Drukuj
Nadrzędna kategoria: Artykuły tematyczne

warsztaty OZE PI 6Roczne koszty utrzymania domu jednorodzinnego to w dużej mierze koszty związane z wytwarzaniem ciepła. Dlatego też warto pozyskiwać ciepło możliwie jak najtaniej oraz minimalizować jego ucieczkę na zewnątrz. Przekłada się to m.in. na wzrost zainteresowania pompami ciepła, jak również systemami wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła.

Jeżeli inwestor zdecyduje się na zainstalowanie w budynku pompy ciepła typu powietrze-woda do celów grzewczych, wówczas warto także rozważyć, czy nie połączyć systemów powietrznych pompy ciepła oraz instalacji wentylacji. Oczywiście, jest to możliwe pod względem technicznym, ale czy opłacalne oraz bezpieczne dla użytkownika i urządzeń? Przeanalizujmy dwa warianty połączenia obu urządzeń:

Załóżmy, że inwestor decydujący się na współpracę pompy ciepła z centralą wentylacyjną, w wariancie I liczy na wzrost efektywności pracy pompy ciepła, natomiast zastosowanie wariantu II ma zapewnić mu poprawę temperatury powietrza nawiewanego do pomieszczeń.

 warsztaty OZE  PI 6 rys. 2
2. Warianty I współpracy pompy ciepła z centralą wentylacyjną – króciec wyrzutowy centrali wentylacyjnej podpięty do kanału czerpnego pompy ciepła

warsztaty OZE PI 6 rys. 3
3. Warianty II współpracy pompy ciepła z centralą wentylacyjną – króciec wyrzutowy pompy ciepła podpięty do kanału czerpnego centrali wentylacyjnej

 

Charakterystyka układów

W obu konfiguracjach (rys. 2 i 3) kanał wentylacyjny łączący pompę ciepła z centralą wentylacyjną musi być podpięty do czerpni/wyrzutni powietrza wyposażonej w komorę rozprężną. Pompa ciepła do przygotowywania c.w.u. wyposażona jest w pokrywę powietrza wywiewanego. Wydajność wentylatora pompy ciepła wynosi do 300 m3/h i jest zbliżona do wydajności centrali wentylacyjnej. Spręże dyspozycyjne również mają zbliżone wartości, zatem wentylatory obu urządzeń nie powinny wpływać na siebie nawzajem. Pompa ciepła pracuje od 5 godzin na dobę, przy zużyciu dobowym c.w.u. na poziomie 200 l, do 8,5 godzin na dobę, przy zużyciu dobowym c.w.u. 350 l. Centrala wentylacyjna pracuje 24 godziny na dobę przez cały rok.

Wariant I połączenia urządzeń
Podczas analizy przyjrzyjmy się pracy urządzeń w okresie letnim (w ciągu dnia), przejściowym oraz zimowym, zakładając odpowiednie wartości temperatury powietrza (tabela 1):

Tabela. 1. Współpraca pompy ciepła powietrze-woda z centralą wentylacyjną w wariancie I – wartości temperatury powietrza do analizy efektywności układu
Temperatura powietrza czerpanego przez centralę wentylacyjną Temperatura powietrza wywiewanego z pomieszczeń Temperatura powietrza na króćcu
wyrzutowym centrali wentylacyjnej = powietrze zasysane przez pompę ciepła
SEZON LETNI
np. 28°C (powyżej 22°C) np. 24°C (powyżej 20°C) około 27°C (poniżej 28°C)
OKRES PRZEJŚCIOWY
np. 12°C (powyżej 0°C i poniżej 22°C) około 20°C wyższa o 1÷2 K od temperatury powietrza zewnętrznego
SEZON ZIMOWY
poniżej 0°C około 20°C 3÷4°C


W sezonie letnim
(rys. 4) zasysanie przez pompę ciepła powietrza o niższej temperaturze niż temperatura na zewnątrz będzie skutkowało niewielkim spadkiem efektywności pracy pompy ciepła.

warsztaty OZE PI 6 rys. 4
4. Współpraca pompy ciepła powietrze-woda z centralą wentylacyjną w wariancie I – sezon letni


W okresie przejściowym
(rys. 5) uzyskany wzrost temperatury powietrza zasysanego przez pompę ciepła o 1÷2 K spowoduje bardzo nikły wzrost efektywności pracy pompy ciepła.

warsztaty OZE PI 6 rys. 5
5. Współpraca pompy ciepła powietrze-woda z centralą wentylacyjną w wariancie I – okres przejściowy


W sezonie zimowym
(rys. 6) mimo wstępnego podgrzewu powietrza (o temperaturze poniżej 0°C) w kanale czerpnym centrali wentylacyjnej do temperatury 0÷2°C, temperatura powietrza zasysanego przez pompę ciepła jest za niska, aby urządzenie mogło pracować efektywnie.

warsztaty OZE PI 6 rys. 6
6. Współpraca pompy ciepła powietrze-woda z centralą wentylacyjną w wariancie I – sezon zimowy


Wnioski.
Inwestor decydujący się na współpracę centrali wentylacyjnej z pompą ciepła w tym wariancie (króciec wyrzutowy centrali wentylacyjnej podpięty do kanału czerpnego pompy ciepła), w skali roku nie uzyska wzrostu efektywności pracy pompy ciepła – w lecie uzyska nieznaczny spadek efektywności pracy pompy ciepła, natomiast w okresie przejściowym niewielki wzrost.

