COP, SCOP i etykiety energetyczne

Pinterest
Wydawać by się mogło, że wybieranie pompy ciepła na podstawie tabelek z COP odeszło do historii, a wrzesień 2015, kiedy wprowadzono obowiązek etykiet energetycznych, przypieczętował ten fakt definitywnie. Niestety nie. Dlaczego?

Przypuszczam, że przyczyny są dwie.
Jedną z nich jest niedostateczna świadomość klientów, a drugą, podatność na specyficzny typ reklamy, której credo brzmi: "skoro nie widać różnicy, to po co przepłacać".
Nie widzieć różnicy to jedno, a nie rozumieć jej, to drugie.
 
Temat COP'ów poruszałem dość dokładnie ponad 4 lata temu, np. tutaj i tutaj, a etykiet, wiosną ub roku.
Dla przypomnienia COP określa sprawność pompy ciepła, czyli stosunek energii oddanej (ciepła) do energii pobranej(elektrycznej, czyli "prądu").
Zależy on głównie od temperatur w jakich PC pracuje, a ściślej temperatur górnego i dolnego źródła. Im wyższą temperaturę wytwarza pompa ciepła (instalacja grzewcza) i im niższa jest temperatura dolnego źrodła (glikol z wymiennika gruntowego, odwiertów, powietrze zewnętrzne) – tym niższy jest COP.
Zazwyczaj przy podawaniu COP pojawiają się informacje B0/W35 lub A7/W35
To pierwsze dotyczy pomp gruntowych Brine0/Water35 (solanka/glikol 0 stopni i woda w instalacji 35 stopni) a drugie pomp powietrze/woda Air7/W35.
Tych punktów temperatury, tzw. węzłowych jest kilka(-15, -7, -2, 0, +2, +7, +10)
Wydawać by się mogło, że porównanie COP różnych pomp ciepła w tych samych punktach, da nam odpowiedź, która pompa jest sprawniejsza, a sprawniejsza oznacza tańsza w eksploatacji.
 
Jeszcze 10-15 lat temu, kiedy na rynku królowały głównie urządzenia on/off takie podejście było dość mocno uzasadnione.
Ale dzisiaj? – już nie.
Są jeszcze trzy istotne parametry mające wpływ na COP. To moc pobierana od PC przez instalację, czyli obciążenie częściowe pompy ciepła, różnica temperatur instalacji zasilanie/powrót oraz energochłonność osprzętu pompy ciepła, tj. pomp obiegowych, automatyki, grzałek pomocniczych.
Wprowadzenie pomp inverterowych oraz obserwacje działających instalacji bardzo szybko pokazały, że porównywanie współczynników COP, zwłaszcza w pompach inverterowych z modulacją mocy, nie ma jednoznacznego przełożenia na koszty eksploatacji.
 
Dlaczego?
Otóż COP określa sprawność tylko i wyłącznie w tych konkretnych punktach pracy.
Czy nasza pompa ciepła w nich pracuje? – chwilowo tak, ale realnie i stabilnie – nie.
Czy przy każdej temperaturze zewnętrznej potrzebujemy zasilanie 35?
Czy przy każdej temperaturze zewnętrznej nasz budynek potrzebuje jedną i tą samą moc grzewczą? 
Czy na pompie obiegowej cały czas musi być ten sam przepływ i musi ona zużywać tyle samo prądu, skoro w temperaturach dodatnich dom potrzebuje dosłownie kilka kW mocy, a przy mrozach 2x tyle?
Nawet laik odpowie na te pytania – nie.
W dzień jest +2, w nocy -5, na termostacie ustawiamy sobie inną temperaturę dzienną, inną nocną i jeszcze inną jak nas nie ma w domu.
Pompa się włącza, wyłącza, czeka jeśli za oknem pojawiło się słoneczko (wtedy też pobiera energię), pracuje dłużej, krócej, i tak naprawdę prawie w ogóle nie pracuje z parametrami podanymi we współczynniku COP.
 
Przejdźmy teraz do wykresu, który pokazuje zmiany COP w zależności od obciążenia dla pomp inverterowych, czyli zdecydowanej większości pomp powietrze/woda na naszym rynku.
 
