Grzanie klimatyzatorem – fakty i mity

Z definicji klimatyzator ma za zadanie "klimatyzować", czyli chłodzić pomieszczenia. Coraz większa jest także świadomość możliwości grzania pomieszczeń klimatyzatorami. Urządzenie klimatyzacyjne to nic innego jak rewersyjna pompa ciepła. Znaczy to, że w lecie możemy korzystać z urządzenia w trybie chłodzenia, a jednostka wewnętrzna będzie nawiewać chłodne powietrze, a zewnętrzna ciepłe. Natomiast w zimie układ będzie pracować odwrotnie, tzn. jednostka wewnętrzna uraczy nas ciepłym powietrzem, a z zewnętrznej będzie wylatywać zimne powietrze.

Klimatyzator to pompa ciepła typu powietrze-powietrze. Oznacza to, że urządzenie dzięki dostarczonemu do sprężarki prądowi i zasadom działania termodynamiki wykorzystuje ciepło z powietrza, aby ogrzewać pomieszczenia. Jak to jest możliwe, aby klimatyzator czerpał ciepło z powietrza w zimie ? Otóż, w fizyce nie ma pojęcia zimna jako wielkości fizycznej. Istnieją ośrodki o niższej temperaturze, czyli mniejszej energii cieplnej oraz ośrodki o wyższej temperaturze, czyli większej energii cieplnej. Klimatyzator wykorzystując zasady działania termodynamiki przekazuje energię cieplną ze źródła o niższej energii cieplnej (otoczenie zewnętrzne) do ośrodka o wyższej energii cieplnej (ogrzewane pomieszczenia). Takie przemiany są możliwe dzięki cyklicznego sprężaniu i rozprężaniu czynnika chłodniczego, który w zależności od stanu skupienia ma różną pochłanialność cieplną. W funkcji chłodzenia jednostka wewnętrzna nazywana jest parownikiem, a zewnętrzna skraplaczem. W trybie grzania role odwracają się i jednostka wewnętrzna jest skraplaczem, a zewnętrzna parownikiem. Za zmianę obiegu oraz trybu pracy odpowiada zawór 4-drogowy, który pozwala dowolnie przestawiać chłodzenie na grzanie i vice versa. Z punktu widzenia użytkownika wystarczy nacisnąć odpowiedni przycisk na pilocie, aby grzać lub chłodzić pomieszczenie.

Wszystkie obecnie produkowane klimatyzatory posiadają sprężarki inwerterowe. Sprężarka inwerterowa zapewnia płynną regulację wydajności przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej sprawności. Inaczej rzecz ujmując, dzięki sprężarce inwerterowej moc grzewcza klimatyzatora jest skorelowana z chwilowym zapotrzebowaniem na ciepło. Sprężarki inwerterowe cechuje długa żywotność z powodu płynnej regulacji obrotów, co skutkuje rzadszym włączaniem i wyłączaniem pompy. Trwałość każdej sprężarki jest limitowana określoną ilością włączeń i wyłączeń, a więc mniejsza ilość startów sprężarki to dłuższa żywotność układu.

Klimatyzacja jest bardzo wydajnym i energooszczędnym wyborem, biorąc po uwagę wszystkie sposoby ogrzewania domu lub mieszkania. Zawężając wybór do elektrycznych form ogrzewania, klimatyzacja jest najbardziej wydajnym źródłem ciepła. Uogólniając, każdy 1 kW energii elektrycznej dostarczony do klimatyzatora zamieniany jest w minimum 3 kW wyprodukowanego ciepła. Dla porównania grzejnik elektryczny lub farelka pobierają 1 kW energii elektrycznej i oddają 1 kW ciepła.

Abstrahując od mocy grzewczej, poboczną kwestią jest sposób i siła nadmuchu, a także ilość przepuszczanego przez urządzenie powietrza. Farelka bądź grzejnik elektryczny, albo w ogóle, albo w bardzo małym stopniu przepuszczają i rozprowadzają powietrze. Jednostki wewnętrzne klimatyzatorów mają mocne oraz wydajne turbiny, które są w stanie bardzo szybko i równomiernie rozprowadzić ciepło po pomieszczeniu.

W celu możliwości porównania wydajności grzewczych różnych urządzeń wprowadzono współczynnik COP (Coefficient of Performance). W przypadku klimatyzacji COP mówi nam o ilości wytworzonej użytecznej energii cieplnej do zużytej energii elektrycznej. Wracając do przykładu opisanego powyżej, COP = 3 oznacza, że klimatyzator pobrał 1 kW energii elektrycznej, a wytworzył 3 kW użytecznej energii cieplnej. Współczynnik COP nie jest idealnym miernikiem wydajności grzewczej klimatyzacji, ponieważ odnosi się do ilości ciepła wytworzonego w danym momencie. COP opisuje punkt na osi czasu, a więc nie dowiemy się z niego nic na temat wydajności w skali całego sezonu grzewczego.

