomp ciepła – energii elektrycznej. Zamiast tego odnosi się do zużycia energii pierwotnej.

Energia pierwotna jest to energia czerpana wprost ze środowiska naturalnego, czyli energia paliw kopalnych. Ilości energii pierwotnej ważne są w dziedzinie inżynierii środowiska lub rozliczeń globalnego zużycia energii paliw kopalnych.

Sezonową sprawność energetyczną ogrzewania pomieszczeń ηs (eta s) wyznacza się także dla kotłów grzewczych, a także innych urządzeń grzewczych. Wyrażona jest zawsze w tej samej jednostce [kWh ciepła grzewczego/kWh energii pierwotnej]. Skoro ηs (eta s) dla kotłów ma taką samą jednostkę, co ηs (eta s) dla pomp ciepła, to możemy je porównać.

Przykład porównania ηs (eta s) (przykładowe dane):

1. - Pompa ciepła X:
  - eta s = 1,66 = 166%
  - Kocioł kondensacyjny Y:
  - eta s = 0,94 = 94%
  - Dla tych 2 przykładowych urządzeń mniejszym obciążeniem dla środowiska pod kątem zużycia energii pierwotnej (paliw kopalnych) charakteryzuje się pompa ciepła X, niż kocioł kondensacyjny Y.

Oczywiście zwykle zużywane są tu różne paliwa (pompa ciepła – mix paliw i źródeł, w tym węgiel; kocioł kondensacyjny – zwykle gaz ziemny), dlatego także można porównywać emisję CO2 na 1 kWh wytworzonego ciepła grzewczego. Porównanie emisji CO2 nie ma jednak sensu użytkowego (sensu dla użytkownika urządzenia), tak jak i zresztą porównanie eta s.

Wskaźniki zużycia energii pierwotnej PER i SPER

W wybranych przypadkach wyznacza się wskaźnik zużycia energii pierwotnej PER (Primary Energy Ratio) i sezonowy wskaźnik zużycia energii pierwotnej SPER. Energia pierwotna jest to energia czerpana wprost ze środowiska naturalnego, czyli energia paliw kopalnych. Ilości energii pierwotnej ważne są w dziedzinie inżynierii środowiska lub rozliczeń globalnego zużycia energii paliw kopalnych.

Wskaźnik PER wyrażony jest w [kW mocy grzewczej/kW strumienia energii paliwa kopalnego] (a nie kW mocy grzewczej/kW mocy elektrycznej, jak w przypadku wskaźnika COP).

Z racji tego, że przeliczenie mocy elektrycznej [kW] na moc paliwa kopalnego czerpanego ze środowiska [kW] jest zunifikowane w Unii Europejskiej, to to przeliczenie jest wykonywane z użyciem wskaźnika CC. PER = COP x CC.

Sezonowy wskaźnik zużycia energii pierwotnej SPER wyrażony jest [kWh ciepła grzewczego dostarczonego do ogrzewanego obiektu/kWh energii zużytego paliwa kopalnego]. SPER = SCOP x CC. Wartość CC omówiona powyżej.

Klasy energetyczne pomp ciepła i kotłów grzewczych

Klasy sezonowej efektywności energetycznej ogrzewania pomieszczeń definiuje załącznik II rozporządzenia 811/2013. Klasy te oznaczane są literami A+++, A++, A+, A, B, C, D, E, F, G (dodatkowo oznaczane kolorami od zielonego przez żółty i pomarańczowy do czerwonego).

Wyznaczane są one w zależności od sezonowej sprawności energetycznej ogrzewania pomieszczeń ηs (eta s) (Uwaga: sprawność ηs (eta s) zdefiniowana jest specyficznie, co opisano wyżej).

Przykładowo klasa sezonowej efektywności energetycznej ogrzewania pomieszczeń A+++ obowiązuje dla:

1. - Sezonowej efektywności energetycznej ogrzewania pomieszczeń ηs, w przypadku kotłów i wysokotemperaturowych pomp ciepła, mieszczącej się w przedziale ηs ≥ 150%,
  - Sezonowej efektywności energetycznej ogrzewania pomieszczeń ηs, w przypadku niskotemperaturowych pomp ciepła, mieszczącej się w przedziale ηs ≥ 175%.

Natomiast klasa sezonowej efektywności energetycznej ogrzewania pomieszczeń A++ obowiązuje dla:

1. - sezonowej efektywności energetycznej ogrzewania pomieszczeń ηs, w przypadku kotłów i wysokotemperaturowych pomp ciepła, mieszczącej się w zakresie 125% ≤ ηs < 150%
  - sezonowej efektywności energetycznej ogrzewania pomieszczeń ηs , w przypadku niskotemperaturowych pomp ciepła, mieszczącej się w zakresie 150% ≤ ηs < 175%.

Jak widać klasy energetycznej pomp ciepła niskotemperaturowych nie powinno się porównywać z klasą pomp ciepła wysokotemperaturowych, bowiem klasa A+++ pompy ciepła niskotemperaturowej oznacza inną sprawność, niż klasa A+++ pompy ciepła wysokotemperaturowej.

Można natomiast porównać wprost klasę energetyczną kotła kondensacyjnego z klasą energetyczną wysokotemperaturowej pompy ciepła. Porównanie to wskaże które z urządzeń bardziej obciąża środowisko naturalne pod kątem zużycia energii pierwotnej (z powodu definicji ηs (eta s)).

Klasy energetyczne, pomimo pięknych kolorów na etykietach energetycznych, nie są wprost powiązane z kosztami ogrzewania, co stanowi ich znaczną wadę.