Odpowiada Dale Blundell (Atkins)
Powietrzna pompa ciepła (ASHP) wytwarza zwykle około 3 kW energii cieplnej na każdy 1 kW zużytej energii elektrycznej, co daje efektywną “sprawność” 300 proc.
Zgodnie z zasadami termodynamiki nie jest możliwe żeby sprawność była większa od 100 proc., gdyż oznaczałoby to, że więcej energii zostało wytworzone niż było wprowadzone do układu. Z tego powodu osiągi wyraża się za pomocą współczynnika efektywności (COP) a nie sprawności. Można, zatem powiedzieć, że w powyższym przykładzie współczynnik efektywności wynosi 3.
Powodem, dlaczego wydaje się, że wytworzona energia jest większa od zużytej jest to, że jedyną energią “posiadającą wartość” jest energia elektryczna używana do napędu sprężarki i pomp cyrkulacyjnych. Pozostała część energii jest po prostu pobierana ze źródła ciepła, które w innym przypadku nie byłoby wykorzystane (jak otaczające powietrze, grunt lub rzeka) nie jest, więc traktowana, jako wkład energii.
Powszechnie używanym terminem opisującym efektywność pompy ciepła jest współczynnik efektywności (COP) natomiast, aby można było porównywać działanie różnych modeli pomp w odmiennych warunkach wprowadzono różne miary efektywności.
- Sezonowy wskaźnik efektywności (SCOP). Stosowany głównie do powietrznych pomp ciepła (ASHP) jest miarą wydajności pompy ciepła w trybie grzania w ciągu roku, uwzględniając zmieniające się temperatury powietrza. W Europie wyróżnia się trzy strefy klimatyczne zdefiniowane w normie PN-EN 14825:2012.
- Sezonowy Współczynnik Efektywności Energetycznej (SEER). Stosowany głównie do powietrznych pomp ciepła (ASHP) jest miarą wydajności pompy ciepła w trybie chłodzenia w ciągu roku, uwzględniając zmieniające się temperatury powietrza.
- Współczynnik efektywności energetycznej (EER). Jest to miara stosunku dostarczonej energii cieplnej do całkowitej mocy elektrycznej urządzeń pomocniczych, jak wentylatory, pompy i układ regulacji.
- Sezonowy współczynnik efektywności (SPF). Jest to najbardziej przydatny parametr, ponieważ jest on miarą stosunku energii cieplnej dostarczonej e ciągu roku do całkowitego zużycia energii elektrycznej.
Niemniej, podobnie jak w przypadku innych postaci energii odnawialnej, która jest darmowa, a jej źródła są praktycznie nieograniczone tym, co faktycznie ma znaczenie, jest całkowity koszt generacji a nie efektywność.
Dla porównania, sprawność innych form wytwarzania energii cieplnej jest następująca:
- Kocioł kondensacyjny opalany gazem/olejem opałowym: sprawność 90-96%
- Kocioł tradycyjny opalany gazem/olejem opałowym: sprawność 70-80%
- Bezpośrednie ogrzewanie elektryczne: sprawność 35-45% (z uwzględnieniem strat generacji, przesyłu i dystrybucji).
Ze wzrostem różnicy temperatury wejściowej i wyjściowej pompy ciepła zwiększa się także wymagane ciśnienie sprężarki, a zatem współczynnik efektywności COP maleje. Trzeba, zatem wiedzieć, dla jakiej temperatury znamionowej pompa jest przewidziana i w jakim zakresie temperatur będzie eksploatowana.
Kierunki rozwoju
Istnieje ogólna tendencja do opracowywania urządzeń o wyższej efektywności i bardziej zwartej konstrukcji, które pozwolą obniżyć koszty kapitałowe i eksploatacyjne.
Absorpcyjne pompy ciepła (GAHP) wykorzystujące gaz ziemny albo ciepło odpadowe pozwalają uniknąć stosowania gazowych czynników chłodniczych. Działają one podobnie do chłodziarek absorpcyjnych, jednak ich współczynnik efektywności COP wynosi tylko 1,4 do 1,7 wobec znacznie wyższego COP pomp ciepła ze sprężarką napędzaną silnikiem elektrycznym. Mogą dostarczać wodę o wyższych temperaturach, a ponieważ mogą być przyłączane do źródła gazu, stwarzają możliwość łatwej modernizacji, szczególnie w starszych budynkach z istniejącą instalacją centralnego ogrzewania wodnego opalaną gazem, która działa przy wyższych temperaturach niż można uzyskać w innych technologiach pomp ciepła.
Podaż rynkowa absorpcyjnych pomp ciepła o mocy grzewczej rzędu 35-40 kW ciepła jest obecnie ukierunkowana na małych i średnich użytkowników komercyjnych (szkoły, biura, hotele), natomiast w razie większego zapotrzebowania stosuje się kilka współpracujących jednostek. Podczas gdy technologia pomp absorpcyjnych jest dojrzała, rynek absorpcyjnych pomp ciepła, przy około 45 tysiącach jednostek zainstalowanych do chwili obecnej przez ograniczoną liczbę dostawców, nie jest jeszcze w pełni rozwinięty. Przewiduje się jednak, że absorpcyjne pompy ciepła i sieci ciepłownicze będą odgrywały kluczową rolę w zaspokojeniu zapotrzebowania na energię i osiągnięciu celów redukcji emisji do roku 2050. Absorpcyjne pompy ciepła będą odgrywać coraz istotniejszą rolę, jako istotny element biwalentnych systemów zaopatrzenia budynków w ciepło.
Dalsze kierunki rozwoju, które zwiększą udział w rynku i efektywność pomp ciepła:
- Zastosowanie wysokosprawnych sprężarek – sprężarki odśrodkowe są najkorzystniejsze dla stałego obciążenia i pracy przy obciążeniu znamionowym lub w jego w pobliżu, podczas gdy sprężarki spiralne są najkorzystniejsze przy zmiennym obciążeniu.
- Systemy sprężarkowe wykorzystujące naturalne płyny robocze – pozwalają uniknąć gazów fluorowanych, które mogą mieć potencjał niszczenia ozonu lub potencjał efektu cieplarnianego.
- Wykorzystanie magazynów ciepła umożliwiających eksploatację przy tanich taryfach nocnych i magazynowanie ciepła do wykorzystania w ciągu dnia. Pomaga także ograniczyć zbyt częste cykliczne włączanie i wyłączanie się pompy ciepła.