Zapotrzebowanie na energię cieplną budynku

Kiedyś do ogrzania budynku o powierzchni np. 200m2 potrzebowano 30kW mocy pochodzącej z centralnego ogrzewania, a wysokotemperaturowy system grzewczy powodował, że kaloryfery buchały nadmiernym gorącem.

Schemat działanie pompy cieplnejNa szczęście nowoczesne budownictwo zapewnia lepszej jakości materiały budowlane, dzięki którym budynki zyskują lepszą izolację cieplną i efektywnie zapobiegają przenikaniu ciepła na zewnątrz. Dokładne ocieplenie ścian, odpowiednia stolarka drzwi i okien, a także dobrze zabezpieczony dach zmniejszają zapotrzebowanie energetyczne obiektu. W takiej sytuacji możliwe jest wykorzystanie alternatywnych źródeł energii, które zapewnią ciepło o niższej temperaturze, tym samym gwarantując niższe rachunki za ogrzewanie.

Jednym z takich rozwiązań grzewczych jest system oparty o pompę ciepła. Woda rozprowadzana w kaloryferach czy ogrzewaniu podłogowym podgrzana przy pomocy tego urządzenia osiąga temperaturę w przedziale 35 do nawet 55 º C, co zupełnie wystarczy do warunków domowych.

Jak obliczamy zapotrzebowanie na ciepło budynków?

Zapotrzebowanie na moc cieplną budynków wyrażamy w kilowatach energii na metr kwadratowy, z czego jednostkowe zapotrzebowanie na moc cieplną obliczamy wzorem xW/m2, co oznacza ilość strumieni ciepła (wyrażanych w watach) potrzebnych do ogrzania 1 metra kwadratowego. Oczywiście takimi wyliczeniami zajmuje się projektant od instalacji grzewczych czy licencjonowany specjalista. Warto jednak wiedzieć jakie czynniki wpływają na omawiane zapotrzebowanie w ciepło naszego domu. Głównym wskaźnikiem takiego zapotrzebowania jest P[W], czyli suma strat związanych z przenikaniem ciepła przez ściany, podłogi etc. oraz wentylacją wszystkich pomieszczeń w budynku. Istotnym czynnikiem jest także współczynnik przenikania ciepła, który określa jaka ilość ciepła przedostaje się przez 1 m2 powierzchni przegrody budowlanej, uwzględniając różnicę temperatury wewnątrz i na zewnątrz obiektu.

Jak zostało powiedziane powyżej, wraz z postępem technologicznym zapotrzebowanie energetyczne budynków maleje, co pozwala na oszczędniejsze ogrzanie domu i ciepłej wody użytkowej. Dla przykładu wspomniany wcześniej obiekt o powierzchni 200m2 obecnie może mieć zapotrzebowanie na ciepło sięgające zaledwie 10kW. Oznacza to, iż wybrany nośnik ciepła (kocioł grzewczy czy pompa ciepła) powinny mieć identyczną moc. Z czego w przypadku pomp ciepła jedynym zasilaczem ich pracy jest podłączenie do prądu, który dla pompy o mocy 10kW dostarcza jedynie 2,5 kW energii. Pozostała energia jest pobierana z energii słonecznej skumulowanej w ziemi, wodzie czy powietrzu. Oznacza to, że sprawność cieplna pompy ciepła wynosi od 300-400%. Dla porównania kocioł olejowy ma sprawność cieplną równą 90%, a kotły konwekcjonalne na węgiel zaledwie ok. 60%.

Moc pompy ciepła

Wyrażenie, że pompa ciepła dostarcza x kW energii nie jest wystarczająca do określenia wydajności pompy. Aby stwierdzić, czy działanie pompy jest efektywne, należy skorelować moc grzewczą pompy z tą dostarczaną za pośrednictwem energii elektrycznej. Kto z nas chciałby zainstalować „ekologiczny i oszczędny" kocioł oparty o pompę ciepła, który generowałby horrendalne rachunki za prąd? To oczywiście pozbawione sensu, dlatego tak ważny jest wskaźnik COP, który określa opłacalność wybranej pompy ciepła. COP, czyli współczynnik efektywności pompy ciepła obliczamy dzieląc moc grzewczą pompy przez moc pobraną z sieci elektrycznej: 

COP = moc grzewcza (pc)/moc pochodząca z energii elektrycznej. Na przykład dla pompy ciepła o mocy grzewczej 10kW i poborze mocy elektrycznej 2,5kW COP będzie wynosić 4. Na ten współczynnik istotny wpływ ma różnica temperatury pochodzącej z dolnego źródła (gruntu, wody powierzchniowej, powietrza), a tej, którą emituje górne źródło (grzejniki, ogrzewanie podłogowe itp.). Co za tym idzie znacząca jest strefa klimatyczna i pora roku.Wysokość współczynnika wzrasta kiedy różnica tych temperatur jest niewielka, co jest możliwe dzięki ogrzewaniu niskotemperaturowemu. Średnio COP dla pomp ciepła mieści się w zakresie 3-4,5, natomiast dla innych kotłów jest to przedział 0,5-0,99 (nie jest to oczywiście moc pochodząca z prądu, lecz ta pierwotna moc węgla czy innych nieodnawialnych źródeł energii). Jest to niewątpliwie jeden z ważniejszych argumentów przemawiających za ogrzewaniem budynku przy pomocy węzła grzewczego, jakim jest pompa ciepła.