Pompy ciepła w trzech odsłonach. Grzanie tanie (i komfortowe)

Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf pdf


Reklama
Grundfos dla instalatorow

Najważniejsze hasło dla pomp ciepła powinno brzmieć: „Temperatury, (głupcze)!” Jakie to mają być temperatury? Przecież jak dawniej kocioł „dał” 70-90oC, to grzało i dobrze było. Później, co prawda, wymyślili kotły kondensacyjne i usiłowali wmówić ludziom, że lepiej jak dają temperaturę niższą, ok. 50oC (cwaniaki chciały większe kaloryfery sprzedawać, bo faktyczny zysk z tego postępu niewielki wyszedł). Ten przypadek jakoś z trudem został zaakceptowany i obecnie pewna część instalatorów już wie, że faktycznie taki kocioł zużywa kilkanaście procent mniej gazu ziemnego lub kilka procent mniej propanu albo naparstek mniej oleju opałowego, ale jak się zasmoli, to koszty czyszczenia podważają sens takich oszczędności. No dobrze, ale po co zajmować się temperaturami z pompy ciepła?

Przykład Najlepiej pokazać to na przykładzie. Mamy dom o pow. 250 m2, a w nim pompę ciepła o mocy nominalnej 12 kW i pewnym COP (COP to taki współczynnik mówiący, ile razy więcej ciepła odda PCi niż pobierze energii z sieci elektrycznej). Dolne źródło ma temperaturę 0oC. COP i koszt 1 kWh ciepła pokazano w tabeli.

Czego nie mamy w nadmiarze? Oczywiście temperatury!
To może zrobić podmieszanie? Nie!
A sprzęgło? Też nie!
No to jak regulować?
Najlepiej wcale!
Jak to wcale? Tak naprawdę to regulować, ale wykorzystując cechy stosowanych rozwiązań: pompy ciepła pracującej z dobrym przybliżeniem ze stałą mocą, ogrzewania podłogowego o stosunkowo dużej stałej czasowej (dużej pojemności cieplnej), zbiornika „z mamką” o wysokiej zdolności odbierania ciepła. Jak jeszcze obniżyć temperaturę odbioru? Powiększyć przepływ tak, żeby spadek temperatury nie był 10 K, a maksymalnie 6 K, co pozwoli obniżyć temperaturę skraplania (koszt ciepła!) o ok. 2 K. Taka regulacja ma podstawy teoretyczne i nazywana jest dwuustawną. Typowo stosuje się ją właśnie do układów z dużymi stałymi czasowymi.

A co ze świętym prawem do obniżeń temperatury c.o. oraz c.w.u.?
Gdy 1 kWh kosztuje 0,1 PLN, to 10% oszczędności z tego tytułu w ciągu roku stanowi naprawdę niewiele. Zauważmy, że 1 kWh dla c.w.u. kosztuje 0,16 PLN. Owszem, ale zapotrzebowanie na c.w.u. to znów 10% całości ciepła w ciągu roku (w domu świetnie ocieplonym niech będzie 20%). To może nie obniżać dla samego obniżania i groszowego zysku, a obniżać tak, żeby zachować komfort i preferować użycie taniej taryfy elektrycznej?

Trzy schematy Od prawie 10 lat wykonuję, a także instaluję, pompy ciepła. Przez ten czas, twórczo wykorzystując przestoje w robocie, wymyślałem sobie różne schematy pracy pompy ciepła (część już była publikowana na łamach „Magazynu Instalatora”). Chętnie zaprezentuję trzy schematy – sprawdzone i zgodne z uwagami przedstawionymi powyżej:

  • Schemat pierwszy (rys. 1) sprawdzony został w dziesiątkach realizacji. Czasem jest rozszerzany o mały grzejnik w garażu czy magazynku. Działa w domach o powierzchniach od 120 do 295 m2, zamieszkanych przez 2-5 osób. Jest często uzupełniany o grzałkę elektryczną w zbiorniku c.w.u., służącą do okresowego przegrzewania lub w przypadku przewidywanego chwilowego wzrostu zapotrzebowania c.w.u. Pompy obiegowe optymalnie jest dobrać dla większego przepływu, tak by różnica temperatur była ok. 4-6 K.
  • Schemat drugi (rys. 2) przeznaczony jest dla domu, w którym inwestor żąda zastosowania klimakonwektorów. Działa znakomicie, jeżeli klimakonwektory ogrzewają nie więcej niż 30-40% powierzchni. Stosuję go tam, gdzie wykonuję także chłodzenie bierne, a gdzie nie zainstalowano wentylacji centralnej – klimakonwektory dostarczają także „chłód” z dolnego źródła za pomocą dodatkowego wymiennika. Układ najlepiej sprawuje się w sytuacji, gdzie klimakonwektory są zainstalowane w pomieszczeniach łącznie z podłogówką celem uzyskania maksymalnego komfortu grzania i chłodzenia, ale klimakonwektory mogą też istnieć jako jedyne źródło ciepła w pomieszczeniu, należy jednak odpowiednio powiększyć bufor.
  • Trzeci przykład to bardziej skomplikowany układ (rys. 3). Stosowany jest, jeżeli klimakonwektory ogrzewają samodzielnie pomieszczenia priorytetowe. Mimo iż układ pracuje z priorytetem c.w.u., to faktycznie priorytetem jest ogrzewanie klimakonwektorowe zasilane zarówno przy pracy PCi na c.w.u., jak i na c.o. Dodatkowo układ taki pozwala zmniejszyć przepływ czynnika grzewczego, tak by spadek temperatury na PCi wynosił 6-10 K. Należy jeszcze wyjaśnić rolę i sens użycia kulowych odciążonych zaworów zwrotnych. Taki układ sprawdziłem. Działa pewnie dlatego, że zawór kulowy, szczególnie nadwymiarowy, ma znikomy opór w porównaniu z zaworem grzybkowym o solidnej sprężynie, a woda wybiera mniejszy opór. Oczywiście nie zmieni się działanie tego układu, jeżeli zamiast kulowych z.z. użyjemy zaworów trójdrogowych w miejscach oznaczonych W1 i W2. Jednak, jako elektryk, preferuję rozwiązania bez prądu. W tym układzie pojemność bufora zasilającego klimakonwektory jest krytyczna – za mała spowoduje wadliwe działanie układu. Typowym zastosowaniem takiego układu jest dom z dużym oszklonym ogrodem zimowym, gdzie z oczywistych względów nie poleca się podłogówki (podobnie jak w garażu), albo kościół z zabytkową („nie do ruszenia”) posadzką i zimną, bo od północy, zakrystią oraz z wymogiem c.w.u.

Współpraca Obmyślając przedstawione schematy, kierowałem się jedną zasadą: „Temperatury, (głupcze)!” Działające na ich podstawie instalacje mają jedną kapitalną zaletę: grzeją komfortowo i najtaniej jak można. Wszelkie bowiem podmieszania, równoległe bufory itp. tracą bezpowrotnie to, co dla układu z pompą ciepła najdroższe – „temperatury, (głupcze)!”

Zaprezentowane schematy wyczerpują 99% spotykanych zastosowań pompy ciepła, ale już słyszę wesołe odgłosy polemiki: a współpraca z kolektorami słonecznymi, a współpraca z kominkiem z płaszczem wodnym, a ogrzewanie basenu?

Współpraca z kolektorami słonecznymi – to bardzo proste: wystarczy w zbiorniku z mamką zamontować jeszcze jedną wężownicę i tam podłączyć kolektory słoneczne. Układ prosty, tylko raczej mocno nieopłacalny, jeżeli ciepło mamy za 0,16 PLN/kWh.

Współpraca z kominkiem z płaszczem albo z kotłem – to skomplikowane układy i żadnych korzyści, a koszt duży. Gdy nie będzie zasilania elektrycznego (zima, wichura), to i tak nic nie działa (kominek tak, ale z grawitacyjnym rozprowadzeniem ciepła). Dodatkowy kocioł pozostawię bez komentarza, ale przypomina mi się dowcip Szwejka o pewnej wiekowej prażance, co posiadała aż 3 nocniki, a i tak w chwili krytycznej pobrudziła bieliznę.

Współpraca PCi z basenem – jeśli mały, to wystarczy podłączenie przez wymiennik z modyfikacją układu pokazanego na schemacie 3. Gdy duży, to lepiej zastosować osobną chloroodporną PCi bezpośrednio grzejącą wodę basenową.

Dla uproszczenia ewentualnej polemiki: sądzę, że zaprezentowane schematy spotkają się ze zdecydowanym odporem wykształconych instalatorów. I słusznie! Nie są to układy hydrauliczne. Zaczynając moją przygodę z pompami ciepła, nie miałem o hydraulice najmniejszego pojęcia (tak po prawdzie to potrafiłem rurę nagwintować), ale musiałem sobie jakoś radzić, a że jako wykształcony elektryk miałem pojęcie o elektrociepłowniach, znakomite pojecie o obwodach elektrycznych i pewne pojęcie o termodynamice, to schematy wymyśliłem i policzyłem tak, jak to się robi dla prądu elektrycznego, posiłkując się pamięcią o laboratorium automatyki wyposażonym w radziecką maszynę analogową (z członami nielinowymi) świetnie modelującą, za pomocą prądu, takie i nie tylko takie problemy.

Bogdan Chmielecki

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