Występują tu istotne różnice w porównaniu do innych systemów zasilania. W standardowych budynkach mieszkalnych potrzeby te najczęściej ograniczają się do ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej.
Cel i zasady doboru c.o.
Na odczucie komfortu cieplnego w pomieszczeniu mają wpływ następujące czynniki:
* Temperatura powietrza w pomieszczeniu Wg Polskiej Normy PN-82-B-02402 wynosi ona dla pomieszczeń mieszkalnych +20ºC. Praktyka wykazała jednak, że temperatura ta jest odczuwana, szczególnie dla osób starszych i dzieci, jako za niska. Poczucie komfortu cieplnego jest sprawą indywidualną użytkownika. Jako ogólnie przyjętą temperaturę dobrego samopoczucia przyjmuje się więc obecnie 22oC. Pokrycie zapotrzebowania ciepła pomieszczeń do tej temperatury w stosunku do zakładanej w PN rośnie więc o ok. 8,6%. Każdy wzrost temperatury o 1ºC powoduje podwyższenie kosztów ogrzewania pompą ciepła o ok. 5% (niższe COP ze względu na konieczność wyższej temperatury zasilania).
* Ruch powietrza w pomieszczeniu Prędkość powietrza powyżej 0,3 m/s jest odczuwalna jako przeciąg.
* Wilgotność powietrza Wilgotność powyżej 70% jest odczuwalna jako czynnik chłodzący. Za zapewnienie tego komfortu cieplnego odpowiedzialne są następujące elementy instalacji grzewczej:
* Dobór odpowiedniej powierzchni ogrzewalnej grzejników, pokrywającej straty ciepła przez przegrody budowlane i ogrzanie powietrza wentylacyjnego przy wentylacji grawitacyjnej dla obliczeniowej strefy klimatycznej, przyjętej temperatury wewnętrznej pomieszczenia i założonej krotności wymian świeżego powietrza.
* Usytuowanie grzejników z uwzględnieniem temperatury zasilania, spadku temperatury na grzejniku, wymaganej temperatury zewnętrznej oraz udziału przekazywania ciepła do pomieszczenia przez konwekcję i promieniowanie. Usytuowanie grzejników ma istotne znaczenie na ruch i wilgotność powietrza oraz rozkład temperatur w pomieszczeniu ze względu na różny udział w pokryciu zapotrzebowania ciepła przez konwekcję i promieniowanie.
* Usytuowanie otworów nawiewnych i wywiewnych powietrza wentylacyjnego. Bardzo częstym nieporozumieniem pomiędzy inwestorem i instalatorem systemu grzewczego z pompą ciepła jest komfort ogrzewania budynku w pierwszych latach jego użytkowania. Źródłem tych nieporozumień jest proces wysuszania budynku. Do odparowania wilgoci zawartej w konstrukcji budynku potrzebne jest dostarczenie ciepła o wysokim poziomie temperatury. Mamy więc do czynienia z poborem ciepła o niskim poziomie temperatury z „dolnego” źródła ciepła i poborem ciepła do odparowania wilgoci. Odprowadzenie wilgoci wymaga zwiększonej intensywności wentylacji, a więc dalsze zwiększenie zapotrzebowania ciepła. Proporcje ilości tego ciepła zmieniają się w trakcie zmniejszania się zapotrzebowania ciepła do wysuszania budynku. W tym więc okresie mamy do czynienia ze zmniejszoną „podażą” ciepła przez pompę ciepła na ogrzewanie budynku. W początkowej fazie łączne zapotrzebowanie ciepła na wysuszanie i ogrzewanie budynku może wzrosnąć trzykrotnie w stosunku do zapotrzebowania ciepła wysuszonego budynku. Stosunek ten jest zależny od konstrukcji budynku i rodzaju ogrzewania. Zwiększone zapotrzebowanie ciepła jest odczuwalne szczególnie przy niższych temperaturach zewnętrznych. Przy wyższych temperaturach zewnętrznych moc grzewcza pompy ciepła może być wystarczająca do pokrycia łącznego zapotrzebowania ciepła, lecz mamy do czynienia ze zwiększoną ilości godzin pracy pompy ciepła, a więc z wyższymi kosztami ogrzewania. Najwięcej wilgoci w budynkach o standardowej konstrukcji budowlanej znajduje się w wylewce podłogowej. Dlatego proces wysuszania budynku przebiega wolniej dla pomieszczeń z ogrzewaniem grzejnikowym ze względu na mały udział oddawania ciepła do podłogi. Dla budynków ogrzewanych w systemie z pompą ciepła ma to istotne znaczenie, gdyż pompy ciepła dobierane są do zapotrzebowania ciepła wysuszonego budynku. Stwarzanie rezerwy mocy grzewczej poprzez przewymiarowanie systemu odbija się niekorzystnie na kosztach ogrzewania po wysuszeniu, a szczególnie na kosztach inwestycyjnych. Ogrzewanie innym systemem grzewczym z reguły odbija się jedynie na kosztach ogrzewania, gdyż np. kotły gazowe lub olejowe są z reguły przewymiarowane. Proces wysuszania budynku wymaga zwiększonego zapotrzebowania mocy grzewczej i energii cieplnej. W systemach grzewczych z pompą ciepła potrzebuje zwiększonego udziału pracy dodatkowego źródła ciepła, np. grzałki elektrycznej lub dodatkowego ogrzewania innym rodzajem ogrzewania, np. grzejnikami elektrycznymi lub nagrzewnicami elektrycznymi na powietrze obiegowe.
