Kiedy w pompie ciepła włącza się grzałka?

Jednym z głównych tematów budzących obawy wśród użytkowników pomp ciepła jest włączanie się grzałki elektrycznej. Grzałka, choć niezbędna w pewnych sytuacjach, może znacząco zwiększyć zużycie energii elektrycznej, co bezpośrednio przekłada się na wyższe rachunki za prąd. Właściciele pomp ciepła często zastanawiają się, kiedy w pompie ciepła włącza się grzałka i jak można zminimalizować jej użycie, aby zachować optymalny komfort cieplny bez nadmiernych kosztów. W niniejszym artykule wyjaśniamy, w jakich sytuacjach grzałka w pompie ciepła staje się aktywna oraz jakie działania można podjąć, aby efektywnie zarządzać jej pracą.

Funkcja grzałki w pompie ciepła

Grzałka elektryczna w pompach ciepła pełni rolę źródła wspomagającego, które włącza się w sytuacjach, gdy sama pompa nie jest w stanie pokryć zapotrzebowania na ciepło. Jest to niezbędne, aby system mógł sprostać zapotrzebowaniu na ciepło w zimowe dni, kiedy temperatura spada poniżej punktu biwalentnego​.

Ale to nie wszystko. Oprócz wspomagania pracy pompy ciepła w temperaturach poniżej punktu biwalentnego, grzałki elektryczne pełnią inne ważne funkcje, takie jak:

• Szybkie grzanie ciepłej wody użytkowej (CWU).

• Dezynfekcja układu CWU w celu zapobiegania namnażaniu bakterii Legionella.

• Wspomaganie procesu odszraniania wymiennika jednostki zewnętrznej.

• Utrzymanie komfortu cieplnego w przypadku awarii pompy ciepła.

Punkt biwalentny i zastąpienia

Kluczowym pojęciem w kontekście pracy grzałki jest punkt biwalentny, o którym wspomnieliśmy wcześniej. Jest to temperatura zewnętrzna, przy której pompa ciepła przestaje samodzielnie pokrywać zapotrzebowanie na ciepło i potrzebne jest wsparcie grzałki. W Polsce, w zależności od regionu, punkt biwalentny oscyluje między -7°C a -11°C. Należy jednak rozróżnić punkt biwalentny od punktu zastąpienia.

Punkt biwalentny

Punkt biwalentny to temperatura, przy której grzałka elektryczna zaczyna wspomagać pracę pompy ciepła. Oznacza to, że obydwa źródła ciepła działają równocześnie, aby zapewnić odpowiedni komfort cieplny w budynku.

Punkt zastąpienia

Punkt zastąpienia, z kolei, to temperatura, przy której pompa ciepła zostaje wyłączona, a całe zapotrzebowanie na ciepło jest pokrywane przez grzałkę elektryczną. W praktyce, takie pompy ciepła są rzadko projektowane, ze względu na znacznie wyższe koszty eksploatacji.

Znaczenie punktu biwalentnego

Wyznaczenie punktu biwalentnego jest kluczowe przy doborze pompy ciepła, ponieważ jej wydajność spada wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej, podczas gdy zapotrzebowanie budynku na moc grzewczą wzrasta. Punkt biwalentny to temperatura, przy której maksymalna wydajność pompy ciepła pokrywa 100% zapotrzebowania na ciepło budynku.

Gdy temperatura zewnętrzna jest wyższa niż punkt biwalentny, pompa ciepła działa efektywnie. Jednak w temperaturach niższych niż punkt biwalentny wydajność pompy spada poniżej zapotrzebowania, dlatego wymagane jest dodatkowe źródło ciepła, na przykład grzałka elektryczna.

Wiele osób obawia się, że grzałki będą zbyt często włączać się podczas codziennego użytkowania. Jednak prawidłowo dobrana pompa ciepła pokrywa około 95-98% zapotrzebowania na ciepło, a grzałki włączają się jedynie przez 2-5% czasu w sezonie grzewczym.

Wyznaczanie punktu biwalentnego

Istnieją trzy najpopularniejsze konfiguracje doboru pomp ciepła:

• Konfiguracja monowalentna. Pompa ciepła pracuje samodzielnie przez cały sezon grzewczy.

• Konfiguracja biwalentna równoległa. Pompa ciepła pracuje samodzielnie do punktu biwalentnego, a poniżej tej temperatury wspomagana jest przez inne źródło ciepła, np. grzałkę elektryczną.

