Projekty systemów z pompami ciepła. Pewne dolne źródło

Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf

Ze względu na ograniczoną liczbę projektantów zajmujących się tą techniką grzewczą, wykonania projektów podejmują się czasami ci niezbyt zaznajomieni z tą problematyką. Duże znaczenie w wyborze takich projektantów mają niewłaściwie interpretowane przez wielu urzędników przepisy dotyczące przetargów publicznych odnośnie kryteriów wyboru oferty. W większości przypadków przepis ten jest interpretowany w ten sposób, że jedynym kryterium do wyboru oferenta jest cena. Natomiast zgodnie z „Kryterium wyboru oferty najkorzystniejszej ekonomicznie – rekomendacje dla beneficjentów realizujących projekty indywidualne” opublikowanym przez Ministerstwo Rozwoju Regionalnego” z dnia 20 lipca 2010 r. istnieje wyraźne zalecenie oceny oferty. Zgodnie z ogólnymi przepisami oferta o najniższej cenie otrzymuje 5 punktów, a ta o najwyższej 1. Pozostałe kryteria to: cena 50%, jakość 30% i wartość techniczna 20%. Projektanci niezbyt zaznajomieni z problematyką pomp ciepła nie zdają sobie sprawy ze złożoności i pracochłonności takiego projektu. Podają więc niską cenę zbliżoną do ceny projektu kotłowni, co w większości przypadków traktowane jest niezgodnie z ogólnymi przepisami jako 100% kryterium. W efekcie prowadzi to do tego, że projekt nie spełnia warunków otrzymania dofinansowania lub, jeśli zdaniem urzędu podejmującego decyzję spełnia, zasadnicze problemy zaczynają się dopiero w fazie przetargu na wykonawstwo oraz samego wykonawstwa. Tani projekt prowadzi często do błędnych i drogich rozwiązań, co w efekcie prowadzi do konieczności drogich i pracochłonnych przeróbek projektowych i wykonawczych, wykonywanych najczęściej na koszt inwestora.

Poniżej spróbuję przedstawić podstawowe błędy i zalecenia projektowe dotyczące systemów z pompami ciepła. Zaczniemy od dolnego źródła ciepła.

Najbardziej popularnymi systemami są obecnie systemy gruntowe z wymiennikiem gruntowym pionowym (sondy ziemne) i systemy z pompą ciepła powietrze-woda.

Systemy gruntowe z wymiennikiem pionowym Według ogólnego przekonania projektantów niedoświadczonych w zakresie projektowania systemów grzewczych z pompami ciepła, najważniejszym elementem systemu jest pompa ciepła i na niej koncentruje się projekt. W praktyce okazuje się, że najistotniejszym elementem centrali, mającym podstawowe znaczenie dla jej prawidłowego działania, jest wymiennik gruntowy, czyli tzw. dolne źródło ciepła. Łączna głębokość wymiennika – sond ziemnych jest często dobierana niewłaściwie bez uwzględnienia warunków, w jakich ma pracować pompa ciepła. Warunki te są różne dla instalacji c.o. podłogowej, grzejnikowej, zapotrzebowania ciepłej wody i trybu pracy pompy ciepła dla wytwarzania wody lodowej. Istotnym elementem przy określaniu jednostkowego współczynnika wydajności sondy jest projekt geologiczny, wykonywany często przez geologów niemających dużego doświadczenia w problematyce geotermalnej, oraz roczna ilość godzin pracy pompy ciepła. Biorąc pod uwagę te dwa czynniki, trudno, bez odpowiedniego praktycznego doświadczenia, określić jednostkową wydajność sondy. Bardziej odpowiedzialni projektanci przewymiarowują wielkość wymiennika, czego wynikiem jest nieuzasadniony wzrost kosztów inwestycyjnych, mniej odpowiedzialni niedowymiarowują, zmniejszając koszty inwestycyjne i narażając inwestora na skutki wychładzania się gruntu w okolicy sond.

