Punkt biwalentny w doborze pompy ciepła?

W tej odsłonie Akademii Rotenso odczarowujemy termin „Punktu biwalentnego”, stosowanego przy doborze pompy ciepła powietrze – woda.

Przeczytaj poniższy wywiad a dowiesz się między innymi:
👉 Co to jest punkt biwalentny?
👉 Jak dobierać pompę ciepła względem punktu biwalentnego w tzw. „punkt”?
👉 Dlaczego optymalnym rozwiązaniem jest dobieranie pomy ciepła w punkt biwalentny?
👉 Jakie są popełnianie błędy przy doborze pompy ciepła?
👉 O strefach klimatycznych w Polsce
👉 Zbyt niska i zbyt wysoka moc pompy ciepła – czym to skutkuje?

Na wszystkie nurtujące zagadnienia, odpowiedzi udziela Product Manager ds. pomp ciepła firmy Rotenso – Piotr Miklasz. Niestrudzenie odpowiada on na dociekliwe pytania prowadzącego Akademię Rotenso – Marcina Owczarka.

Co to jest punkt biwalentny?

MARCIN OWCZAREK: Postarajmy się odczarować pojęcie  “punktu biwalentnego”. Mam nadzieję, że prosto i przejrzyście wytłumaczymy dlaczego mówimy o punkcie biwalentnym przy doborze i instalacji pompy ciepła. Może zacznijmy od krótkiej definicji punktu biwalentnego?

PIOTR MIKLASZ: Według definicji punkt biwalentny to inaczej temperatura równowagi. Następuje ona przy danej temperaturze zewnętrznej, podczas której generowana moc pompy ciepła jest równa stratom cieplnym budynku. Innymi słowy jest to punkt charakterystyki mocy grzewczej pompy ciepła i punkt przecięcia się z charakterystyką zapotrzebowania obciążenia cieplnego budynku, jaką może dostarczyć pompa ciepła nie wspomagana żadnym innym urządzeniem grzewczym.

Dlaczego wyznaczamy punkt biwalentny?

A dlaczego wyznaczamy punkt biwalentny przy doborze pompy ciepła?
Ponieważ pompa ciepła to taki rodzaj urządzenia, którego wydajność spada wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej. Równocześnie zwiększa się zapotrzebowanie  budynku na moc grzewczą. Punkt biwalentny to jest punkt styku (równowagi) przy danej temperaturze zewnętrznej gdzie maksymalna wydajności pompy ciepła, będzie pokrywać w 100% zapotrzebowanie na moc grzewczą danego budynku.

Potwierdź, czy dobrze rozumiem, gdy temperatura na zewnątrz będzie wyższa niż od wyznaczonego punktu biwalentnego, to maksymalna moc danej pompy ciepła będzie przewyższać zapotrzebowanie na moc grzewczą budynku.
Zgadza się. Z kolei w drugą stronę jeżeli temperatury będą niższe niż wyznaczony punkt biwalentny to wydajność pompy ciepła będzie niższa niż zapotrzebowanie na moc grzewczą budynku. Dlatego też przy temperaturach zewnętrznych poniżej punktu biwalentnego wymagane jest użycie dodatkowego źródła energii, na przykład grzałki elektrycznej.

Wiele osób jest zaniepokojonych stosowaniem grzałek elektrycznych w pompach ciepła. Obawiają się, że grzałki będą zbyt często pracować podczas codziennego użytkowania pompy ciepła.
Rozumiem obawy ale chciałbym wszystkich uspokoić ponieważ prawidłowo dobrana pompa ciepła w punkt biwalentny pokrywa około 95-98% czasu pracy pompy ciepła podczas całego sezonu grzewczego. Tylko przez okres od 2% do 5% czasu pompa będzie pracować wspomagana pracą dodatkowych grzałek elektrycznych lub innego źródła ciepła.

Wyznaczanie punktu biwalentnego

A w jaki sposób wyznacza się punkt biwalentny?

Przedstawię to na przykładzie trzech najpopularniejszych konfiguracji doboru pomp ciepła.