Sprawność a częstotliwość i moc zprężarki
 
Proste pytanie – będąc producentem, który COP eksponowalibyśmy w ulotce czy katalogu? 1, 2, 3 czy 4? Odpowiedź chyba jest dość prosta.
Taki klasyczny przykład, to pompa gruntowa 2-8kW, COP 4,8 – tyle w polskiej ulotce.
Na stronie procenta, w anglojęzycznej wersji katalogu, przy COP jest *, która mówi , że ten COP, owszem, tyle wynosi, ale odnosi się do mocy nominalnej, a ta z kolei wynosi… 4,2 kW.
A jaki jest COP przy 6-8-10kW???
Któż to wie?
 
Postawmy kolejne pytanie. COP, w którym punkcie byłby najbardziej wiarygodny, reprezentatywny? 1, 2, 3 czy 4?
Tutaj też chyba nikt nie ma problemów z odpowiedzią.
 
Za określanie współczynnika COP odpowiada norma EN 14511- 1:4
Warto jednak zwrócić uwagę na jedną istotną rzecz. Moc, czyli to obciążenie jakiemu poddawana jest pompa ciepła w danych punktach pomiarowych, deklaruje producent. Nikt nie narzuca mu tych wartości. Które więc poda?
Takie podejście spowodowało, że pewna część producentów, zwłaszcza tych azjatyckich, forsuje w swoich materiałach reklamowych tabele mocy ze współczynnikami COP, często nazywane thermal efficiency, a pompy, w tym automatyka sterująca, są ustawiane pod te konkretne punkty pracy.
Z kolei europejscy producenci, rzadko podają tabele mocy w ulotkach czy katalogach.
Np. Daikin podaje tabele mocy, tylko w materiałach technicznych dla projektantów i instalatorów. Podaje je dla punktu… 1. Czyli tego najbardziej niekorzystnego, z maksymalnym obciążeniem, ale też najbardziej rzetelnego wobec klienta. Do tego w ujęciu COP i maksymalnej mocy chwilowej oraz całego cyklu włączając w to proces odszraniania. Jakie COP Twojej pompy podaje producen?
 
Jak już powiedziałem, bardzo szybko stwierdzono, że COP'y nie przekładają się proporcjonalnie na koszty eksploatacji.
Wprowadzono więc, już szereg lat temu, współczynnik SCOP czyli Seasonal COP, a więc współczynnik sprawności sezonowej, który odzwierciedla sprawność pompy ciepła w całym sezonie grzewczym.
Współczynnik ten określa się wg normy EN 14825(w j. angielskim). Na podstawie warunków klimatycznych, określone są godziny pracy PC w danych temperaturach i przypadający im procent obciążenia.
Do tego dołożona jest praca osprzętu, automatyki, pomp obiegowych, grzałek, poboru w trybie standby, itp.
A co najważniejsze, jasno deklarowane jest obciążenie cieplne, czyli moc grzewcza, którą zapewnić ma pompa ciepła w temp. obliczeniowej dla danych warunków klimatycznych.
 
Na podstawie tej normy otrzymujemy współczynnik SCOP.
Nie ma sensu opisywać procedur obliczeniowych i pomiarowych. Każda cześć tej normy, to prawie 100-stronicowa książeczka.
Na podstawie wyników otrzymanych wg tej normy, tworzona jest etykieta energetyczna, obowiązkowa od września 2015 roku. To na jej podstawie, użytkownik ma podjąć decyzję o zakupie takiej czy innej pompy ciepła.
 
Etykieta kojarzy nam się głównie z kolorową nalepką, ikonkami i klasą energetyczną np. A++.
Tak naprawdę, etykieta to szereg dodatkowych dokumentów. To arkusz danych technicznych, arkusz Seasonal efficiency, Product fische, technical fische, a wszystko to dla c.o., cwu, sterownika.
Zmierzenie się z tymi danymi, dla przeciętnego klienta, często nietechnicznego, jest prawie niewykonalne.
Skąd ma wiedzieć co znaczą symbole Prated, Pdesing, TOL, Tbiv, TDesign, Poff, Pto, Pdh, COPd, Wtol???
Czy nie prostszy jest zwykły COP? Matematykę w podstawowym zakresie miał każdy i "widzi różnicę" od razu. Ale czy ją rozumie???
 
