Co to jest sprawność pompy ciepła, kotła czy modułów fotowoltaicznych?

Żaden kocioł w rzeczywistości nie pracuje ze sprawnością równą lub większą od 100%. Sprawność pompy ciepła również nie przekracza 100%. Zobacz dlaczego tak jest…

sprawność kotła

Zacznijmy od tego czym jest sprawność?
Ogólnie mówiąc, sprawność jest to stosunek tego co dostajemy (jako efekt użyteczny), do tego co wkładamy. Sprawność oznaczana jest najczęściej literą eta: ɳ i wyrażana jest w procentach [%].

Zgodnie z naszą definicją….

Sprawność kotła gazowego, olejowego i na paliwo stałe

– dostajemy: ciepło grzewcze wykorzystywane do ogrzewania domu (c.o.) i ogrzewania wody użytkowej (c.w.u.),

– wkładamy: paliwo, a dokładniej energię chemiczną paliwa, które w kotle jest spalane.

Energię chemiczną paliwa (wkładaną), możemy policzyć mnożąc ilość paliwa (m3, kg, litr, itp.) i jego wartość opałową wyrażaną np. w kWh/kg, kWh/m3, itd.

sprawność

 

Sprawność pompy ciepła

– dostajemy: ciepło grzewcze, na c.o. i c.w.u. ,

– wkładamy: energię środowiska, czyli z odnawialnego źródła energii (OZE), np. z gruntu, z powietrza atmosferycznego;

wkładamy również energię elektryczną, która napędza silnik sprężarki pompy ciepła.

sprawność

 

Sprawność modułu fotowoltaicznego (PV)

– dostajemy: energię elektryczną – prąd,

– wkładamy: energię promieniowania słonecznego docierającego do modułu PV, czyli: natężenie promieniowania słonecznego, np. 800 W/m2 x powierzchnia modułu np. 1,6 m2 = 1,28 kW (800 W/m2 x 1,6 m2 = 1 280 W = 1,28 kW).

sprawność

 

Sprawność kolektora słonecznego

– dostajemy: ciepło grzewcze wykorzystywane najczęściej do ogrzewania wody użytkowej, wody w basenie kąpielowym,

– wkładamy: energię promieniowania słonecznego, np. 800 W/m2 x powierzchnia pracująca kolektora słonecznego [m2].

sprawność

 

„Sprawność pompy ciepła nie przekracza 100%”

Zobaczmy to na przykładzie pompy ciepła Vitocal 300-G, dla której:

– moc grzewcza wynosi: 10,36 kW (ciepło grzewcze)

– pobór ciepła z gruntu: 8,43 kW (energia z OZE)

– pobór mocy elektrycznej: 2,07 kW (energia elektryczna)

Sprawność pompy ciepła:

- dostajemy: ciepło grzewcze, na c.o. i c.w.u. , - wkładamy: energię środowiska, czyli z odnawialnego źródła energii (OZE), np. z gruntu, z powietrza atmosferycznego;  wkładamy również energię elektryczną, która napędza silnik sprężarki pompy ciepła.

ɳ = 10,36 kW / (8,43 kW + 2,07 kW)

ɳ = 0,987 = 98,7%

Jak widać na tym konkretnym przykładzie, sprawność pompy ciepła nie przekracza 100%…

sprawność pompy ciepła sprawność pompy ciepła

Energię środowiska naturalnego pobieramy „bezpłatnie”. Dlatego przy pompach ciepła nie mówimy o sprawności, a o efektywności ich pracy: COP.

COP jest to stosunek tego co otrzymujemy – ciepło grzewcze, do tego co wkładamy i za co musimy zapłacić – energia elektryczna.

Tak więc, COP naszej przykładowej pompy ciepła wynosi:

COP = 10,36 kW / 2,07 kW

COP = 5,0

cop pompy ciepła

 

Sprawność kotła >100%?

Producenci podają dla kotłów kondensacyjnych sprawności na poziomie ok. 109%.

Czy to jest błąd ?

Nie, bo wszystko zależy od sposobu jej obliczania….

sprawność

 

Stara norma, która nadal obowiązuje, przyjmuje że energię chemiczną paliwa (wkładaną), obliczamy na podstawie jego wartości opałowej. Chcąc obliczyć rzeczywistą sprawność kotła kondensacyjnego powinniśmy wykorzystać ciepło spalania. Czym się równią?

Wartość opałowa i ciepło spalania paliwa, mówią o tym ile energii cieplnej możemy otrzymać przy jego spaleniu, ale z drobną różnicą…

Wartość opałowa – w uproszczeniu, jest to ilość ciepła jaką uzyskamy z całkowitego spalenia paliwa, przy czym spaliny odprowadzane są do atmosfery, a zawarta w nich para wodna nie ulega skropleniu.

Ciepło spalania – jest to ilość ciepła jaką uzyskamy z całkowitego spalenia paliwa, przy czym spaliny odprowadzane są do atmosfery, ale zawarta w nich para wodna ulega skropleniu.

Jak widać, tylko drobna różnica, a efekt znaczny, bo:

– para wodna zawarta w spalinach zawiera sporą ilość energii cieplnej, którą w tradycyjnych kotłach odprowadzamy do atmosfery – tracimy,

– podczas skraplania pary wodnej ze spalin (kondensacja – para wodna zmienia się w ciecz), uzyskujemy dodatkową ilość ciepła, która przekazywana jest do instalacji ogrzewania domu – tak więc, jest to zjawisko korzystne dla naszego portfela, bo pozwala obniżyć koszty ogrzewania.

Jeżeli sprawność kotła kondensacyjnego obliczymy uwzględniając wartość opałową paliwa, wówczas będzie ona wynosiła ponad 100%, np. 109% – bo wartość opałowa nie uwzględnia dodatkowego ciepła pozyskanego z kondensacji pary wodnej ze spalin.

Chcą obliczyć rzeczywistą sprawność kotła, powinniśmy wykorzystać ciepło spalania paliwa – wówczas sprawność kotła nie przekory 100%.

Uwzględniając ciepło spalania, rzeczywista sprawność kondensacyjnych kotłów gazowych wynosi ok. 98%, a tradycyjnych (niekondensacyjnych), do ok. 82%.