Należy podkreślić, że źródłem ciepła jest grunt, a nie sondy ziemne. Sondy ziemne są jedynie wymiennikiem ciepła. Jeżeli grunt nie będzie w stanie dostarczyć wymaganej ilości ciepła, to łączna głębokość sond niewłaściwie usytuowanych może znacznie przekraczać założoną głębokość, a wydajność cieplna wymiennika będzie niewystarczająca. W przypadku niewystarczającej wydajności gruntu w pierwszym okresie eksploatacji możemy uzyskać zadawalające wyniki. W dalszych okresach, w przypadku niewłaściwego wymiennika gruntowego, grunt w okolicy sond nie zdąży się zregenerować cieplnie i będziemy obserwować sukcesywny spadek temperatury solanki zasilającej parownik pompy ciepła, a po kilkuletnim okresie eksploatacji może doprowadzić do zamrożenia gruntu w otoczeniu sond ziemnych i wyłączenia się pompy ciepła. Środki zaradcze w postaci dowiercenia dodatkowych sond niewiele tu pomogą, gdyż grunt będzie potrzebował dłuższego okresu na jego ocieplenie.

Szczególnie niebezpieczne może być zjawisko oziębiania gruntu w wymienniku zlokalizowanym pod budynkiem, gdzie jedynym wyjściem może być przejście na konwencjonalny system źródła ciepła, a koszty systemu z pompą ciepła i koszty nowej kotłowni należy zapisać na straty.

Niejednoznaczna jest sprawa odległości wzajemnych sond. Powinien ją określić projekt geologiczny wymiennika gruntowego w uzgodnieniu z projektantem systemu grzewczego.

Doświadczenie w wykonywaniu pionowych wymienników gruntowych w Polsce w stosunku do wymagań odnośnie okresu ich pracy jest niewielkie. Wymiennik gruntowy realizowany jest z myślą o jego długoletniej eksploatacji, a wprowadzanie tego systemu w Polsce nie przekracza 20 lat. Jednoznacznego przepisu i norm, których wymagają niektórzy inwestorzy, nie ma. Należy więc oprzeć się o doświadczenia krajów europejskich, w których systemy te montowane były znacznie wcześniej niż w Polsce. Dobrym materiałem jest opublikowana na zamówienie Ministra Środowiska publikacja Jacka Kapuścińskiego z 2010 r. „Geotermia niskotemperaturowa w Polsce i na świecie”, w której zaleca się minimalną wzajemną odległość sond 5 m, a dla sond głębszych niż 50 m odległość 1 m na 10 m sondy.

Przy projektowaniu sond w terenach zadrzewionych należy też uwzględnić odległość sondy od pnia drzewa. Wyziębienie gruntu może wpłynąć negatywnie na wegetację drzewa, a korzenie mogą uszkodzić sondę ziemną. Z doświadczenia przyjmuje się ok. 5 m, co nie jest również przepisem, lecz zaleceniem.

Niezbędnym elementem projektu systemu z pionowym wymiennikiem gruntowym jest projekt geologiczny wymiennika, wymagany przez organa ochrony środowiska i określający przypuszczalną wydajność cieplną gruntu i maksymalną głębokość sond, która nie zagraża warstwom wodonośnym. Często sprawa ta jest pomijana na etapie oferty projektowej i wychodzi dopiero przy uzgodnieniu projektu przez właściwe organy administracyjne.

Najczęściej powodem energochłonnie i zawodnie działających instalacji z pompą ciepła jest wadliwie zaprojektowany i wykonany wymiennik gruntowy.

Systemy powietrze-woda System powietrze-woda jest dla standardowych obiektów systemem o gorszym średniorocznym współczynniku energetycznym COP. Jednak w przypadku obiektów o bardzo dużym (w szczególności letnio-sezonowym zapotrzebowaniu ciepłej wody lub podgrzewania basenu kąpielowego) współczynnik energetyczny COP może być zbliżony do systemu z wymiennikiem gruntowym. W odróżnieniu od systemów gruntowych nie mamy tu problemu z doborem „dolnego źródła”, gdyż podaż ilości powietrza zewnętrznego jest nieograniczona pod warunkiem prawidłowego montażu. Zdarzające się błędy projektowe występują w niewłaściwym usytuowaniu pomp ciepła.

Szczególną uwagę należy zwrócić na usytuowanie wywiewu do wolnej przestrzeni, unikając chodników, murów budynku i miejsc przeznaczonych na rośliny ozdobne czy warzywa. Temperatura wywiewu jest ok. 3 K niższa od temperatury poboru, a więc już przy temperaturach zewnętrznych powyżej 0ºC i dużej wilgotności powietrza może dojść do oblodzenia powierzchni w pobliżu pompy ciepła.