Przyznam, że sam poświęciłem sporo czasu na studiowaniu tej normy, by zrozumieć tak po polsku, o co chodzi.
Wiele producentów ogranicza dostęp do etykiet energetycznych lub udostępnia tylko samą plakietkę etykiety, czy samą tabelkę z mocami i współczynnikiem ηs(eta s), ale bez Seasonal efficiency, Product fische czy technical fische.
W oczy kłuje nas A++
Ale z 80-90% pomp na rynku ma tą klasę, chociaż koszty eksploatacji będą różne.
 
Na bardzo niewielu stronach dostęp do etykiet ma klient indywidualny. Producenci twierdzą, że dostarczenie etykiety jest obowiązkiem instalatora, więc ograniczają dostęp do etykiet dla autoryzowanych instalatorów (konieczność logowania do systemu generującego etykiety).
 
Czy instalator jest tak naprawdę zainteresowany generowaniem tych wszystkich plików (chociaż ma obowiązek) i tłumaczeniem klientom o co w nich chodzi?
Czy klient jest tak naprawdę zainteresowany studiowaniem danych z etykiety, kiedy sam proces budowy zabiera mu do 100% czasu, wyłączając spanie i pracę?
Z tą etykietą to trochę tak jak z demokracją. Nie jest dobra, ale nikt nic lepszego nie wymyślił.
 
Wróćmy do etykiety, by było ją prościej zrozumieć.
W etykiecie podawany jest współczynnik sprawności sezonowej ηs(eta s) wyrażony w %.
Obligatoryjnie należy go podawać dla klimatu umiarkowanego average (-10 stopni) i temperatury zasilania 55 stopni. Producenci mogą go podawać dla klimatu ciepłego warmer (+2 stopnie) i chłodnego colder (-22 stopnie) oraz dodatkowo temperatury zasilania 35 stopni.
Mamy więc 6 współczynników dla 3 stref klimatycznych i 2 temperatur.
Polska jest pomiędzy klimatem umiarkowanym a chłodnym. Przy zachodniej granicy zbliżamy się do umiarkowanego, a centrum i wschód ma bliżej do chłodnego.
 
ηs to sprawność sezonowa odniesiona do energii pierwotnej wyrażonej w Europie współczynnikiem 2,5.
Pojawia się pytanie jak z ηs przejść do SCOP?
 
W dużym uproszczeniu SCOP = ηs x 2,5
Np. Grzałka elektryczna z COP=1 czyli 100% – ma sprawność ηs = 100 / 2,5 = 40%
Aczkolwiek przy pompach ciepła dochodzą jeszcze korekty związane z rodzajem zastosowanego sterownika i pomp obiegowych.
Np. dla pompy gruntowej
SCOP = (ηs + 5% + sterownik(1-5%) x 2,5
A dla powietrze woda
SCOP = (ηs + sterownik(1-5%) x 2,5
 
Kolejny element w etykiecie to deklarowana moc grzewcza Prated dla danej temperatury obliczeniowej oraz odpowiadające jej roczne zużycie w kWh.
Krótko mówiąc, producent deklaruje, że jego PC dla konkretnego klimatu (tylko jakiego??), przy zapotrzebowaniu mocy Prated, zużyje określoną ilość kWh.
 
Wróćmy do wykresu.
 
Sprawność a częstotliwość i moc zprężarki
 
Jaką moc grzewczą zadeklaruje producent?
Zapewne nie taką, by SCOP odnosił się do punktu 2 lub 1, tylko najbardziej korzystną, a więc pomiędzy 4 a 3.
Co stałoby się ze sprawnością ηs gdyby zadeklarował moc wyższą?
Oczywiście zmalałaby, bo układ przesunął by się w stronę wyższych obciążeń.
Porównując pompy ciepła, warto wiec zwrócić uwagę, na różnicę pomiędzy nominalną mocą pompy z katalogu, a zadeklarowaną mocą Prated.
Np. potrzebujemy do budynku 10kW mocy, a zadeklarowana moc Prated w etykiecie wynosi 5kW.
Mamy teraz ηs wysokie, kWh małe, ale tylko dla tych warunków, tj. 5kW przy -22 stopniach.
W naszym domu z zapotrzebowaniem 10kW, koszty będą wyższe i zupełnie inna będzie też sprawność.
Dwie różne pompy, ta sama klasa, taki sam ηs – ale wybór jednej czy drugiej pompy ciepła, może przynieść zupełnie różny rezultat, od zamierzonego.
 
