Duże inwestycje budowlane o powierzchni przekraczającej 500 m kw. wymagają większego zapotrzebowania na moc grzewczą, co przekłada się na postawienie na bardziej skuteczne i o większej mocy instalacje grzewcze niż w przypadku mniejszych domów jednorodzinnych.

Jakie obliczyć zapotrzebowanie na moc grzewczą dużych budynków?

Zapotrzebowanie na moc grzewczą wyrażane jest w watach na metr kwadratowy powierzchni ogrzewanej. Ilość potrzebnych watów, czyli jednostek mocy, zależy między innymi od konstrukcji budynku oraz materiałów, z których został on wykonany i ocieplony.

Współczynnik strat ciepła dla nowo wybudowanego domu jednorodzinnego to obecnie około 50 W/m2.

W celu uzyskania całkowitego zapotrzebowania na moc grzewczą, współczynnik ten musimy pomnożyć przez powierzchnię. Łatwo więc wywnioskować, że dwa budynki wykonane w identyczny sposób, jednak o innej powierzchni, będą miały odmienne zapotrzebowanie całkowite. Im większy budynek, tym będzie ono większe.

Wymagana moc grzewcza dla nowego budynku o powierzchni 140 m2 i współczynniku strat 50 W/m2 to 7000 W (7 kW), natomiast dla takiego samego budynku o powierzchni 500 m2 to zapotrzebowanie będzie równie 25000 W (25 kW).

Wartości te podawane są dla temperatur projektowych (w centralnej Polsce będzie to -20°C). Wraz ze wzrostem temperatury spada również zapotrzebowanie.

Możemy przyjąć, że przy temperaturze -1°C zapotrzebowanie to będzie mniejsze o połowę.

Co zrobić, gdy zapotrzebowanie na moc grzewczą budynku przekracza moc pompy ciepłej?

Obecnie rynek powietrznych pomp ciepła najmocniej rozwinął się w sektorze pomp o małej mocy, które samodzielnie mogą ogrzać większość domów jednorodzinnych. Ich moc jednak jest niewystarczająca, aby zapewnić komfort cieplny w dużych inwestycjach. Moce tych urządzeń wahają się od 3 do 20 kW. Co zrobić, jeśli zapotrzebowanie naszego budynku przekracza tę moc?

Świetnym i ekonomicznym rozwiązaniem jest układ hybrydowy, w którym pompa ciepła będzie wspomagana przez kocioł gazowy.

 Jak było wspomniane, zapotrzebowanie na moc grzewczą zależy od temperatury zewnętrznej. W czasie dużych mrozów nasz budynek wymaga dostarczenia większej energii niż w okresach przejściowych w celu utrzymania komfortowej dla domowników temperatury.

Znając zapotrzebowanie budynku, możemy dobrać pompę ciepła tak, aby pracowała przez około 80% sezonu grzewczego, czyli do temperatury około -2°C, a przez resztę sezonu możemy włączyć kocioł grzewczy.

W takim wypadku wystarczy, że moc pompy ciepła będzie o połowę mniejsza niż maksymalne zapotrzebowanie. Dodatkowym argumentem jest sprawność pompy ciepła, która rośnie wraz ze wzrostem temperatury, co przedstawia załączony wykres:

Jak rośnie sprawność pompy wraz ze wzrostem temperatury powietrza? Foto. Vaillat
Jak rośnie sprawność pompy wraz ze wzrostem temperatury powietrza? Foto. Vaillat

 

Moc pompy ciepła podawana jest z uwzględnieniem różnych warunków pogodowych. Bardzo często podawana jest w punkcie A-7W35, gdzie A to temperatura zewnętrzna -7°C, a W35 to temperatura zasilania pompy ciepła.

W przypadku, gdy dobieramy pompę ciepła w układzie hybrydowym, warto patrzeć jaka jest jej moc przy A-2W35, ponieważ średnia temperatura w okresie grzewczym to około 0°C.

Moc pompy ciepła jest wyższa przy wyższych temperaturach. Dzięki temu możemy dobrać mniejszą pompę ciepła (przy A-7W35), która jest tańsza, a oszczędzony kapitał przeznaczyć na zakup kotła gazowego.

W przypadku bardzo dużych inwestycji możliwe jest również kaskadownie pomp ciepła, które będą wspomagane przez kocioł gazowy.

Hybrydowe połączenie kotła gazowego z pompą ciepła

Koszt podgrzewania ciepłej wody w przypadku kotła gazowego jest taki sam, niezależnie od pory roku. Powietrzne pompy ciepła natomiast mają największą moc i największą sprawność latem. Warto, aby pracowały wtedy z pełną wydajnością i w trybie ciepłej wody.

W dużych obiektach zużycie wody może być spore, więc montaż pompy ciepła do pracy tylko na ciepłą wodę wydaje się najbardziej racjonalnym rozwiązaniem. Warto projektować systemy, w których pompa ciepła w pełni zostanie wykorzystana.

W standardowym układzie rolę szczytowego źródła ciepła pełni grzałka elektryczna. W przypadku małych inwestycji moc sprężarki jest wystarczająca, aby pokryć ponad 90% zapotrzebowania. Przy dużym budynku moc grzałki może jednak być niewystarczająca, a koszt ogrzewania przy niższych temperaturach – odczuwalny.

Regulator sam wybierze to urządzenie grzewcze, które jest tańsze w użyciu

Paliwem spalanym w kotle gazowym jest, jak sama nazwa wskazuje, gaz. Może to być gaz ziemny lub płynny. Do pracy sprężarki wykorzystywana jest energia elektryczna.

Ciekawym rozwiązaniem jest funkcja triVAI, w którą wyposażone są regulatory firmy Vaillant. Po wprowadzeniu ceny gazu oraz ceny prądu, sterownik ten sam wybiera, które urządzenie jest bardziej ekonomiczne.

Na podstawie cen energii oraz sprawności pompy ciepła, która zależy od temperatury zewnętrznej, sterownik uruchamia kocioł lub pompę ciepła. Funkcja ta umożliwia pracę zarówno z kotłem gazowym, jak i olejowym.

Obecnie cena 1 kWh prądu w Polsce to około 63 gr, natomiast gazu 23 gr. Przy porównaniu tych dwóch wartości wynika, że sprawność pompy ciepła musi być większa niż 2,7, aby urządzenie to było w danej chwili rozwiązaniem bardziej ekonomicznym. Znając tę wartość oraz zapotrzebowanie budynku, możemy dobrać pompę tak, aby układ ten pracował w jak najbardziej oszczędny i wydajny sposób.

 Układ hybrydowy sprawdzi się przy budowie lub modernizacji domu

Układ hybrydowy sprawdzi się nie tylko w dużych inwestycjach, ale również jest ciekawym rozwiązaniem podczas modernizacji starego lub budowy nowego domu. Patrząc długofalowo, inwestycja w dwa uzupełniające się źródła ciepła z czasem się zwróci, a inwestor będzie dodatkowo przygotowany na dynamiczne wahania ceny obu źródeł energii.

Innym przykładem na ekonomiczne wykorzystanie tego układu jest dom ogrzewany kotłem gazowym, generujący nadwyżki energii z instalacji fotowoltaicznej. W takiej sytuacji zakup małej pompy ciepła będzie najlepszym sposobem na zwiększenie autokonsumpcji i zmniejszenie rachunków za ogrzewanie.