Wariant II połączenia urządzeń
Podczas analizy pracy urządzeń uwzględniliśmy dwa okresy o charakterystycznych wartościach temperatury (tabela 2):

Założyliśmy odpowiednie wartości temperatury powietrza:

Tabela. 2. Współpraca pompy ciepła powietrze-woda z centralą wentylacyjną w wariancie II – wartości temperatury powietrza do analizy efektywności układu

Temperatura powietrza czerpanego przez pompę ciepła Temperatura powietrza wywiewanego 
przez pompę ciepła = powietrze czerpane przez centralę wentylacyjną
Temperatura powietrza nawiewanego do pomieszczeń
SEZON LETNI W CIĄGU DNIA
np. 28°C (powyżej 22°C) niższa od temperatury powietrza zewnętrznego o około 12K
(powyżej 10°C)
10÷20°C (by-pass otwarty)
CZĘŚCIOWO OKRES PRZEJŚCIOWY I NOCE W LECIE
np. 18°C (powyżej 15°C i poniżej 22°C) niższa od temperatury powietrza zewnętrznego o około 12 K (poniżej 10°C) około 18°C (by-pass zamknięty)


W sezonie letnim
w ciągu dnia (rys. 7) powietrze nawiewane do pomieszczeń będzie zdecydowanie chłodniejsze od powietrza zewnętrznego. Automatyczny by-pass zostanie zamknięty jeżeli temperatura powietrza nawiewanego spadnie poniżej 10°C lub temperatura wewnątrz domu będzie niższa od temperatury zadanej na sterowniku centrali. Natomiast nawiewanie powietrza o temperaturze 10÷16°C może powodować tworzenie się zimnych stref pod nawiewnikami i w efekcie dyskomfort. Dodatkowo istnieje niebezpieczeństwo wykraplania się wilgoci w kanałach lub na powierzchni zaworów wentylacyjnych. Zasysanie przez pompę ciepła powietrza o niższej temperaturze niż temperatura na zewnątrz będzie skutkowało niewielkim spadkiem efektywności jej pracy.

warsztaty OZE PI 6 rys. 7
7. Współpraca pompy ciepła powietrze-woda z centralą wentylacyjną w wariancie II – okres letni w ciągu dnia


W okresie przejściowym i nocą w lecie
(rys. 8) temperatura powietrza wywiewanego z pompy ciepła wynosi poniżej 10°C, zatem automatyczny bypass będzie zamknięty i centrala wentylacyjna będzie pracowała z odzyskiem ciepła. Przez cały ten okres temperatura powietrza nawiewanego będzie niższa od temperatury powietrza wywiewanego z budynku o 2÷3 K.

warsztaty OZE PI 6 rys. 8
8. Współpraca pompy ciepła powietrze-woda z centralą wentylacyjną w wariancie II – okres przejściowy i letni (noce)


Wnioski.
Dzięki współpracy pompy ciepła i centrali wentylacyjnej (króciec wyrzutowy pompy ciepła podpięty do kanału czerpnego centrali wentylacyjnej) w trakcie najgorętszego okresu lata instalacja wentylacji będzie nawiewała do budynku chłodne powietrze (w czasie gdy pompa ciepła podgrzewa c.w.u.). Natomiast jeżeli pompa ciepła będzie podgrzewała c.w.u. w chłodną, letnią noc, a dom będzie wygrzany, to powietrze czerpane przez centralę wentylacyjną (wywiew z pompy ciepła) będzie miało wartość poniżej 10°C. Automatyczny by-pass nie zostanie zatem otwarty w celu ochłodzenia budynku, a użytkownik nie skorzysta z funkcji free-coolingu. Automatyka pompy ciepła powinna zostać tak zaprogramowana, aby podgrzew c.w.u. odbywał się w ciągu dnia, a nie w nocy. To jednak nie wyeliminuje okresów w ciągu roku, gdy nawiewane powietrze będzie za zimne w stosunku do oczekiwań użytkownika.

Bez euforii

Bez względu na wybraną konfigurację (wariant) pracy pompy ciepła, żadne z zaprezentowanych rozwiązań nie zapewnia inwestorowi korzyści przez cały rok i za każdym razem musi się on liczyć z wadami układu w pewnych okresach. Na przykład dla wariantu II istnieje niebezpieczeństwo wzrostu poziomu hałasu emitowanego przez centralę wentylacyjną do kanału nawiewnego – hałas z pompy ciepła i centrali wentylacyjnej będzie się sumował. Oczywiście, inwestor może zdecydować się na układ sterowania (automatyczny lub ręczny), który zapewni współpracę urządzeń jedynie w wyznaczonym okresie, gdy jest to korzystne dla użytkownika. Jednak wydaje się, że żadne z zaprezentowanych rozwiązań nie niesie ze sobą tak wyraźnych korzyści, aby warto było inwestować czas i pieniądze na wykonanie instalacji umożliwiającej współpracę pompy ciepła z centralą wentylacyjną.

Autor: Szymon Lenartowicz

 W następnym, ostatnim już z cyklu, artykule o pierwszym uruchomieniu pompy ciepła. Już jutro.

Cykl warsztatów instalatora OZE to projekt edukacyjny przygotowywany we współpracy redakcji Polskiego Instalatora oraz Polskiej Korporacji Techniki SGGiK – z dużymi firmami z branży OZE, mającymi bogate doświadczenie projektowe, produkcyjne, montażowe i serwisowe. Kierujemy go do potencjalnych projektantów i wykonawców takich instalacji, a być może także docelowych użytkowników. 
W ramach cyklu zaprezentowaliśmy już tematykę kolektorów słonecznych i małych instalacji fotowoltaicznych. Teraz, korzystając z wiedzy fachowców z Akademii Viessmann oraz PORT PC, kontynuujemy cykl o pompach ciepła.