Ciągle niedoceniana jest sprawa głośności pracy pompy ciepła. O ile głośność pracy sprężarki jest do pominięcia, o tyle ruch powietrza wywołany wentylatorem może być uciążliwy, szczególnie w nocy. Należy unikać więc usytuowania pompy ciepła w pobliżu tarasów, okien pomieszczeń wypoczynkowych i sypialni. W budynkach szeregowych może dochodzić do konfliktu z sąsiadami.

Górne źródło ciepła Pod pojęciem „górnego źródła ciepła” przyjęło się określać elementy grzejne instalacji grzewczej. Świadomość projektantów, że grzejniki muszą być dobierane na temperatury osiągalne przez pompę ciepła jest coraz większa. Sprzyjają temu katalogi producentów, gdzie w większości podawany jest już dobór na parametry 55/45ºC. Grzejniki na takie parametry mają jednak zdecydowanie większe gabaryty i bez uzgodnienia z architektem powoduje często niemożliwość ich optymalnego usytuowania.

Gorzej jest z obliczeniami hydraulicznymi, gdzie często wykonywane są na spadek temperatury jak dla kotłów olejowych czy gazowych, a więc najczęściej na 20 K. Jest to niezrozumiałe. W nowoczesnym projektowaniu trudno pominąć komputerowe programy obliczeniowe.  Jednak warunkiem ich wykorzystania do prawidłowych obliczeń jest podanie prawidłowych założeń. Podanie prawidłowych założeń wiąże się z posiadaniem odpowiedniej wiedzy technicznej. Sam program nie wystarczy jeśli nie są znane terminy techniczne w nim używane i ich zrozumienie. Najlepiej dają sobie z tym radę ci, którzy wielokrotnie wykonywali takie obliczenia manualnie. Ale jest ich coraz mniej a jeśli są to rzadko używają programów komputerowych. Dlatego podawane do doboru pomp obiegowych spadki ciśnienia znacznie odbiegają od rzeczywistości a za małe średnice rur stwarzają niebezpieczeństwo słyszalnych szumów w instalacji z powodu dużych prędkości przepływu wody grzewczej w rurach. Aby uniezależnić się od obliczeń hydraulicznych chętnie dobierane są drogie pompy z przemiennikiem częstotliwości (zwane elektroniczne) nie zawsze tam, gdzie mają one uzasadnienie techniczne a nawet tam, gdzie jest to błędem. Przykładem może być pompa ładowania bufora ze skraplacza pompy ciepła, gdzie zbyt małe obroty spowodowane większymi stratami ciśnienia w obiegu mogą spowodować zmniejszenie przepływu przez skraplacz i wejście pompy ciepła w stan awaryjny.

Pompa ciepła jest bardzo wrażliwa na zmiany przepływu w parowniku i skraplaczu i w przypadku niewystarczającego przepływu wchodzi często w zakłócenia za wysokiego lub za niskiego ciśnienia czynnika roboczego (tzw. freonu).

Bardzo dużym problemem koordynacyjnym jest zasilanie pompą ciepła nagrzewnic wentylacyjnych. Często występuje brak wymiany informacji pomiędzy projektantem instalacji grzewczej i projektantem Dobór nagrzewnicy na parametry 55/45ºC wiąże się z o wiele większą powierzchnią wymiany ciepła co powiększa koszt i gabaryty centrali wentylacyjnej. Często zachodzą sytuację, że już w fazie wykonawstwa zamontowane są centrale wentylacyjne z nagrzewnicami na wysokie parametry gdzie decyzja o zainstalowaniu pompy ciepła była podjęta już w bardzo wczesnej fazie projektu.

Jeszcze większe nieporozumienia projektowe występują przy wykorzystaniu pompy ciepła do podgrzewania wody basenowej. Dostawcy technologii basenu oferują standardowe technologie zakładające wysokie parametry grzewcze i często dopiero w fazie wykonawczej dowiadują się, że wymiennik grzewczy wody basenowej będzie zasilany z pompy ciepła o niskich parametrach grzewczych.

Mirosław Kozłow

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