Drukuj
Nadrzędna kategoria: Artykuły tematyczne

powietrzna pompa ciepłaSprawdźmy, jakie czynniki powinny mieć decydujący wpływ na dobór pomp ciepła powietrze-woda w nowych i modernizowanych układach oraz co ułatwi dobór elementów współpracujących z pompą ciepła, jak bufory wody grzewczej, zbiorniki wody użytkowej czy wymienniki ciepła.

Tryb pracy pomp ciepła

W artykule poświęconym doborowi pomp ciepła typu solanka-woda przedstawiłem kilka trybów pracy instalacji wyposażonych w te urządzenia. Wybór konkretnego trybu ich pracy miał wpływ na wielkość dolnego źródła ciepła, ponieważ zmianie ulegał czas pracy sprężarki. W przypadku pomp ciepła korzystających bezpośrednio z ciepła powietrza zewnętrznego zawsze będziemy mieli do czynienia ze współpracą z drugim źródłem ciepła. Może to być grzałka elektryczna, mówimy wtedy o trybie monoenergetycznym, jak również kocioł grzewczy, a więc tzw. tryb biwalentny.

Wymóg stosowania dodatkowego źródła ciepła wynika z charakterystyki pracy pomp ciepła typu powietrze-woda (rys. 1). Wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej rośnie zapotrzebowanie budynku na ciepło, natomiast generowana moc grzewcza pompy ciepła maleje. Co więcej, działanie pomp ciepła typu powietrze-woda jest z góry ograniczone przez producenta – przez minimalną temperaturę zasysania powietrza (np. -15 czy -20°C, a nawet -25°C).

 charakterystyka pracy pompy typu powietrze-woda
1. Charakterystyka pracy pompy ciepła powietrze-woda typu Split. Objaśnienia: A – krzywe mocy grzewczych dla różnych wartości temperatury zasilania po stronie c.o.; B – krzywe mocy elektrycznych dla różnych wartości temperatury zasilania po stronie c.o.; C – różne wartości temperatury zasilania po stronie c.o.; D – teoretyczna krzywa mocy grzewczej/elektrycznej dla temperatury zasilania 35°C przy założeniu 100% obciążenia inwertera

Pompy ciepła typu powietrze-woda dostępne są w rożnych mocach grzewczych: od kilku do nawet kilkuset kW, przy czym wartość mocy zmienia się w ciągu roku w zależności od źródła ciepła, a więc od temperatury powietrza zewnętrznego. Pompa ciepła, która w punkcie pracy A2/W35 (określonym zgodnie z normą EN 14511) ma moc grzewczą 9 kW, podczas mrozu -15°C będzie wykazywać zaledwie 5 kW mocy, a w lecie, przy temperaturze +30°C, nawet 15 kW. Z tego względu kilka lat temu wprowadzono sprężarki wyposażone w przetwornicę częstotliwości, która umożliwia regulację prędkości obrotowej sprężarki w zakresie od 20 do 100%, przy czym ze względów bezpieczeństwa najczęściej stosuje się regulację od 50 do 100%. Rozwiązanie to pozwala na ograniczenie mocy grzewczej generowanej przez pompę ciepła, co przekłada się na dłuższe cykle pracy sprężarki oraz prostszy dobór elementów współpracujących z pompą ciepła, jak bufory wody grzewczej, zbiorniki wody użytkowej czy wymienniki ciepła.

Dobór wielkości pompy ciepła

Dobór pompy ciepła powietrze-woda do budynku powinno się przeprowadzać w podobnej kolejności jak w przypadku modeli gruntowych, a więc wybór konkretnego modelu pompy ciepła będzie ostatnim punktem, po wyborze trybu pracy oraz systemu dystrybucji ciepła.
Jak wspomniałem, pompa ciepła musi współpracować z dodatkowym, szczytowym źródłem ciepła, czyli grzałką elektryczną lub kotłem. Grzałka jest naturalnym wyborem, gdy realizuje się nową inwestycję, w której jedynym źródłem energii będzie energia elektryczna. Natomiast kocioł często przyjmuje rolę szczytowego źródła ciepła w instalacjach już istniejących, modernizowanych, które są doposażane w pompę ciepła. Pompa ciepła odgrywa w nich rolę urządzenia wiodącego i zaczyna sterować pracą kotła grzewczego.
Dobierając wielkość pompy ciepła, koniecznie trzeba wziąć pod uwagę koszty produkcji ciepła ze źródła szczytowego (co zwykle jest dość łatwe w ocenie). To ważne, ponieważ od tej informacji zależy wielkość dobieranej pompy ciepła. Logika podpowiada, że im droższa jest produkcja energii cieplnej ze szczytowego źródła ciepła, tym dłużej będzie się opłacało eksploatować pompę ciepła. Układ monoenergetyczny (nowe budownictwo) sugeruje dobór możliwie dużej mocy pompy ciepła, ponieważ grzałka elektryczna jest bardzo drogim źródłem ciepła. W przypadku układu biwalentnego może być rożnie – czasami można mieć do czynienia z kotłem na gaz ziemny ze stosunkowo niskimi kosztami produkcji ciepła, a czasami z kotłem na drogie paliwa jak propan czy olej opałowy.