Współczynnik SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) określa wydajność grzewczą klimatyzatora w wymiarze długofalowym. Na jego podstawie możemy dowiedzieć się o ilości energii cieplnej wytworzonej do ilości energii cieplnej zużytej w określonym czasie, np. w ciągu całego roku. Należy pamiętać, że w ciągu roku inne temperatury panują w Suwałkach, a inne we Wrocławiu, stąd inne wyniki współczynników SCOP uzyskają domy położone w różnych częściach kraju.

Każdy klimatyzator ma wbudowany program usprawniający proces ogrzewania zwany odszranianiem (defrost). O włączaniu i wyłączaniu cyklu odszraniania decyduje elektronika urządzenia. Podczas grzania, przy niskich temperaturach parownik na skutek dużej wilgotności ulega oblodzeniu przez przepływające zimne powietrze. Mocno zalodzony parownik uniemożliwia przepływ powietrza, a przepływający przez niego czynnik chłodniczy nie może wydajnie pozyskiwać ciepła z otoczenia. W trakcie defrostu klimatyzator zaczyna bardzo intensywnie ogrzewać wymiennik jednostki zewnętrznej, jednocześnie ochładzając jednostkę wewnętrzną. Turbina w jednostce wewnętrznej przestaje pracować, aby nie wywoływać dyskomfortu związanego z wydmuchiwaniem zimnego powietrza. Większość jednostek wewnętrznych sygnalizuje uruchomienie cyklu odszraniania. W czasie trwającego kilkanaście minut defrostu nie należy wyłączać urządzenia, ponieważ klimatyzator i tak ponownie spróbuje zakończyć proces. Praca klimatyzatora w momencie defrostu jest głośna i dotyczy to zarówno jednostki wewnętrznej oraz zewnętrznej. Może być słyszalna hałaśliwa praca sprężarki, a w środku "dziwne" odgłosy i trzaski będące pochodną przepływu czynnika oraz szybkiej zmiany temperatury plastikowych elementów obudowy. Podczas cyklu odszraniania szron i lód obrastający parownik zamienia się w wodę, która intensywnie spływa do tacy ociekowej jednostki zewnętrznej.

Zawsze pytam moich klientów, którzy deklarują używanie klimatyzacji do ogrzewania, czy mają zamiar tylko sporadycznie podgrzewać pomieszczenia w okresach przejściowych, czy też permanentnie grzać pomieszczenia przez całą zimę, traktując klimatyzator jako główne źródło ogrzewania. Jeżeli traktujemy klimatyzator jako sporadyczne źródło ogrzewania w okresach przejściowych wystarczy nam jakikolwiek klimatyzator z opcją grzania do -15 stopni Celcjusza, co jest wartością osiąganą przez praktycznie wszystkie modele. Natomiast, jeżeli planujemy skutecznie ogrzewać pomieszczenia przez cały sezon zimowy to warto wybrać klimatyzator z możliwością grzania przy niższych temperaturach rzędu -25 lub -30 stopni Celcjusza. Takie temperatury bardzo rzadko, albo w ogóle nie zdarzają się w naszej strefie klimatycznej, ale najczęściej takie modele urządzeń wyposażone są także w inne przydatne zimą akcesoria. Sprawdzone modele do grzania przez całą zimę to np. Haier Nordic Flexis Plus, Fuji KMCB Nordic, Gree Lomo Luxury Plus, Gree Amber Standard, Gree Amber Prestige i Gree U-Crown.

Grzałka karteru (sprężarki) oraz grzałka tacy skroplin jednostki zewnętrznej idą najczęściej w parze z możliwością grzania przy ekstremalnie niskich temperaturach. Oba akcesoria nie mają bezpośredniego wpływu na wydajność klimatyzatora, ale dają komfort i bezpieczeństwo podczas najbardziej mroźnych dni. Grzałka karteru zapobiega absorpcji czynnika chłodniczego przez olej. Sprężarka smarowana jest olejem, który krąży w układzie razem z czynnikiem chłodniczym. Spadek temperatury powoduje pienienie się oleju, co negatywnie odbija się na smarowaniu sprężarki. Grzałka karteru zapobiega zimnemu rozruchowi sprężarki.

Grzałka tacy skroplin jednostki zewnętrznej zapobiega zamarzaniu skroplin powstających w agregacie. W warunkach dużej wilgotności i niskiej temperatury powietrza zwiększa się prawdopodobieństwo zamarznięcia skroplin. Taca skroplin ma najczęściej jeden wyprofilowany otwór, przez który odprowadzana jest woda. Jeżeli otwór ten zamarznie, kolejne porcje skroplin będą zamarzać w tacy skroplin, przyrastając warstwa po warstwie. W optymistycznym scenariuszu taca skroplin zostanie zalodzona aż po brzegi, a kolejne porcje skroplin będą się wylewać z agregatu wszystkimi dostępnymi krawędziami. W pesymistycznym scenariuszu rosnąca warstwa lodu może zablokować silnik wentylatora i spowodować jego uszkodzenie.