System z pionowym wymiennikiem gruntowym
System pompy ciepła z pionowym wymiennikiem gruntowym ciepła jest najczęściej stosowanym obecnie dla nowo budowanych budynków. Podstawowym źródłem ciepła dla centrali grzewczej jest pionowy wymiennik gruntowy złożony najczęściej z sond ziemnych wykonanych z rur PE i wypełniony mieszaniną wody z glikolem etylenowym o minimalnym stężeniu 25%. Z rozdzielacza wymiennika czynnik grzewczy (zwany solanką), o temperaturze ok. +1ºC, pompowany jest do parownika pompy ciepła, skąd po schłodzeniu (odbiorze ciepła) do temperatury ok. -2ºC podgrzewany jest w obiegu zamkniętym w wymienniku gruntowym (sondy ziemne) ponownie do temperatury ok. +1oC. Ciepło uzyskane w parowniku, na zasadzie przemian termodynamicznych, odbierane jest przy temperaturze np. 55ºC w skraplaczu pompy ciepła, skąd za pomocą pompy obiegowej przepompowywane jest do instalacji grzewczej. Ogólnie przyjmowany współczynnik, dla standardowych rozwiązań z sondami ziemnymi o głębokości 50 m i minimalnej wzajemnej odległości 5,0, wynosi 50 W/m. Przy doborze wymiennika należy kierować się nie mocą grzewczą pompy ciepła, lecz zapotrzebowaniem ciepła budynku, zakładając całoroczną maksymalną ilość godzin pracy sprężarki 2000 godzin. Niedowymiarowana pompa ciepła, w stosunku do zapotrzebowania mocy grzewczej budynku ze wspomaganiem grzałką elektryczną, przekracza tę ilość godzin i zachodzi konieczność zmniejszenia jednostkowego współczynnika wydajności sondy, a więc zwiększenia łącznej głębokości sond ziemnych. Istotnym czynnikiem dla doboru sond ziemnych jest też zużycie ciepłej wody użytkowej. Przy jej dużym zużyciu zachodzi konieczność zmniejszenia współczynnika jednostkowego wydajności sondy. Przy obliczeniu sond należy również uwzględnić średnioroczny współczynnik efektywności COP dla c.o. i c.w.u. Niższy współczynnik COP powoduje zwiększony pobór energii elektrycznej, a więc zmniejszony pobór energii cieplnej z gruntu. Dla temperatury wody grzewczej 55ºC wynosi on ok. 3,7. Dobór wymiennika jest doborem czysto teoretycznym dokonanym na podstawie doświadczeń z dotychczas wykonanych inwestycji. Faktyczna wydajność i możliwości regeneracji gruntu mogą być jednak inne od założonych. Zależy to od szeregu czynników, jak wilgotność gruntu, jego porowatość, zawartość kryształów i minerałów. Dlatego należy obserwować w początkowym okresie, szczególnie w okresie zwiększonego zapotrzebowania ciepła na wysuszanie budynku, temperaturę wlotu solanki do pompy ciepła. W przypadku obniżania się temperatury na wejściu do pompy -3ºC należy przeanalizować tego powody, biorąc pod uwagę obciążenie cieplne w zależności od odchyłek temperatur sezonu grzewczego od danych statystycznych. W przypadku negatywnej analizy należy powiększyć wymiennik gruntowy. Powiększenie wymiennika można dokonać w postaci dodatkowej sondy obliczonej na podstawie tej analizy. Decyzję taką zaleca się podjąć po okresie pracy pompy ciepła min. 3 lata ze względu na zwiększone obciążenie wymiennika w okresie wysuszania budynku. W pierwszym i drugim sezonie grzewczym należ spodziewać się spadku temperatury z dolnego źródła ze względu na zwiększony pobór energii do wysuszania budynku. Nie może ona jednak spaść poniżej -8°C na wyjściu z pompy ciepła przy pracy ciągłej. Wyższy spadek należy uznać jako powód do powiększenia wymiennika gruntowego.
Dobór pompy ciepła
Zalecanym doborem pompy ciepła z systemem gruntowym jest dobór na całkowite zapotrzebowanie ciepła budynków. W polskich warunkach jest to trudne do realizacji ze względu na konkurencję firm oferujących systemy, które opierają się na nierzetelnych danych technicznych i nieprawdziwych obliczeniach kosztów ogrzewania prowadzących do zaniżonych kosztów inwestycyjnych. Dlatego solidne firmy, idąc na kompromisy, oferują nieco niedowymiarowane systemy, pokrywające jednak oczekiwania inwestorów pod względem kosztów inwestycyjnych i kosztów ogrzewania. Przy takim kompromisie, przy nieznacznym wzroście kosztów ogrzewania, osiąga się istotną obniżkę kosztów inwestycyjnych.
