envelope redakcja@polskiinstalator.com.pl home ul. Wąski Jar 9
02-786 Warszawa

Advertisement











Gorne zrodla cieplaGórne źródło ciepła, a więc system dystrybucji ciepła w budynku, jest niezwykle ważnym elementem instalacji z pompą ciepła. Ma wpływ przede wszystkim na efektywność pracy tych urządzeń, co oczywiście przekłada się na koszty eksploatacyjne.

 Przypomnę z poprzedniej części naszego cyklu, że temperatura dolnego źródła wpływa przede wszystkim na moc chłodniczą i grzewczą pompy ciepła i ma znaczenie głownie przy doborze trybu jej pracy: mono- lub biwalentny, a więc samodzielna praca pompy ciepła lub pompa we współpracy z drugim źródłem ciepła. Inaczej jest jeśli chodzi o temperaturę górnego źródła. Co prawda również ma ona wpływ na moc chłodniczą i grzewczą pompy ciepła, choć w znacznie mniejszym stopniu, jednak największe przełożenie ma na efektywność pracy pompy ciepła, czyli na koszty jej eksploatacji. 

Na temperaturę górnego źródła mamy wpływ przez odpowiednie zaprojektowanie instalacji centralnego ogrzewania. Niska temperatura zasilania, np. płaszczyznowego ogrzewania podłogowego, zapewni niskie ciśnienie skraplania, a tym samym mniejsze wymagane obciążenie sprężarki.

Efektywność a czas pracy i przerw

Niezależnie od wybranego systemu dystrybucji ciepła w budynku – czy jest to ogrzewanie płaszczyznowe o parametrach np. 35/28°C, czy też grzejniki niskotemperaturowe o parametrach 55/45°C lub 50/40°C – istotnym uwarunkowaniem efektywnej pracy pompy ciepła jest zapewnienie długich okresów pracy oraz długich okresów przerw w pracy sprężarki, oczywiście bez naruszenia komfortu cieplnego mieszkańców. Parametrem, o który należy zatem szczególnie zadbać, jest zachowanie tzw. przepływu minimalnego, gwarantującego poprawną pracę skraplacza.

Przepływ minimalny jest obliczany dla mocy grzewczej w punkcie pracy zgodnie z normą PN-EN14511 przy różnicy temperatury do 10 K. Optymalny przepływ powinien natomiast zostać przeliczony na różnicę temperatury od 5 do 7 K.

Wymóg zachowania przepływu minimalnego narzuca tym samym zaprojektowanie instalacji centralnego ogrzewania bez redukcji przepływu. Jeżeli planowane jest ogrzewanie płaszczyznowe, np. podłogowe, to należy zrezygnować z siłowników rozdzielacza sterujących temperaturą ogrzewanych sekcji. Jeśli zaś planowane jest ogrzewanie grzejnikami niskotemperaturowymi, to powinno się zdemontować głowice termostatyczne.

Warunek kolejny: bezwładność cieplna
Warunek długich okresów pracy i długich okresów przerw w pracy sprężarki nie może być jednak spełniony tylko przez zachowanie minimalnego przepływu wody grzewczej. Instalacja centralnego ogrzewania musi się dodatkowo charakteryzować dużą bezwładnością cieplną, a więc długim czasem nagrzewania i studzenia. Wymóg ten będzie spełniać ogrzewanie płaszczyznowe, podłogowe lub ścienne, dzięki akumulacji ciepła w jastrychu i ścianach. Nieco gorzej jest już z grzejnikami niskotemperaturowymi, które szybko się nagrzewają, ale i niestety równie szybko stygną. Ograniczeniem jest także mała pojemność wodna tych odbiorników ciepła, co eliminuje je jeśli chodzi o współpracę z pompą ciepła w układach bezpośrednich. Instalacje z grzejnikami niskotemperaturowymi muszą być wtedy wyposażone w zbiorniki buforowe, które zwiększają pojemność wodną instalacji.

Etykiety efektywności energetycznej dla pomp ciepła

Od 26 września 2015 roku, zgodnie z rozporządzeniem 811/2013 uzupełniającym dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/30/UE w odniesieniu do etykiet efektywności energetycznej, pompy ciepła podzielono na nisko- i średniotemperaturowe. Urządzenia mają różne etykiety energetyczne i różne klasy efektywności.

Niskotemperaturowa pompa ciepła
Oznaczają urządzenie zaprojektowane do stosowania w niskiej temperaturze, które w warunkach obliczeniowych przy odniesieniu do klimatu umiarkowanego nie może zapewnić wody grzewczej o temperaturze wylotowej 52°C.

Średniotemperaturowa pompa ciepła
Takie urządzenie pozwala z kolei na zasilanie instalacji wyższym parametrem – o wartości 55°C.

