Dobór pompy ciepła (2) Powietrze w roli głównej

zobacz artykuł w formie pdf  zobacz pdfa zobacz pdfa  

Jedną z niezaprzeczalnych zalet powietrznych pomp ciepła w porównaniu z instalacjami gruntowymi czy wodnymi jest brak instalacji dolnego źródła. W pompach powietrznych wszystkie elementy dolnego źródła są już zainstalowane w urządzeniu przez producenta. Nie trzeba wykonywać kosztownych odwiertów, studni czy kolektora płaskiego. Nie ma również konieczności posiadania dużej działki w obiektach, gdzie teren jest już zagospodarowany drzewami, ogrodem itp. Wszystko, co należy wykonać w urządzeniach powietrznych, to montaż jednostki zewnętrznej i hydrauliczne podłączenia w kotłowni. W związku z tym realny koszt montażu jest znacząco niższy i przeważa na plus pomp powietrznych. Rys. 1. Minimalne temperatury roczne dla Szczecina, Krakowa i Warszawy w na przełomie 2011 i 2012. Źródło: www.weatheronline.pl.

Zadanie
Pompa ciepła, jak każde inne urządzenie grzewcze, ma za zadanie pokryć zapotrzebowanie na ciepło w budynku i zapewnić wymagany komfort użytkowania. W przypadku powietrznych pomp ciepła dobór urządzeń różni się od urządzeń wodnych czy gruntowych. Wynika to z faktu, iż moc grzewcza, a także sprawność powietrznych pomp ciepła są silnie uzależnione od temperatury dolnego źródła, czyli powietrza zewnętrznego, która w ciągu roku zmienia się, jak wiemy, w naszych warunkach klimatycznych w granicach około +35°C latem do -25°C zimą. Widzimy więc, iż różnica temperatur dolnego źródła wynosi w tym przypadku nawet 60°C! Dla porównania w instalacjach gruntowych (odwierty) temperatura solanki waha się w granicach od 0 do + 15°C.

Czy ma to sens?
Pojawia się więc pytanie, czy zastosowanie powietrznych pomp ciepła w naszych warunkach klimatycznych ma ekonomiczny sens? Odpowiedź brzmi TAK. Pomimo tak szerokiej rozpiętości temperatur zewnętrznych powietrzne pompy ciepła bardzo dobrze radzą sobie w naszym klimacie. Większość urządzeń aktualnie dostępnych na polskim rynku pracuje w zakresie temperatur od  +35°C do aż -25°C, co powoduje iż praca pomp ciepła odbywa się w sposób ciągły nawet w skrajnych temperaturach zimowych. Dla potwierdzenia tej tezy możemy zaobserwować na poniższych wykresach trendy najniższej temperatury w latach 2011-2012 dla trzech przykładowych miast w Polsce. Widzimy z nich, iż skrajnie niskie temperatury występowały stosunkowo rzadko, a graniczna temperatura pracy pomp ciepła -25°C nie wystąpiła w ogóle.  

Rozwiązania
Aby instalacja pracowała poprawnie, a nakłady inwestycyjne były możliwie niskie, powietrzne pompy ciepła nie dobieramy na 100% zapotrzebowania, czyli obliczonego maksymalnego zapotrzebowania na moc grzewczą przy normatywnej temperaturze obliczeniowej konkretnej strefy wraz z przygotowaniem ciepłej wody użytkowej. Powietrzne pompy ciepła w instalacjach całorocznych powinny być dobierane zawsze z drugim źródłem ciepła. Wyróżnia się dwa  główne rozwiązania:

* Instalacje monoenergetyczne – pompa ciepła współpracuje z grzałką elektryczną wspomagającą pracę pompy ciepła. Takie instalacje są najczęściej stosowane w nowym budownictwie.
* Instalacje biwalentne – pompa ciepła współpracuje z kotłem grzewczym, może to być np. kocioł gazowy, olejowy lub na paliwo stałe. Układy takie możemy zazwyczaj spotkać przy wykonywaniu termomodernizacji, gdzie dotychczasowe źródło ciepła zostaje zachowane jako źródło szczytowe, a podstawowym i wiodącym źródłem ciepła staje się nowo zainstalowana pompa ciepła.

