Pompa ciepła typu powietrze-powietrze (ASHP) to wysoce wydajny system ogrzewania i chłodzenia. Jednakże, aby zapewnić stały komfort w pomieszczeniach, jest ona często wyposażona w elektryczne ogrzewanie zapasowe – nazywane również „ogrzewaniem pomocniczym” lub „ogrzewaniem awaryjnym”. Konieczność stosowania tego ogrzewania zapasowego wynika z rozważań dotyczących termodynamiki, mechaniki działania i ekonomii.
1. Zmniejszona wydajność ogrzewania w zimnej pogodzie (punkt równowagi)
Pompy ciepła działają poprzez pobieranie ciepła z powietrza zewnętrznego i przenoszenie go do wnętrza. W miarę spadku temperatury zewnętrznej systemowi coraz trudniej jest pobierać ciepło, co powoduje spadek wydajności ogrzewania pompy ciepła. Jednocześnie, ponieważ ciepło jest tracone z domu do zimnego otoczenia zewnętrznego, zapotrzebowanie budynku na ogrzewanie wzrasta. Temperatura, przy której wydajność ogrzewania pompy ciepła dokładnie odpowiada zapotrzebowaniu domu na ogrzewanie, jest znana jako „punkt równowagi”. Gdy temperatura zewnętrzna spadnie poniżej tego punktu, pompa ciepła nie jest w stanie samodzielnie zaspokoić zapotrzebowania na ogrzewanie; na tym etapie wymagane jest elektryczne ogrzewanie zapasowe, aby utrzymać temperaturę w pomieszczeniu.
2. Cykl odszraniania
W zimnych, wilgotnych warunkach wilgoć z powietrza może skraplać się i gromadzić na cewkach zewnętrznych pompy ciepła, tworząc warstwę szronu, która ogranicza jej wydajność ogrzewania. Aby usunąć ten szron, system tymczasowo odwraca swoje działanie (przełączając się w tryb chłodzenia), aby roztopić lód. Podczas tego cyklu odszraniania elektryczny system ogrzewania zapasowego aktywuje się automatycznie, aby zapobiec przedmuchiwaniu zimnego powietrza do domu przez otwory wentylacyjne.
3. Wielkość systemu i względy ekonomiczne
Przy określaniu wielkości systemu HVAC należy uwzględnić zarówno letnie obciążenia chłodnicze, jak i zimowe obciążenia grzewcze. W wielu klimatach moc urządzeń wymagana do szczytowego letniego chłodzenia jest niższa niż moc wymagana do szczytowego zimowego ogrzewania. Aby uniknąć przewymiarowania pompy ciepła – co mogłoby prowadzić do słabego osuszania latem, wyższych początkowych kosztów urządzeń i częstego cyklowania (włączania i wyłączania) jednostki – instalatorzy zazwyczaj dobierają wielkość systemu tak, aby lepiej odpowiadała obciążeniu chłodniczemu lub średniemu obciążeniu grzewczemu. W najzimniejsze dni lub tygodnie zimy system wykorzystuje elektryczne ogrzewanie pomocnicze, aby ekonomicznie zniwelować wszelkie niedobory ogrzewania.
4. Nadmiarowość awaryjna
Ogrzewanie pomocnicze służy również jako ważne zabezpieczenie. W przypadku awarii głównego sprężarki pompy ciepła – lub jeśli system napotka ekstremalne zimno przekraczające jego granice projektowe – elektryczny system ogrzewania pomocniczego zapewnia, że domowe rury nie zamarzną i nie pękną, jednocześnie zapewniając bezpieczeństwo mieszkańcom domu.
Kompromisy dotyczące wydajności
Należy pamiętać, że elektryczne ogrzewanie pomocnicze oporowe jest znacznie mniej wydajne niż sama pompa ciepła. Chociaż nowoczesne pompy ciepła typu powietrze-powietrze mogą utrzymywać współczynnik wydajności (COP) na poziomie 1,75 lub wyższym nawet w zimnej pogodzie, ogrzewanie oporowe ma COP wynoszący tylko 1,0 – co oznacza, że produkuje dokładnie jedną jednostkę ciepła na każdą zużytą jednostkę energii elektrycznej. Ponieważ ogrzewanie pomocnicze jest droższe w eksploatacji, nowoczesne termostaty są zaprojektowane tak, aby aktywować je tylko wtedy, gdy jest to absolutnie konieczne, na przykład gdy wymagany jest szybki wzrost temperatury w pomieszczeniu lub w okresach ekstremalnego zimna.
Postęp technologiczny
W miarę ewolucji technologii pojawiła się nowa generacja „zimnoklimatycznych” pomp ciepła typu powietrze-powietrze (ccASHPs), zdolnych do utrzymania swojej znamionowej wydajności grzewczej w znacznie niższych temperaturach – na przykład do -13°F (-25°C). Chociaż te zaawansowane modele zmniejszają częstotliwość potrzeby ogrzewania pomocniczego, elektryczne ogrzewanie pomocnicze pozostaje standardową i praktyczną funkcją w większości instalacji, zapewniając niezawodne ogrzewanie i komfort przez cały rok.
Pompa ciepła typu powietrze-powietrze (ASHP) to wysoce wydajny system ogrzewania i chłodzenia. Jednakże, aby zapewnić stały komfort w pomieszczeniach, jest ona często wyposażona w elektryczne ogrzewanie zapasowe – nazywane również „ogrzewaniem pomocniczym” lub „ogrzewaniem awaryjnym”. Konieczność stosowania tego ogrzewania zapasowego wynika z rozważań dotyczących termodynamiki, mechaniki działania i ekonomii.
1. Zmniejszona wydajność ogrzewania w zimnej pogodzie (punkt równowagi)
Pompy ciepła działają poprzez pobieranie ciepła z powietrza zewnętrznego i przenoszenie go do wnętrza. W miarę spadku temperatury zewnętrznej systemowi coraz trudniej jest pobierać ciepło, co powoduje spadek wydajności ogrzewania pompy ciepła. Jednocześnie, ponieważ ciepło jest tracone z domu do zimnego otoczenia zewnętrznego, zapotrzebowanie budynku na ogrzewanie wzrasta. Temperatura, przy której wydajność ogrzewania pompy ciepła dokładnie odpowiada zapotrzebowaniu domu na ogrzewanie, jest znana jako „punkt równowagi”. Gdy temperatura zewnętrzna spadnie poniżej tego punktu, pompa ciepła nie jest w stanie samodzielnie zaspokoić zapotrzebowania na ogrzewanie; na tym etapie wymagane jest elektryczne ogrzewanie zapasowe, aby utrzymać temperaturę w pomieszczeniu.
2. Cykl odszraniania
W zimnych, wilgotnych warunkach wilgoć z powietrza może skraplać się i gromadzić na cewkach zewnętrznych pompy ciepła, tworząc warstwę szronu, która ogranicza jej wydajność ogrzewania. Aby usunąć ten szron, system tymczasowo odwraca swoje działanie (przełączając się w tryb chłodzenia), aby roztopić lód. Podczas tego cyklu odszraniania elektryczny system ogrzewania zapasowego aktywuje się automatycznie, aby zapobiec przedmuchiwaniu zimnego powietrza do domu przez otwory wentylacyjne.
3. Wielkość systemu i względy ekonomiczne
Przy określaniu wielkości systemu HVAC należy uwzględnić zarówno letnie obciążenia chłodnicze, jak i zimowe obciążenia grzewcze. W wielu klimatach moc urządzeń wymagana do szczytowego letniego chłodzenia jest niższa niż moc wymagana do szczytowego zimowego ogrzewania. Aby uniknąć przewymiarowania pompy ciepła – co mogłoby prowadzić do słabego osuszania latem, wyższych początkowych kosztów urządzeń i częstego cyklowania (włączania i wyłączania) jednostki – instalatorzy zazwyczaj dobierają wielkość systemu tak, aby lepiej odpowiadała obciążeniu chłodniczemu lub średniemu obciążeniu grzewczemu. W najzimniejsze dni lub tygodnie zimy system wykorzystuje elektryczne ogrzewanie pomocnicze, aby ekonomicznie zniwelować wszelkie niedobory ogrzewania.
4. Nadmiarowość awaryjna
Ogrzewanie pomocnicze służy również jako ważne zabezpieczenie. W przypadku awarii głównego sprężarki pompy ciepła – lub jeśli system napotka ekstremalne zimno przekraczające jego granice projektowe – elektryczny system ogrzewania pomocniczego zapewnia, że domowe rury nie zamarzną i nie pękną, jednocześnie zapewniając bezpieczeństwo mieszkańcom domu.
Kompromisy dotyczące wydajności
Należy pamiętać, że elektryczne ogrzewanie pomocnicze oporowe jest znacznie mniej wydajne niż sama pompa ciepła. Chociaż nowoczesne pompy ciepła typu powietrze-powietrze mogą utrzymywać współczynnik wydajności (COP) na poziomie 1,75 lub wyższym nawet w zimnej pogodzie, ogrzewanie oporowe ma COP wynoszący tylko 1,0 – co oznacza, że produkuje dokładnie jedną jednostkę ciepła na każdą zużytą jednostkę energii elektrycznej. Ponieważ ogrzewanie pomocnicze jest droższe w eksploatacji, nowoczesne termostaty są zaprojektowane tak, aby aktywować je tylko wtedy, gdy jest to absolutnie konieczne, na przykład gdy wymagany jest szybki wzrost temperatury w pomieszczeniu lub w okresach ekstremalnego zimna.
Postęp technologiczny
W miarę ewolucji technologii pojawiła się nowa generacja „zimnoklimatycznych” pomp ciepła typu powietrze-powietrze (ccASHPs), zdolnych do utrzymania swojej znamionowej wydajności grzewczej w znacznie niższych temperaturach – na przykład do -13°F (-25°C). Chociaż te zaawansowane modele zmniejszają częstotliwość potrzeby ogrzewania pomocniczego, elektryczne ogrzewanie pomocnicze pozostaje standardową i praktyczną funkcją w większości instalacji, zapewniając niezawodne ogrzewanie i komfort przez cały rok.