To samo dotyczy sprawności cwu. 
Jest ona rownież zależna od stref klimatycznych.
Tutaj najczęściej wytłuszczoną czcionką podawana jest klasa dla klimatu umiarkowanego, podczas gdy dla klimatu chłodnego, podawany jest tylko ηs, który nic przeciętnemu klientowi nie mówi.
Kolejny element wpływający na sprawność cwu, to profil obciążenia, czyli ilość zużywanej ciepej wody w sezonie. Chyba wystarczy tych możliwości? 🙂
 
Jak więc pompę wybrać?
Dochodzimy do szycia pomp na miarę.
Każdy oczywiście chciałby, by jego pompa cały czas pracowała ze sprawnością bliską punktu 3.
Krótko mówiąc, jeśli przy 0 stopniach dom potrzebuje 5kW, to najlepiej byłoby, aby pompa była zaprojektowana i zoptymalizowana (uszyta na daną miarę) do dawania 5kW przy 0 stopni z zasilaniem np. 29 stopni.
Wówczas wystarcza przepływ na poziomie 14l/min. Po co ma gonić 25-30 l/min???
A kiedy potrzebujemy 8kW, to pompa daje te 8kW z zasilaniem np. 32 stopni, ale z przepływem ok. 23l/min.
Do tego, w sytuacji, kiedy w domu zrobiło się cieplej w słoneczny dzień, użytkownik obniżył nastawę na sterowniku, bo było mu nocą za ciepło, czy też zwyczajnie pojechał na kilka godzin na zakupy, pompa ma utrzymywać stałą różnicę temperatur zasilanie/powrót by gwarantować stabilną pracę układu chłodniczego i dostarczaną moc. To dzięki temu chwilowy COP będzie najwyższy.
Jak to osiągnąć?
 
Modulacja, modulacja i jeszcze raz modulacja.
Wszystko zaczyna się od precyzji modulacji mocy sprężarki.
Np. w Althermach 11-14-16 kW mamy odpowiednio 27-32-38 kroków oddawanej mocy grzewczej.
Zarówno sprężarka jak i elektroniczny zawór rozprężny z silnikiem krokowym, który "dozuje" ilość i temperaturę czynnika, a tym samym temperaturę zasilania, muszą być precyzyjnie zaprojektowane jak i wykonane.
Jeśli te dwa elementy spełniają te wymogi, to musi być coś jeszcze, co powie im, kiedy i jak mają to robić.
Zimą trzeba grzać. To wie każdy. Ale nie sztuką jest tylko grzać. Trzeba grzać wtedy kiedy trzeba i tyle ile trzeba.
Do tego potrzebna jest automatyka.
 
Ta automatyka musi wiedzieć w jaki sposób instalacja odpowiada na pogodę za oknem.
Jeśli aktualnie dom potrzebuje 4,8kW, to automatyka mówi sprężarce na jakim stopniu ma pracować, a pompie obiegowej jak ma zmienić się przepływ.
Do tego potrzebny jest ultradzwiękowy przepływomierz, pompa obiegowa sterowana rownież inverterowo i precyzyjny pomiar temperatury.
Bez tych elementów nie da się tego uzyskać, bo bez odczytania reakcji instalacji, pompa będzie grzała sobie, a budynek odbierał to ciepło sobie.
W większości pomp ciepła dostępnych na rynku, tych elementów nie ma. Tzn.  nie ma ani czujnika przepływu, ani pompy obiegowej, ze sterowanym przepływem.
 