Rys. 2. Przykładowa charakterystyka doboru pompy ciepła powietrze-woda dla domu jednorodzinnego o zapotrzebowaniu na c.o. 10 kW i zapotrzebowaniu na c.w.u. 1 kW (na 1 osobę przyjmujemy 200 W) w III strefie obliczeniowej (-20°C).

Minimalizacja kosztów
W celu minimalizacji kosztów eksploatacji należy każdorazowo zadbać, aby temperatura zasilania instalacji grzewczej była możliwie jak najniższa. Nie jest to problem w przypadku nowego budownictwa, gdzie już na etapie projektu można zaplanować niskotemperaturowe ogrzewanie podłogowe lub klimakonwektory wentylatorowe z maksymalną temperaturą zasilania np. 35°C. W przypadku termomodernizacji zazwyczaj przy pomocy samego zrównoważenia hydraulicznego układu można obniżyć wymaganą temperaturę zasilania o około 5-10°C.

Rys. 3. Schemat monoenergetycznej instalacji pompy ciepła powietrze-woda w domu jednorodzinnym do ogrzewania oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej.

Kolejnym krokiem może być wymiana odbiorników ciepła na urządzenia o większej wydajności, czyli zainstalowanie większych grzejników w pomieszczeniach, które potrzebują największej mocy grzewczej. Jeżeli w dalszym ciągu wymagana temperatura systemu jest zbyt wysoka dla niskotemperaturowej pompy ciepła, to możemy zastosować pompę wysokotemperaturową, która umożliwia uzyskiwanie temperatur zasilania na poziomie 70°C. W przypadku kiedy wyższe temperatury zasilania są wymagane tylko w skrajnych przypadkach niskich temperatur zewnętrznych możemy zastosować układ biwalentny alternatywny lub równoległo-alternatywny. Algorytm współpracy pompy ciepła z kotłem może w takim przypadku wyglądać następująco:

* dla temperatur zewnętrznych powyżej T > -5°C pracuje tylko pompa ciepła,
* w zakresie  temperatur zewnętrznych -15°C < T < -5°C pracuje pompa ciepła wraz z kotłem,
* poniżej T < - 15°C pompa ciepła zostaje wyłączona ze względu na zbyt wysoką temperaturę zasilania i całość ogrzewania przejmuje kocioł grzewczy.

Jeżeli dobierzemy powietrzną pompę ciepła, tak aby w 100% zaspokoiła zapotrzebowanie na c.o. oraz c.w.u. w zakresie temperatur pomiędzy -7 a -10°C, to w równoległym układzie pracy pokrycie zapotrzebowania przez pompę ciepła wyniesie około 95%! To znaczy że np. grzałka elektryczna przez cały sezon grzewczy włączy się jedynie na 5%. Przekładając to na godziny, w sezonie grzewczym, w standardowej instalacji urządzenie grzewcze może pracować około 2000 h, z czego 5% to jedynie 100 h. Jeżeli grzałka miała by np. 6 kW, to przy aktualnych cenach energii elektrycznej jej koszt eksploatacji wyniósłby około 300 zł. Widzimy więc, iż koszt eksploatacji grzałki elektrycznej jest niewielki, oczywiście przy założeniu, że system został dobrany i wykonany w sposób optymalny i zgodny z wytycznymi producenta.
Przemysław Radzikiewicz

Rys. 1. Minimalne temperatury roczne dla Szczecina, Krakowa i Warszawy w na przełomie 2011 i 2012. Źródło: www.weatheronline.pl.
Rys. 2. Przykładowa charakterystyka doboru pompy ciepła powietrze-woda dla domu jednorodzinnego o zapotrzebowaniu na c.o. 10 kW i zapotrzebowaniu na c.w.u. 1 kW (na 1 osobę przyjmujemy 200 W) w III strefie obliczeniowej (-20°C).
Rys. 3. Schemat monoenergetycznej instalacji pompy ciepła powietrze-woda w domu jednorodzinnym do ogrzewania oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej.

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