Tematem tej publikacji jest ocena ekonomiczna zaprojektowanego systemu ogrzewania, oparta na metodzie Life Cycle Cost (LCC), dla wolno stojącego budynku w I strefie klimatycznej. Dla tego budynku zaprojektowano system ogrzewania oparty na sprężarkowej pompie ciepła typu powietrze-woda (P-W) pracującej w systemie biwalentnym monoenergetycznym.

Obiektem symulacji jest wolno stojący budynek mieszkalny o powierzchni użytkowej 140 m2 i kubaturze 660 m3, zlokalizowany w Miastku w województwie pomorskim. Szczytowe zapotrzebowanie na moc grzewczą dla tego obiektu wynosi 8046 kW, natomiast roczne zapotrzebowanie na ciepło do ogrzania pomieszczeń 19 710 kWh/rok.

System ogrzewania oparty na sprężarkowej pompie ciepła typu P-W

Projekt instalacji systemu ogrzewania (rys. 1), opartego na sprężarkowej pompie ciepła (SPC), składa się z modułu zewnętrznego Logatherm WPL 10A, który podłączony jest do modułu wewnętrznego Logatherm AWC, tworząc razem z nim kompletną powietrzno-wodną pompę ciepła przeznaczoną do ogrzewania i przygotowania c.w.u. Moduł wewnętrzny zawiera podgrzewacz c.w.u., regulator z panelem sterowania REGO 800 oraz wyświetlacz graficzny. Dodatkowo system ogrzewania wzbogacono o istniejący kominek z płaszczem wodnym, który podłączony jest do dodatkowego zasobnika c.w.u., oraz o zasobnik buforowy PS 300.Pompa ciepła uzyskuje energię grzewczą z powietrza atmosferycznego. Energia ta przenoszona jest za pomocą nośnika ciepła (wody) od modułu zewnętrznego poprzez moduł wewnętrzny do instalacji ogrzewania podłogowego oraz instalacji przygotowania c.w.u. Cała instalacja grzewcza sterowana i nadzorowana jest przez regulator REGO 800. Regulator ten steruje i nadzoruje obie instalacje. Aby umożliwić uzyskanie żądanej temperatury wody grzewczej i c.w.u., instalacja wyposażona jest w odpowiednie czujniki temperatury.

1. Schemat instalacji projektowego systemu ogrzewania opartego na SPC typu P-W dla przyjętego do analizy budynku: P3 – pompa obiegowa wody ogrzewanej przez kominek (Star RS 25/6-3), istniejąca w analizowanym budynku, W1 – naczynie wzbiórcze instalacji c.w.u. (Refl ex DD 18 l), B1 – zawór bezpieczeństwa instalacji c.w.u. (SR 1915 .” ), M1 – manometr, W3 – otwarte naczynie wzbiórcze (istniejące w analizowanym budynku), P2– pompa wody ogrzewanej przez SPC (Star RS 25/6-3), S1 – zawór 3-drożny, S2 – zawór 3-drożny, E1 – grzałka elektryczna 9 kW, T3 – czujnik temperatury podgrzewacza, T1 – czujnik temperatury na zasilaniu, ZM – zawor mieszający, P4 – pompa cyrkulacyjna c.w.u. (Star Z15), M2 – manometr, B2 – zawor bezpieczeństwa instalacji c.w.u. (SR 1915 .” ), P1 – pompa obiegowa systemu c.o. (Star–E 25/-5 Easy Star), W2 – naczynie wzbiorcze instalacji c.o. (Refl ex N 25 l), T2 – czujnik temperatury zewnętrznej, T5 – czujnik pokojowy, T6 – czujnik temperatury gazu gorącego, T8 – czujnik temperatury wody grzewczej wył., T9 – czujnik temperatury wody grzewczej wł., T10 – czujnik temperatury skraplacza, T11 – czujnik temperatury czynnika chłodniczego w parowniku, T12 – czujnik temperatury powietrza w parowniku

Praca systemu ogrzewania opartego na SPC

Regulator REGO 800 steruje pompą ciepła według ustawionej krzywej grzewczej, wykorzystując odczyty czujników temperatury zewnętrznej T2 i temperatury na zasilaniu T1. Jeżeli pompa ciepła Logatherm WPL 10A nie jest w stanie sama pokryć zapotrzebowanie na moc grzewczą analizowanego budynku, wówczas automatycznie uruchamia się dogrzewacz elektryczny E1, który uzupełnia brakującą ilość energii cieplnej.Za pomocą dwóch zaworów trójdrogowych S1 i S2 system przełącza się pomiędzy instalacją ogrzewania podłogowego a instalacją c.w.u. Podgrzewanie c.w.u. jest traktowane priorytetowo. Jeżeli odczyt temperatury czujnika podgrzewacza T3 wskazuje zapotrzebowanie na c.w.u., wówczas woda grzewcza z pompy ciepła przepływa przez płaszcz grzewczy podgrzewacza c.w.u. i nagrzewa wodę użytkową do momentu, kiedy istniejące zapotrzebowanie zostanie pokryte. Podczas jej nagrzewania, obieg c.o. pozbawiony jest dopływu ciepła. Dopiero po osiągnięciu żądanej temperatury c.w.u., do instalacji c.o. ponownie dostarczana jest energia cieplna. Pompa ciepła nagrzewa ją w zależności od odczytów czujnika temperatury T1 na zasilaniu c.o. Jeżeli nie jest ona w stanie nagrzać instalacji grzewczej budynku do wymaganej temperatury, wówczas włącza się grzałka elektryczna E1, która podgrzewa wodę grzewczą w płaszczu podgrzewacza c.w.u.. Po podgrzaniu zostaje ona domieszana poprzez zawór mieszający ZM do wody w obiegu grzewczym c.o., dzięki czemu wzrasta jej temperatura na zasilaniu.

Odszranianie pompy ciepła odbywa się przy użyciu gorących par czynnika chłodniczego i sterowane jest przez zawór czterodrogowy w instalacji chłodniczej pompy ciepła. Przebieg tego procesu kontroluje czujnik temperatury T11. Pompa ciepła podłączona jest do instalacji ogrzewania podłogowego, a wraz z nią równolegle podłączony jest bufor wodny. Ma to na celu zagwarantowanie zachowania nominalnego przepływu wody grzewczej przez skraplacz pompy ciepła. Pompa obiegowa P2 będzie pobierała z powrotu instalacji grzewczej wymaganą dla zapewnienia prawidłowej pracy pompy ciepła ilość wody, bez względu na to, ile wody w danym momencie krąży w instalacji grzewczej. Jeżeli przepływ w instalacji grzewczej będzie mniejszy od wymaganego dla prawidłowej pracy pompy ciepła, wówczas różnica ta będzie rekompensowana przepływem wody z powrotu bufora.

Do pompy ciepła podłączony jest również istniejący w budynku kominek z płaszczem wodnym. Jest on dodatkowym źródłem przygotowania c.w.u. (rys. 1).Charakterystykę techniczną dobranej w projekcie pompy ciepła typu Logatherm WPL 10A firmy Buderus zestawiono w tabeli 1, natomiast na rysunku 2 pokazano charakterystykę jej wydajności grzewczej QSPC8(t) oraz charakterystykę obciążenia cieplnego budynku Qg(t). Punkt przecięcia obu krzywych odpowiada temperaturze biwalentnej Tb i jest to punkt przełączania pracy pompy ciepła.

Pompa ciepła Logatherm WPL 10A pracuje w systemie biwalentnym monoenergetycznym w taryfie ceny energii elektrycznej G11.

...pełna wersja artykułu w PI 12/12