Aby obliczyć zapotrzebowanie na energię dla gruntowej pompy ciepła, należy uwzględnić kilka istotnych czynników, które wpływają na efektywność systemu grzewczego oraz wymaganą moc do ogrzewania budynku. Oto kroki, które pozwolą na obliczenie zapotrzebowania na energię:
1. Określenie zapotrzebowania na ciepło budynku
Pierwszym krokiem jest określenie, ile ciepła potrzebuje budynek do utrzymania komfortowej temperatury w sezonie grzewczym. To zapotrzebowanie zależy od:
- Powierzchni użytkowej budynku
- Izolacji budynku (ściany, okna, dach)
- Lokalizacji budynku (klimat, średnia temperatura zimą)
- Rodzaju budynku (dom jednorodzinny, wielorodzinny)
- Typu ogrzewania (np. ogrzewanie podłogowe, grzejniki)
Zapotrzebowanie na ciepło (w [kW]) można oszacować przy użyciu wzoru: Q=A×ΔT×k gdzie:
- Q – zapotrzebowanie na ciepło (kW)
- A – powierzchnia budynku (m²)
- ΔT – różnica temperatur (średnia temperatura wewnętrzna minus temperatura zewnętrzna w okresie grzewczym)
- k – współczynnik przenikania ciepła (zależy od materiału i izolacji)
2. Określenie wydajności gruntowej pompy ciepła
Pompy ciepła mają różne współczynniki wydajności, które są wyrażane jako COP (Coefficient of Performance). COP to stosunek ciepła oddawanego przez pompę do energii elektrycznej, którą zużywa pompa. Dla gruntowych pomp ciepła COP wynosi zwykle od 3 do 5, co oznacza, że na każdą jednostkę zużytej energii elektrycznej, pompa oddaje 3–5 jednostek energii cieplnej.
Wzór do obliczenia zużycia energii elektrycznej przez pompę ciepła to:
Eelektryczna=COPQ
gdzie:
- Eelektryczna – zapotrzebowanie na energię elektryczną (kWh)
- Q – zapotrzebowanie na ciepło (kW)
- COP – współczynnik wydajności pompy ciepła
3. Obliczenie zapotrzebowania na energię do odwiertów
Gruntowe pompy ciepła pobierają ciepło z ziemi, a wydajność tej wymiany ciepła zależy od charakterystyki gruntu (rodzaj gleby, wilgotność, temperatura gruntu) oraz głębokości odwiertów. Im bardziej stabilne warunki gruntowe, tym bardziej efektywna jest pompa.
Do obliczeń można przyjąć średnią wartość COP dla gruntowej pompy ciepła, która wynosi około 4–5, jeśli odwierty są odpowiednio wykonane. Można oszacować, że na każdy 1 kW zapotrzebowania na ciepło, pompa pobiera około 0.25–0.33 kW energii elektrycznej.
4. Uwzględnienie czasu pracy pompy
Pompy ciepła pracują przez różną liczbę godzin w zależności od zapotrzebowania na ciepło. Należy uwzględnić czas pracy pompy w sezonie grzewczym, który w Polsce trwa średnio od 4 do 7 miesięcy.
Przykład obliczenia:
- Powierzchnia budynku: 150 m²
- Zapotrzebowanie na ciepło: 10 kW (w zależności od izolacji)
- COP pompy: 4
- Czas pracy pompy w sezonie grzewczym: 1500 godzin
Obliczenie zapotrzebowania na energię elektryczną:
Eelektryczna=410kW×1500h=3750kWh
Czyli pompa będzie potrzebować około 3750 kWh energii elektrycznej na sezon grzewczy.
5. Dodatkowe czynniki
Podczas obliczania zapotrzebowania na energię warto uwzględnić również dodatkowe czynniki, takie jak:
- Temperatura wody w instalacji grzewczej (niższa temperatura wody pozwala na większą efektywność)
- Typ instalacji grzewczej (ogrzewanie podłogowe ma niższą temperaturę pracy niż grzejniki)
- Wydajność odwiertów i wymienników ciepła