Klimatyzatory seryjnie wyposażone w grzałkę karteru załączają ją przy spadku temperatury poniżej zadanego progu. Algorytm seryjnie wbudowanej grzałki tacy ociekowej załącza ją przy każdym cyklu odszraniania, oprócz tego cyklicznie na kilka minut poniżej zadanego progu temperatury otoczenia. Każde uruchomienie grzałek to niewielki, ale dodatkowy pobór energii elektrycznej. Sterowane elektronicznie, cykliczne załączanie grzałek pozwala uzyskać kompromis pomiędzy komfortem działania, a poborem prądu.

Klimatyzatory pozbawione seryjnych grzałek, można przysposobić do grzania w zimie. Część urządzeń posiada fabryczne wyjścia pozwalające na podpięcie dołożonej grzałki, co skutkuje pełnoprawną funkcjonalnością, równą urządzeniom mającym grzałki na seryjnym wyposażeniu. Pozostała część klimatyzatorów nie posiada takowych wyjść i grzałki dołożone do układu wymagają zewnętrznego źródła sterowania w postaci termostatu. Oczywiście bardziej energooszczędne są klimatyzatory, które same cyklicznie włączają grzałki, niż te sterowane przez termostat, gdzie poniżej zadanego progu temperaturowego grzałki pracują nieprzerwanie.

Pełnowymiarowe ogrzewanie pomieszczeń zimą wymaga także odpowiedniego doboru urządzeń. Należy pamiętać, że wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej, wydajność klimatyzatora także spada. Niektórzy producenci urządzeń (Airwell, Panasonic) podają w katalogach informacje o spadku mocy grzewczej przy danej temperaturze. Według tych danych przy temperaturze -7 stopni Celcjusza wydajność klimatyzacji spada o około 15-25%.

Funkcja, która kiedyś była dodatkowym benefitem, a dzisiaj jest praktycznie standardem. Włączając klimatyzator w tryb grzania, uruchomiony zostaje agregat, który zaczyna trwającą przynajmniej kilka minut pracę. W tym czasie jednostka wewnętrzna pozostaje nieaktywna, jedynie lekko uchyla się pozioma żaluzja. Dopiero po nagrzania czynnika do odpowiedniej temperatury, jednostka wewnętrzna zostaje uruchomiona, a pozioma żaluzja ustawia się domyślnie pionowo do dołu. Ciepły start ma za zadanie wyeliminować odczucie zimna wywołane przez ruch powietrza znajdującego się w pomieszczeniu.

Niektóre modele klimatyzatorów oferują funkcję podtrzymywania ciepła na poziomie 8 (Gree) lub 10 (Haier, Fuji) stopni Celcjusza. Urządzenie z aktywną funkcją podtrzymywania temperatury będzie w stanie czuwania, a uruchomi się w momencie, gdy temperatura spadnie poniżej 8-10 stopni. Podtrzymywanie temperatury może być użyteczną funkcją w domach i lokalach czasowo zamieszkiwanych, w których na czas nieobecności chcemy najniższym kosztem utrzymać minimalną temperaturę, aby nie uszkodzić instalacji sanitarnych.

Klimatyzator jest pompą ciepła typu powietrze-powietrze. Oznacza to, że czynnikiem pośredniczącym w wymianie ciepła jest powietrze. Typową pompą ciepła używaną do grzania domu i wody użytkowej jest pompa typu powietrze-woda. Wynika z tego, że czynnikiem pośredniczącym w rozprowadzaniu ciepła jest obieg wodny, w postaci grzejników, ogrzewania podłogowego lub klimakonwektorów. Na pewno pompą ciepła jesteśmy w stanie zapewnić komfort termiczny na znacznie większej powierzchni. Grzejąc pomieszczenia klimatyzacją musimy zamontować jednostkę wewnętrzną w każdym z nich lub odpowiednio kanały nawiewne w przypadku klimatyzacji kanałowej. Klimatyzatorem nie podgrzejemy wody użytkowej, a pompą ciepła tak. Klimatyzator rozprowadza ciepło poprzez turbinę wywołującą cyrkulację powietrza, którą zawsze mniej lub bardziej, ale jednak słychać. Klimatyzatorem możemy grzać lub chłodzić, podobnie pompą ciepła. Jednakże przystosowanie pompy ciepła do opcji chłodzenia znacząco podnosi koszty jej montażu.

Patrząc na koszty, nawet kilka klimatyzatorów jest zdecydowanie tańszych w zakupie i montażu niż jedna pompa ciepła. Ponadto pompa ciepła wymaga jeszcze przystosowania lub wykonania instalacji wodnej, co jeszcze zwiększa wydatki. W przypadku starych budynków, montaż pompy ciepła to ogromne koszty, a dołożenie kilku klimatyzatorów jest tanie, szybkie i nie wymaga ingerencji w istniejące układy. Jeżeli budujemy dom od podstaw to pompa ciepła jest na pewno właściwym wyborem. Należy co najwyżej rozważyć czy przystosować pompę ciepła także do chłodzenia, czy też osobno zainstalować klimatyzatory. Zarówno klimatyzator jak i pompa ciepła wykorzystują energię elektryczną, więc idealnym uzupełnieniem zestawu jest fotowoltaika.