Konfiguracja monowalentna

W tej konfiguracji, przez cały sezon grzewczy pracuje tylko i wyłącznie pompa ciepła. Bez żadnego, dodatkowego wspomagania innym źródłem ciepła. Pompa ciepła w każdej temperaturze zewnętrznej pokrywa w 100% zapotrzebowanie na moc grzewczą budynku.

Konfiguracja biwalentna równoległa

Jest to najbardziej optymalna konfiguracja dla pompy ciepła powietrze-woda, gdzie pracuje ona samodzielnie do temperatury punktu biwalentnego, a poniżej tej temperatury praca urządzenia może być wspomagana przez inne źródło ciepła. Najczęściej jest to grzałka elektryczna zamontowana w pompie ciepła. Innymi słowy, w temperaturach poniżej punktu biwalentnego pracują dwa źródła energii: grzewczej: pompa ciepła i grzałka.

Konfiguracja biwalentna alternatywna

W trzeciej możliwej konfiguracji pompa ciepła pracuje samodzielnie do temperatury punktu biwalentnego a poniżej tej temperatury pompa ciepła wyłącza się. Wtedy za ogrzewanie budynku będzie odpowiedzialne inne źródło ciepła ( np. kocioł gazowy). Punkt biwalenty alternatywny zwykle jest wyznaczany powyżej punktu biwalentnego równoległego, najczęściej w okolicach temperatury zewnętrznej – 5 °C.

Jak wyznaczyć punkt biwalentny?

Która z tych konfiguracji jest zalecana?
Zdecydowanie druga lub trzecia, czyli konfiguracja w punkt biwalentny równoległy lub biwalentny alternatywny.

Czy możesz podać przykład, jakie konkretne temperatury zewnętrzne w polskim klimacie są wyznaczane dla punktów biwalentnych?
Musimy sobie odpowiedzieć na pytanie w jakim trybie przewidujemy pracę pompy ciepła: monowalentną, biwalentną równoległą czy biwalentną alternatywną. W większości przypadków dobieramy pompę ciepła jako samodzielne źródło ogrzewania, więc wybieramy pracę biwalentną równoległą, gdzie przy silnych mrozach pompa ciepła będzie wspomagana grzałkami elektrycznymi. W zależności od danej strefy klimatycznej Polski mamy zalecane temperatury zewnętrzne punktu biwalentnego pracy pompy ciepła i tak, np. dla strefy III, gdzie akurat się znajdujemy, temperatury zewnętrzne punktu biwalentnego mieszczą się w okolicach od -6°C do -9°C.

Ale dlaczego akurat te temperatury? Przecież przykładowo w naszej strefie klimatycznej projektowa temperatura zewnętrzna to -20°C.
Tak, ale jak powiedziałem wcześniej, prawidłowo dobrana pompa ciepła powinna pracować samodzielnie ok 95-98% czasu całego sezonu grzewczego.
Znakomicie obrazuje to statystyczny rozkład godzin występowania danej temperatury zewnętrznej dla Katowic. Jeżeli mamy prawidłowo dobraną pompę ciepła dla temperatury zewnętrznej punktu biwalentnego w okolicach -9°C, to do tej temperatury pompa ciepła będzie pracować samodzielnie, a dopiero poniżej tej temperatury mogą włączać się wbudowane grzałki elektryczne.
Jak widać ilość występowania temperatur niższych niż -9°C to statystycznie ledwo 66 godzin w ciągu całego roku, więc przez znikomą część czasu sezonu grzewczego pompa ciepła będzie wspomagana grzałkami elektrycznymi.

Dobór pompy ciepła do temperatury projektowej

A co by się stało gdybyśmy jednak uparli się i dobrali moc pompy ciepła do temperatury projektowej, przykładowo w 3 strefie klimatycznej będzie to -20 stopni °C.
Oczywiście można ale tego nie zalecamy ze względów ekonomicznych. W okresach przejściowych (jesień, wiosna), zwykle w temperaturach zewnętrznych od 5°C  wzwyż, zapotrzebowanie budynku na ciepło znacząco się zmniejsza i pompa ciepła pomimo wydajnej modulacji mocy sprężarki nie pracowałyby płynnie, zbyt często włączając się i wyłączając. A każdy start sprężarki to dodatkowe jej zużycie oraz zwiększony pobór energii elektrycznej.