Zawsze przy doborze wielkości pompy ciepła należy wyznaczać punkt temperatury zewnętrznej, poniżej której eksploatacja pompy ciepła przestaje się opłacać w stosunku do szczytowego źródła ciepła oraz wybrać z katalogu ten model pompy, który w tym miejscu ma moc grzewczą równą chwilowej mocy obliczeniowej ogrzewanego budynku.

Punkt obliczeniowy

W poprzednich artykułach zwróciłem uwagę na kwestię przepływów w instalacjach z pompami ciepła. Brak zachowania minimalnych wartości przepływu często skutkuje nieefektywną lub awaryjną pracą. W przypadku pomp ciepła solanka-woda moc grzewcza nie ulega większym wahaniom w ciągu roku i łatwo jest wskazać punkt obliczeniowy. Jest nim punkt pracy zgodnie z normą EN 14511 dla temperatury solanki 0°C i wody w instalacji c.o. 35°C.
A jak jest w przypadku pomp ciepła powietrze-woda, których moc zmienia się w zakresie od 50 do 200% deklarowanej mocy? Otóż przedstawia się to następująco:

Dla wskazanego punktu obliczeniowego producent ma obowiązek podać moc maksymalną pompy ciepła ze 100% obciążeniem sprężarki. Odpowiednio do wartości mocy grzewczej pompy ciepła w punkcie obliczeniowym dobiera się następnie:

Przykład instalacji i wyników pracy

Budynek wolno stojący o powierzchni ogrzewanej 220 m2 i obliczeniowej mocy grzewczej 8,8 kW został oddany do użytkowania ponad roku temu, a 13.09.2014 r. dodatkowo opomiarowano go po stronie elektrycznej. Źródłem ciepła w budynku jest pompa ciepła typu Split pracująca w układzie monoenergetycznym, czyli z grzałką elektryczną stanowiącą szczytowe źródło ciepła. Trzystopniowa grzałka o maksymalnej mocy grzewczej 9 kW (1 st. = 3 kW, 2 st. = 6 kW, 3 st. = 3 + 6 kW), w wersji przepływowej, jest zainstalowana wewnątrz jednostki wewnętrznej pompy ciepła. Może być ona użyta do wsparcia pompy ciepła na cele c.o. oraz przygotowania c.w.u. Moc pompy ciepła w punkcie A-7/W35 zgodnie z normą EN 14511 wynosi 8,47 kW.
Po nałożeniu krzywej zapotrzebowania budynku na ciepło na charakterystykę pracy pompy ciepła otrzymano punkt biwalentny dołączenia grzałki równy -12°C. Oznacza to, że od tej temperatury do pracującej pompy ciepła ma dołączać się grzałka elektryczna, natomiast od temperatury powietrza zewnętrznego wynoszącej -15°C (graniczna wartość pracy dla tego modelu pompy ciepła) grzałka elektryczna ma stanowić jedyne źródło ciepła. Dystrybucję ciepła zapewnia układ bezpośredni ogrzewania podłogowego obliczony na parametry 35/28°C. Temperatura utrzymywana w domu to 22-23°C z obniżeniem o jeden stopień na czas pracy nocnej. Ciepła woda dla czterech mieszkańców przygotowywana jest w pojemnościowym podgrzewaczu (300 l), wyposażonym w dwie wężownice spięte szeregowo w celu zapewnienia dużej powierzchni wymiany ciepła.
Liczniki energii elektrycznej zainstalowane zostały osobno dla jednostki zewnętrznej (pobór mocy przez sprężarkę maks. 3250 W, wentylator maks. 130 W, regulator maks. 5,8 W) oraz wewnętrznej (pobór mocy przez pompę obiegową maks. 70 W, regulator maks. 5 W). Po 10 miesiącach pomiarów liczniki wskazały zużycie energii odpowiednio 4315 kWh oraz 543 kWh.
Średnia cena energii elektrycznej, po uwzględnieniu wszystkich opłat stałych i zmiennych, wynosi 0,54 zł (taryfa Tauron „Pompa Ciepła”), co oznacza, że koszt ogrzewania budynku i przygotowania c.w.u. w okresie od września 2014 r. do lipca 2015 r. wyniósł 2623 zł. Grzałka elektryczna nie miała w tym czasie okazji do pracy.

 

Autor: Dawid Pantera


W następnym artykule o układach pompa ciepła + centrala wentylacyjna – czy to się opłaca? 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.