Dość istotnym parametrem wpływającym na sprawność i komfort są histerezy temperatur (różnice), w oparciu o które pompa pracuje.
Klasyczne jest przegrzewanie przy ograniczonej modulacji.
Np. pompa ma utrzymywać 30 stopni. Ale użytkownik nie wie, że sztywno ustawiona histereza zatrzymania wynosi np. 2-3 stopnie. Czyli pompa będzie grzała do 32-33 stopni, po czym wyłączy się i będzie czekała, aż temperatura spadnie do 28 stopni.
Ale przecież moduluje?
No tak. Ale jak tych kroków jest 8-10, a sztywna histereza wynosiłaby 1, to albo pompa skacze między krokiem np .7 a 8, albo musi się wyłączyć. Do tego zmienia się temperatura zewnętrzna itp. itd.
Moduluje czy nie moduluje?
 
Ktoś powie rozważania akademickie.
Ale tak właśnie pracują wszystkie realne instalacje.
Tylko te na stanowiskach pomiarowych COP ze sztywnym obciążeniem i przepływem pracują inaczej 🙂
 
Recepta na wybór?
Czytać i analizować samemu. Pytać i jeszcze raz pytać.
Albo powierzyć wybór komuś, do kogo mamy zaufanie.
 
Uff
Pisanie, chociaż przynosi frajdę, jest czasochłonne.
Jeśli uważasz, że blog i poszczególne wpisy były Ci pomocne, interesujące i warte uwagi, to miło mi będzie, jeśli udostępnisz je na swoim profilu na facebooku, google+, twitter'ze czy po prostu prześlesz link znajomym.
Wtedy będę wiedział, że ktoś tego bloga czyta 🙂
  • Facebook
  • Twitter
  • Google Plus
  • LinkedIn
  • Email
  • RSS
  • Google
  • Google Reader
Ten wpis został opublikowany w kategorii Ogrzewanie, PC gruntowa, PC powietrzna i oznaczony tagami , , , , . Dodaj zakładkę do bezpośredniego odnośnika.

4 odpowiedzi na „COP, SCOP i etykiety energetyczne

  1. przyszły klient pisze:

    Jak zwykle rzeczowo i profesjonalnie. Trzeba przyznać żę oprócz wiedzy fachowej, posiada Pan doskonały styl. Chciałbym czytać więcej tak napisanych postów, dotyczących innych dziedzin. Niestety wszędzie panoszy się pismakowatość, brak rzetelnej wiedzy czy wręcz pospolite błędy.

     

     

  2. Tomasz pisze:

    Dzień dobry Panie Adrianie,

    mam pytanie i man nadzieję, że będzie Pan w stanie mi profesjonalnie odpowiedzieć/podpowiedzieć o co tu chodzi. Pytanie dotyczy mocy powietrznych pomp ciepła, a kontrenie charakterystki mocy w zależności od temperatury zewnętzrnej. Wydawało mi się zawsze, że powinna to być zależność liniowa. Spotkałem się już z kilkoma wykresami, na których w okolicach 0 stC wykres idzie w dół, po czym wraca do charakterystki liniowej.

    Jeżeli przeoczyłem któryś z Pana wpisów, w którym wątek mógłbyś poruszony to proszę o link 🙂

    Pozdarwiam Tomasz

    • Przy temperaturach bliskich 0 mamy jeszcze dość wysoką wilgotność powietrza i do tego punkt zamarzania. Pojawia się dość intensywne szronienie wymiennika, a tym samym częstsze cykle odszraniania, które wpływają na spadek mocy widoczny na wykresach. Na to nakładają się niekorzystne warunki atmosferyczne mgły, opady śniegu czy śniegu z deszczem itd.
      W niższych temperaturach (poniżej -5) w powietrzu jest dużo mniej wilgoci i szronienie wymiennika jest już mniejsze.
      W Althermie jest specjalna funkcja kompensacji krzywej grzewczej wokół 0 stopni. Określamy o ile stopni ma być podbita krzywa grzewcza w zakresie -2/+2 lub -4/+4
      Należy też pamietać, że często producenci podają nie wykresy, a tabele, których nie można interpolować czy ekstrapolować, ponieważ poszczegolne punkty zależą od algorytmów pracy zaszytych w automatyce.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *