Co oznacza „pompa ciepła do przygotowywania c.w.u. klasy energetycznej A”?

Wkrótce urządzenia do przygotowywania ciepłej wody użytkowej (w tym pompy ciepła) będą oznakowane etykietami energetycznymi, jak to się już czyni od lat w przypadku klimatyzatorów, lodówek, pralek i wszystkich innych urządzeń zużywających energię.
Komisja Europejska wydała rozporządzenie nr 812/2013 z dnia 18 lutego 2013 r. dot. określania etykiet energetycznych. Jest ono wiążące również dla Polski.
Etykiety energetyczne i klasy energetyczne dla urządzeń przygotowujących ciepłą wodę w tym i pomp ciepła do c.w.u. zaczną obowiązywać w całej Europie od września 2015 roku.
W tabeli 1 zamieszczono uzyskane wartości współczynnika COP w zależności od klasy i profilu poboru ciepłej wody. Pompa ciepła do przygotowywania c.w.u., powszechnie spotykana w sprzedaży, osiąga już dzisiaj bez jakichkolwiek problemów klasę A (podgrzewacz zasobnikowy o pojemności przynajmniej 250 do 300 l przy profilu XL poboru c.w.u.). Różnice między poszczególnymi klasami energetycznymi są szczególnie duże, np. pompa ciepła klasy A+ w najgorszym przypadku jest prawie dwukrotnie bardziej efektywna, niż pompa klasy A. Ponadto dla wybranego profilu poboru c.w.u. musi być spełniony warunek zdefiniowanej minimalnej ilości ciepłej wody. Od 24 września 2015 pompy ciepła do przygotowywania c.w.u. będą musiały obowiązkowo mieć etykietę energetyczną. Wprowadzenie klasy energetycznej A+ zapowiedziane jest najwcześniej na wrzesień 2017 roku, a do tego czasu praktycznie wszystkie pompy ciepła do przygotowywania ciepłej wody użytkowej będą mieć klasę A (najwyższą możliwą do 2017 r.).

Podstawą do oceny wydajności (tabela 1) jest wprowadzony w 2006 roku i obowiązujący w całej UE współczynnik zapotrzebowania na energię pierwotną 2,5 (odpowiada współczynnikowi sprawności produkcji energii elektrycznej 40%) w odniesieniu do prądu elektrycznego.

W zasadzie wszystkie pompy ciepła do przygotowywania c.w.u., oferowane w Europie, osiągają klasę A. Potencjalny nabywca może być wprowadzany w błąd klasą A, zwłaszcza że elektryczny podgrzewacz zasobnikowy (ok. 3 razy mniej efektywny energetycznie) w niektórych profilach poboru ciepłej również może uzyskać klasę A (małe zasobniki elektryczne).

Zgodnie z nowymi wymogami ecodesign [3] od września 2015 r. obowiązkiem producenta będzie podawanie nie tylko klasy i poziomu mocy akustycznej na etykiecie energetycznej. Wymagane będzie również podawanie danych COP dla różnych wartości temperatury powietrza w zależności od rodzaju klimatu. Dotyczy to przypadku poboru powietrza z zewnątrz, w Polsce (klimat chłodny) będzie to wartość COP dla A+2W10-55. Dla powietrza z pomieszczenia – COP dla A+20W10-55, w przypadku powietrza wyrzutowego z systemu wentylacji COP dla A+20W10-55 (tabela 2).

Porównanie COP wg normy starej PN-EN 255-3 i aktualnej PN-EN 16147

Współczynnika efektywności COP wyznaczonego zgodnie z normą PN-EN 16147 nie można porównywać wprost z wcześniejszym współczynnikiem COP wyznaczonym z PN-EN 255-3. Wynika to z zastosowania innej metodologii pomiarów. Na poniższym rysunku przedstawiono graficznie obydwie, różniące się między sobą, metody wyznaczania współczynnika COP.
Wg aktualnej normy PN-EN 16147 wskaźnik COP wyznacza się w trakcie cyklu pobierania (dzienny profil poboru c.w.u. dla przeciętnego gospodarstwa domowego). Cykl taki trwa przynajmniej 24 h. Podczas jego przebiegu wykorzystuje się zdefiniowaną energię poboru c.w.u. oraz wynikającą z pracy pompy ciepła energię dostarczoną, tak aby wyznaczyć wskaźnik COP pompy ciepła do przygotowywania c.w.u. na podstawie pomiarów trwających całą dobę.
Inaczej definiowano COP wg już nieobowiązującej już normy EN 255-3. Tutaj do wyznaczenia tego współczynnika wykorzystywano energię poboru c.w.u. połowy pojemności podgrzewacza zasobnikowego i wynikającą stąd dostarczoną energię elektryczną (rys. 2).

Na wykresie (rys. 3) zestawiono wszystkie wyniki badań COP ze szwajcarskiego środka badawczego Wärmepumpen-Testzentrum WPZ und Akustik dla urządzeń (pow. 250 l.) o profilu poboru XL zarówno dla nowej, jak i starej normy.

Podane wartości COP wg 16147 są pomierzone dla parametrów A15W10-55. W przypadku przejścia na parametry A7W10-55, które można by przyjąć dla klimatu umiarkowanego wartość COP spada o około 15% od COP dla A15W10-55. Z kolej przejście na parametry A20W10-55 daje nam wzrost COP ok. 10% od wartości COP dla od A15W10-55.
Podawane wartości w przeglądach czy zestawieniach w różnych czasopismach branżowych dla pomp ciepła do c.w.u. różnią się w sposób znaczący od podanego przykładowego przeglądu pomp.