Również od strony ekonomicznej o wiele droższy jest zakup pompy o większej mocy niż kupno pompy ciepła dobranej w punkt biwalentyny czyli o mniejszej mocy. Te różnice pomiędzy poszczególnymi mocami pomp możemy już liczyć w tysiącach a nie setkach złotych.

Niestety nadal pokutuje przekonanie, że jak dom ma zapotrzebowania na moc grzewczą  w wysokości 10 kW to taką pompę ciepła należy zamontować. Jest to błędne myślenie i może doprowadzić do tego, że pompa ciepła będzie nieprawidłowo dobrana, narażając użytkownika na wysokie koszty eksploatacyjne lub inwestycyjne.

Zastosowanie grzałek w pompach ciepła

To zmierzymy się z jeszcze jednym mitem. Często można usłyszeć opinie, że grzałka wspomagająca w pompie ciepła to samo zło. Takie osoby argumentują, że nie po to kupują pompę ciepła aby do ogrzewania wykorzystywać grzałki elektryczne.
Rozumiem ten argument ale jest wręcz przeciwnie i przytoczę na to kilka dowodów:

• Po pierwsze grzałka elektryczna tylko wspomaga pracę pompy ciepła i dzieje się wyłącznie temperaturach poniżej punktu biwalentnego, dla którego została dobrana pompa. Tak jak już wcześniej wyjaśniałem w większości regionów Polski takie temperatury, poniżej rekomendowanych punktów biwalentnych występują jedynie od kilkunastu do kilkudziesięciu godzin.
• Po drugie grzałka elektryczna stanowi wsparcie dla pompy podczas wybrania funkcji szybkiego grzania CWU (ciepłej wody użytkowej).
• Po trzecie podczas dezynfekcji układu CWU. Aby skutecznie zabezpieczyć zbiornik przed namnażaniem bakterii Legionelli konieczne jest cykliczne wygrzewanie zbiornika do temperatury 70°C . Dlatego też aby uzyskać tak wysoką temperaturę konieczne jest wsparcie pompy ciepła przez grzałki elektryczne.
• Po czwarte, podczas defrostu wymiennika jednostki zewnętrznej, w momencie gdy ogrzewamy budynek wodą kotłową o niskiej temperaturze. Może się okazać że ilość energii cieplnej zawartej w wodzie kotłowej jest niewystarczająca do przeprowadzenia pełnego derfostu. W takiej sytuacji załączy się grzałka aby wspomóc ten proces.
• Po piąte, podczas ewentualnej awarii pompy ciepła, grzałka elektryczna może przejąć ogrzewanie budynku aby utrzymać komfort cieplny w naszych pomieszczeniach.

Co się wydarzy gdy pompa ciepła zostanie dobrana powyżej zalecanych temperatur punktu biwalentnego?
W takim przypadku mówimy o za małej pompie ciepła w stosunku do zapotrzebowania na moc grzewczą budynku. Wtedy grzałki wspomagające pracę pompy włączą się o wiele wcześniej, co spowoduje zwiększone zużycie energii elektrycznej.

Kto dobiera moc pompy ciepła i wyznacza punkt biwaentny?

A kto jest odpowiedzialny za dobór mocy pompy ciepła i wyznaczenie temperatury punktu biwalentnego?
Instalator lub projektant instalacji. Powinny oni przekazać inwestorowi do jakiej temperatury punktu biwalentnego jest dobrana pompa ciepła. Każdy renomowany producent pomp ciepła powinien udostępnić tabele wydajności swoich urządzeń. Tabele pokazują wydajności pomp ciepła w zależności od temperatury zewnętrznej i temperatury kotłowej na wyjściu z pompy. Dla urządzeń marki Rotenso tabele wydajności są publikowanie na stronie internetowej.

➡ Tabele wydajności Rotenso Aquami Spilt – pobierz >
➡ Tabele wydajności Rotenso Aquami All in Split – pobierz >
➡ Tabele wydajności Rotenso Aquami Monoblok – pobierz >