Z tego podziału widać, jakie temperatury zalecane są dla pomp ciepła i choć obecnie większość dostępnych na rynku urządzeń może pracować z temperaturą zasilania nawet 65°C, to i tak polecany system centralnego ogrzewania nie powinien być przeliczony na wyższe wartości niż 55°C zasilanie oraz 45°C powrót. Takie warunki gwarantuje rzecz jasna ogrzewanie płaszczyznowe, np. podłogowe lub ścienne, które zwykle przeliczone jest na parametry 35/28°C, lub grzejniki niskotemperaturowe o parametrach 55/45°C lub 50/40°C.

Układ bezpośredni

To zdecydowanie najlepszy system dystrybucji ciepła do współpracy z pompą ciepła. Dzięki niskiej temperaturze zasilania urządzenie osiąga najwyższą efektywność pracy, a więc koszty eksploatacji są najniższe. Instalacja grzewcza w takim systemie powinna gwarantować minimalny przepływ wody grzewczej określony dla danego modelu pompy ciepła. Dopuszcza się regulację przepływu na wybranych pętlach, lecz tylko wtedy, gdy nie powodują one ograniczenia przepływu poniżej przepływu minimalnego, a różnica temperatur zasilanie/powrót nie jest większa niż 10 K.

 rys. 1 gorne zrodla ciepla
1. Pompa ciepła zasilająca instalację grzewczą w układzie bezpośrednim: 1 – pompa ciepła; 2 –instalacja grzewcza (dystrybucja ciepła); 3 – zawór typu bypass


Bypass i pojemność rur
W układach bezpośrednich zalecane jest stosowanie zaworu typu bypass, którego zadaniem będzie utrzymanie minimalnej wartości przepływu wody grzewczej przez pompę ciepła w przypadku problemów z utrzymaniem tej wartości przez obiegi grzewcze. Dodatkowo zaleca się, aby pojemność rur prowadzonych między pompą ciepła a zaworem typu bypass zapewniała co najmniej 2 minuty pracy pompy ciepła. Sprowadza się do spełnienia warunku pojemności minimalnej wynoszącej 3 litry na każdy 1 kW mocy grzewczej pompy ciepła.
Zależnie od typu pompy ciepła oczywiście rożne będą punkty obliczeniowe mocy grzewczej i tak:

  • dla pomp solankowych punkt obliczeniowy mocy grzewczej to B0/W35;
  • dla pomp typu powietrze-woda bez regulacji wydajności sprężarki – A2/W35;
  • dla pomp typu powietrze-woda z regulacją wydajności sprężarki (np. sprężarka z inwerterem) – A7/W35.

Warto też pamiętać, że w pompach ciepła typu powietrze-woda nie zaleca się regulacji przepływu na wszystkich pętlach systemu ogrzewania. W ten sposób można zapewnić energię potrzebną do realizacji procesu odmrażania parownika.

Układ z buforem wody grzewczej

Instalacje dystrybucji ciepła w budynku oparte o grzejniki niskotemperaturowe we współpracy z pompą ciepła nie powinny być projektowane jako układy bezpośrednie. Niewielka bezwładność i mała pojemność wodna instalacji spowodowałyby krótkie okresy pracy sprężarki i jej częste załączenia, co w konsekwencji mogłoby doprowadzić do szybkiego zużycia i uszkodzenia sprężarki. Grzejniki wyposażone są dodatkowo w głowice termostatyczne, które swoim działaniem wpływają na zmianę przepływu wody grzewczej, a pompa ciepła do poprawnej pracy wymaga przepływu minimalnego.
Instalacje wyposaża się zatem w zbiornik buforowy, który ma na celu powiększenie zładu instalacji grzewczej. Osiąga się przez to minimalne czasy pracy pompy ciepła oraz długie czasy przerwy między jej włączeniami.

Istotne jest, aby zbiornik buforowy w instalacjach z pompą ciepła pełnił rolę magazynu ciepła, a nie sprzęgła hydraulicznego znanego z instalacji kotłowych. Dlatego też musi on mieć określoną pojemność, a pompy obiegowe dołączonych obiegów grzewczych nie mogą mieć wydatku większego niż pompa obiegowa pompy ciepła.