Czy pompa ciepła do c.w.u. korzysta z OZE?

Wbrew pozorom rozstrzygnięcie tego pytania nie jest proste i oczywiste. W decyzji Komisji Europejskiej z 1 marca 2013 roku dotyczącej sposobu liczenia energii odnawialnej i min. wartości SPF jest kilka bezpośrednich i pośrednich zapisów dotyczących powietrznych pomp ciepła dedykowanych do ciepłej wody:

A.  „Jeżeli chodzi o powietrzne podgrzewacze wody, to z reguły tylko w wyjątkowych wypadkach takie pompy ciepła mają SPF powyżej minimalnej wartości progowej”.

Przyjęta wartość minimalna SPF dla sprężarkowych pomp ciepła zasilanych wynosi 2,5 dla całego obszaru UE. Komisja zwraca uwagę na to, by szczególnie ostrożnie podchodzić do tego typu urządzeń. Na podstawie zapisów można by założyć, że min. wartość COP wg normy EN 16147 powinna wynosić 2,6 dla A15W10-55, czyli około 2,88 dla A20W10-55 (analiza własna – brak gwarancji pewności). Ma to potwierdzenie w progu dla klasy energetycznej A dla rozbioru c.w.u. w profilu L (tabela 1).

B.  „Tylko powietrze atmosferyczne, tj. powietrze zewnętrzne, może być źródłem energii dla powietrznych pomp ciepła…” Jeżeli jednak źródło energii stanowi mieszaninę energii odpadowej i energii otoczenia (np. powietrze wywiewne z urządzeń do obiegu powietrza), to metoda obliczania dostarczonej energii odnawialnej powinna to odzwierciedlać.

Pompy ciepła pracujące na powietrzu wywiewnym, jako źródło energii wykorzystują energię otoczenia, dlatego dostarczają energię odnawialną. Ale jednocześnie takie pompy ciepła odzyskują energię z powietrza wywiewnego, która nie stanowi energii aerotermalnej zgodnie z dyrektywą OZE. Dlatego tylko energia aerotermalna jest liczona, jako energia odnawialna. Uwzględnia się to poprzez korektę wartości H_HP dla takich pomp ciepła, jak określono w rozdziale 3.6 decyzji.

W pompach ciepła pobierających ciepło z powietrza zewnętrznego (energia aerotermalna) przy założeniu, że wsp. SPF wynosi 2,5 udział OZE w całym przekazanym cieple na cele c.w.u. wynosi 60%.

W pompach ciepła pobierających tylko ciepło z powietrza z pomieszczenia (bez wyrzutu powietrza na zewnątrz – rys. 5) można założyć (opierając się na decyzji komisji z 1 marca 2013 r.), że pompa ciepła nie korzysta z energii odnawialnej. Ciepło zgromadzane w budynku jest ciepłem pochodzącym z zysków słonecznych i wewnętrznych i jako takie nie jest traktowane jako OZE. Nie zmienia to znaczenia dużej efektywności urządzenia (oczywiście poza okresem grzewczym, kiedy pompa ciepła pobierająca ciepło z ogrzewanego pomieszczenia nie powinna pracować).
W pompach ciepła pobierających ciepło z powietrza wentylacyjnego wyrzutowego z budynku (miks energii odpadowej z energią aerotermalną) zakłada sie, że wsp. SPF wynosi 2,5, statystyczny udział OZE w całym przekazanym cieple wynosi (600/1970 x 60%), czyli ok. 18,5% całego ciepła na c.w.u.

Czy wspierać finansowo zakup pomp ciepła do c.w.u?

Zdaniem autora na obecnym etapie rozwoju rynku tych urządzeń w Polsce warto wspierać je programami finansowymi. Przewidując dynamiczny rozwój rynku tych urządzeń, wydaje się za klika lat będzie to już całkowicie zbędne. Korzyści dla klientów wynikające z zastosowania tych rozwiązań są szczególnie duże. Główną jest już sam fakt, że koszty inwestycji są około 2 razy niższe niż dla typowego systemu solarnego do c.w.u. przy co najmniej porównywalnych kosztach eksploatacji. Zdaniem autora powinno się wspierać głównie pompy ciepła o odpowiednio wysokim COP (≥ 3,0 dla parametrów A15W10-55 i profilu XL), tak aby można było osiągnąć realną wartość wsp. efektywności energetycznej SPF > 2,5 w warunkach klima-tu chłodnego. Zgodnie z decyzją Komisji Europejskiej z 1 marca 2013 r., tylko pompy
o takim COP, pobierające ciepło zgromadzone w powietrzu zewnętrznym wykorzystują energię ze źródeł odnawialnych.

Literatura

1. WPZ – Bulletin, wydanie 01-2012
2. WPZ – Bulletin, wydanie 02-2013 (Mick Eschmann Leiter Wärmepumpen-Testzentrum WPZ und Akustik) – październik 2013
3. Rozporządzenie delegowane komisji (UE) nr 812/2013 z dnia 18 lutego 2013 r. uzupełniające dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/30/UE w odniesieniu do etykiet efektywności energetycznej dla podgrzewaczy wody, zasobników c.w.u. i zestawów zawierających podgrzewacz wody i urządzenie słoneczne
4. Rozporządzenie Komisji (UE) NR 814/2013 z dnia 2 sierpnia 2013 r. w sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla podgrzewaczy wody i zasobników c.w.u.
5.         Arkusz kalkulacyjny PORTPC z danymi klimatycznymi Polski (w zakładce www.portpc.pl download)