• Konfiguracja biwalentna alternatywna. Pompa ciepła pracuje do punktu biwalentnego, a poniżej tej temperatury wyłącza się, a ogrzewanie przejmuje inne źródło ciepła, np. kocioł gazowy.

Dobór punktu biwalentnego w polskich warunkach klimatycznych

W Polsce, zalecane temperatury punktu biwalentnego zależą od strefy klimatycznej. W większości regionów Polski punkty biwalentne mieszczą się w przedziale od -6°C do -9°C. Warto zaznaczyć, że temperatury poniżej -9°C występują statystycznie przez niewielką ilość czasu w ciągu roku, co oznacza, że grzałki elektryczne będą pracować tylko sporadycznie.

Dobór pompy ciepła do temperatury projektowej, np. -20°C, jest niezalecany ze względów ekonomicznych. W okresach przejściowych, gdy zapotrzebowanie na ciepło jest mniejsze, pompa ciepła o większej mocy może pracować nieefektywnie, co prowadzi do wyższych kosztów eksploatacji i inwestycyjnych.

Kto dobiera moc pompy ciepła i wyznacza punkt biwalentny?

Dobór mocy pompy ciepła oraz wyznaczenie temperatury punktu biwalentnego to zadanie instalatora lub projektanta instalacji. To oni muszą poinformować inwestora o temperaturze, do której pompa ciepła będzie działać efektywnie. Renomowani producenci pomp ciepła udostępniają tabele wydajności swoich urządzeń, które pokazują, jak pompa ciepła działa w różnych temperaturach zewnętrznych oraz przy różnych temperaturach wody na wyjściu.

Optymalizacja pracy grzałki

Optymalizacja pracy grzałki w systemie pompy ciepła jest kluczowa dla zapewnienia ekonomicznej eksploatacji. Istnieje kilka strategii, które można zastosować, aby zminimalizować zużycie energii przez grzałkę.

Dobór odpowiedniego punktu biwalentnego

Dobór odpowiedniego punktu biwalentnego jest jednym z najważniejszych czynników wpływających na efektywność pracy grzałki. Im niższa jest temperatura punktu biwalentnego, tym rzadziej grzałka będzie musiała się włączać, co zmniejsza koszty eksploatacji.

Wykorzystanie buforów ciepła

Wykorzystanie buforów ciepła pozwala na gromadzenie nadmiarowego ciepła w okresach, gdy pompa ciepła pracuje z nadwyżką. Bufory te mogą być używane do pokrycia chwilowych szczytów zapotrzebowania na ciepło, redukując konieczność włączania grzałki.

Integracja z systemem fotowoltaicznym

Integracja pompy ciepła z systemem fotowoltaicznym pozwala na wykorzystanie nadwyżek energii elektrycznej produkowanej przez panele słoneczne do zasilania grzałki. Dzięki temu można znacznie obniżyć koszty ogrzewania budynku.

Kiedy w pompie ciepła włącza się grzałka – podsumowanie

Grzałka elektryczna w pompie ciepła włącza się w kilku kluczowych sytuacjach, aby zapewnić efektywność i niezawodność systemu. Działa ona, gdy temperatura zewnętrzna spada poniżej punktu biwalentnego, wspomagając pompę ciepła w ekstremalnych warunkach. Grzałka włącza się również podczas odszraniania parownika, szybkiego podgrzewania wody użytkowej, oraz w procesie dezynfekcji termicznej, aby zapobiec rozwojowi bakterii Legionella. W przypadku awarii pompy ciepła, grzałka może pełnić funkcję głównego źródła ciepła, zapewniając ciągłość ogrzewania.

Choć często postrzegana jako element zwiększający koszty eksploatacji, jest niezbędnym komponentem zapewniającym ciągłość i efektywność ogrzewania, szczególnie w ekstremalnych warunkach zimowych. Odpowiedni dobór punktu biwalentnego, wykorzystanie buforów ciepła oraz integracja z systemem fotowoltaicznym mogą znacznie obniżyć zużycie energii przez grzałkę, czyniąc cały system bardziej ekonomicznym i efektywnym.

Grzałka elektryczna, dobrze zintegrowana i optymalizowana, staje się sprzymierzeńcem w efektywnym ogrzewaniu budynków, a nie wrogiem zwiększającym koszty. Znajomość jej funkcji i odpowiednie zarządzanie jej pracą pozwala na pełne wykorzystanie potencjału pomp ciepła.