Pojemność bufora dobierana jest według zasady 20-25 litrow na każdy 1 kW mocy grzewczej pompy ciepła, przy czym – jak już wspomniałem – obliczeniowe punkty pracy zależne są od typu pompy ciepła. Warto zwiększyć dymensję rur dolotowych do zbiornika buforowego. W ten sposób zmniejszy się opory przepływu, co wpłynie na jego zwiększenie.

 rys. 2 gorne zrodla ciepla
2. Pompa ciepła zasilająca instalację grzewczą w układzie z buforem. Przykład nieprawidłowo
i prawidłowo funkcjonujących układów


Czujnik w buforze

Układy z buforem wody grzewczej wymagają podłączenia czujnika temperatury w buforze. Pompa ciepła pracuje według jego wskazań i najczęściej, aby zapewnić odpowiednią ilość energii dla dołączonych obiegów grzewczych, ustawia temperaturę wymaganą wyższą o 2 K w stosunku do wartości wymaganych przez obiegi grzewcze. Wiąże się to z dodatkową utratą efektywności, zapewnia jednak pełne bezpieczeństwo pracy pompy ciepła i pozwala na bezproblemową rozbudowę instalacji o dodatkowe źródła ciepła.

Układ z buforem wpiętym szeregowo

Montaż zbiornika o małej pojemności wodnej na powrocie z instalacji grzewczej to rozwiązanie, które pozwala połączyć zalety układu bezpośredniego oraz układu z buforem. Z uwagi na lokalizację taki zbiornik nie wymaga opomiarowania czujnikiem temperatury, a pompa ciepła pracuje według własnego czujnika temperatury zasilania lub powrotu. Zbiornik pełni funkcję magazynu dla energii cieplnej nieodebranej przez instalację centralnego ogrzewania, a także magazynu ciepła np. na czas odmrażania parownika. Elementem koniecznym jest jednak zawór typu bypass zamontowany w pobliżu pompy ciepła i ustawiony tak, aby zapewnić minimalny przepływ wody grzewczej.

Gdy na powrocie z instalacji zastosuje się zbiornik buforowy o małej pojemności wodnej, instalacja grzewcza może mieć pełną regulację przepływu, a przy tym niekoniecznie dużą pojemność wodną. Takie rozwiązanie można zatem stosować zarówno w instalacjach z ogrzewaniem płaszczyznowym, jak i grzejnikowym.

Pompa ciepła w funkcji chłodzenia

Argumentem dodatkowym przemawiającym za stosowaniem pomp ciepła zamiast tradycyjnego kotła grzewczego jest możliwość realizacji przez nie funkcji chłodzenia. Modele typu solanka-woda przy niewielkich nakładach finansowych można wykorzystać do chłodzenia naturalnego (pasywnego), natomiast modele typu powietrze-woda – do aktywnego chłodzenia.

 rys.3 gorne zrodla ciepla
3. Układ ze zbiornikiem buforowym o małej pojemności wodnej na powrocie z instalacji, który może być stosowany zarówno przy ogrzewaniu płaszczyznowym, jak i grzejnikowym


Chłodzenie naturalne czy aktywne?

Naturalne chłodzenie polega na wykorzystaniu różnicy temperatury między wodą w instalacji grzewczej a medium w dolnym źródle ciepła. Wymiana ciepła na dodatkowym wymienniku płytowym powoduje obniżenie temperatury wody grzewczej oraz podniesienie temperatury czynnika niezamarzającego wypełniającego dolne źródło ciepła. Efektywność pracy takiego układu jest wysoka i wynosi nawet 20:1 (uzyskana energia/nakłady energii), jednak moc chłodzenia zależy od różnicy temperatury na wymienniku oraz rodzaju dolnego źródła ciepła. W tym przypadku znacznie lepiej sprawdza się dolne źródło w postaci sond pionowych, a to z uwagi na relatywnie niską temperaturę gruntu w okresie letnim.
Chłodzenie aktywne wymaga natomiast pracy sprężarki, ale w odróżnieniu od chłodzenia naturalnego zapewnia stałą moc chłodniczą. Jest więc polecane do układów, w których chłodzenie jest podstawą komfortu.

Chłodzenie a temperatura zasilania
Do chłodzenia pomieszczeń najbardziej odpowiednie są systemy płaszczyznowe, np. ogrzewanie podłogowe lub ścienne, wspomagane przez wymuszony ruch powierza, np. wentylację mechaniczną nawiewno-wywiewną. Planując taką funkcję układu z pompą ciepła, należy jednak pamiętać, że obniżenie temperatury powietrza może prowadzić do wykraplania się pary wodnej na ściankach rur i w efekcie spowodować uszkodzenia budynku. Aby temu zapobiec, można ograniczyć minimalną temperaturę zasilania obiegów chłodzonych, np. chłodzenie przez system ogrzewania podłogowego nie powinien być zasilany niższą temperaturą niż +18°C. Dodatkowo należy wyposażyć instalację w czujnik punktu rosy blokujący funkcję chłodzenia w momencie wykrycia zbyt dużej wilgotności powietrza.

Autor: Dawid Pantera


W kolejnym artykule z cyklu o układach z pompą ciepła typu solanka-woda – dobór instalacji, analiza zapotrzebowania i kosztów pracy.

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.


 

pi