Dobór systemu grzewczego
Ogrzewanie podłogowe i ścienne, w połączeniu z systemem grzewczym z pompą ciepła, jest obecnie systemem najbardziej korzystnym pod względem kosztów ogrzewania. Należy jednak zwrócić uwagę na problem ogrzewania łazienek, gdyż temperatura powrotu, szczególnie przy wyższych temperaturach zewnętrznych, jest niższa niż 25ºC i nie jest w stanie ogrzać łazienki do wymaganej temperatury 25ºC. Podwyższenie temperatury zasilania nie ma uzasadnienia ekonomicznego, gdyż przy systemie z pompą ciepła wpływa na zwiększenie kosztów ogrzewania całego budynku. Wyjściem z sytuacji jest zamontowanie grzejników łazienkowych z grzałką elektryczną, z programatorem czasowym włączającym grzałkę w zależności od czasu efektywnego użytkowania łazienki do celów kąpielowych lub zastosowanie elektrycznej maty grzejnej. Częstym mankamentem jest podejmowanie decyzji o zainstalowaniu ogrzewania podłogowego w budynkach wielokondygnacyjnych w trakcie wykonawstwa, w których przewidziane było ogrzewanie grzejnikowe. Typowa izolacja stropów wewnętrznych nie przewiduje izolacji cieplnej, a stosowana powszechnie akustyczna izolacja styropianowa 2 cm jest za mała jako izolacja cieplna. Powoduje to większy przepływ ciepła do sufitu niższej kondygnacji, co przy promieniowym charakterze ogrzewania podłogowego nie jest korzystne pod względem kosztów i komfortu cieplnego (ciepła głowa).
Grzejniki kanałowe
Częstym ogrzewaniem pomieszczeń o większej powierzchni jest ogrzewanie grzejnikowe za pomocą grzejników kanałowych usytuowanych w podłodze. Ogrzewanie to stwarza możliwość montowania ich przy oknach balkonowych i stosowane jest dla pomieszczeń o ograniczonej powierzchni ścian do montażu grzejników ściennych. Zalecane jest jednak dla pomieszczeń o dużych powierzchniach okien balkonowych jako wspomaganie ogrzewania podłogowego lub grzejnikowego. Przy ogrzewaniu samodzielnym wymaga bezwzględnie odprowadzenia ciepła z kanału, wentylatorem powietrza obiegowego zamontowanym w kanale, ze względu na małą powierzchnię konwekcji ciepła do ogrzewanego pomieszczenia. Zwiększenie oddawania ciepła poprzez zwiększenie ich powierzchni ogrzewalnej jest mało skuteczne, szczególnie przy niskoparametrowym ogrzewaniu pompą ciepła.
Grzejniki płytowe
Ogrzewanie to nie jest szczególnie zalecane dla zasilania z pompy ciepła, ze względu na konieczność zasilania wysokimi parametrami grzewczymi. Również w połączeniu z ogrzewaniem podłogowym stwarza konieczność utrzymywania wysokich parametrów pracy pompy ciepła dla wszystkich grup grzewczych, obniżając tym samym całkowity współczynnik efektywności COP, co przekłada się na wzrost kosztów ogrzewania całego budynku. Nie ma jednak technicznych przeciwwskazań, pod warunkiem zaakceptowania tych aspektów przez użytkownika i dobór grzejników, armatury i instalacji rurowej dostosowanych do parametrów osiągalnych przez pompę ciepła. Oszczędności w kosztach ogrzewania, w porównaniu do innych systemów zasilania, są i tak bardzo wyraźne. Te trzy systemy grzewcze charakteryzują się zdecydowanie różnymi warunkami hydraulicznymi, wymaganą temperaturą zasilania oraz przekazywaniem energii cieplnej do pomieszczenia. Dlatego przy instalowaniu tych trzech rodzajów ogrzewania i rozwiązaniu z jedną pompą obiegową, nie jest możliwa prawidłowa regulacja hydrauliczna polegająca na dławieniu przepływu zaworami termostatycznymi, równoważącymi czy kryzowaniu. Rozwiązanie wymaga oddzielnych obiegów grzewczych dla każdego rodzaju ogrzewania z pompą obiegową i zaworem mieszającym. W systemach z pompą ciepła i kilkoma różnymi grupami grzewczymi zalecany jest zbiornik buforowy, który spełnia rolę wyrównawczą temperatury wody powrotnej z poszczególnych grup, rolę sprzęgła hydraulicznego ograniczającego wzajemny wpływ na pracę poszczególnych pomp obiegowych oraz rolę magazynu wody grzewczej ograniczającego wahania temperatury w instalacji. Ogranicza też cykl włączania i wyłączania się sprężarki, przedłużając jej żywotność i zmniejszając zużycie energii elektrycznej na rozruch pompy ciepła.
Mirosław Kozłow
Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf pdf

 

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij