Odnawialne źródła energii – pompy ciepła (1) Alternatywa w ogrzewaniu

zobacz artykuł w formie pdf zobacz pdfa  zobacz pdfa

 Jedną z takich wadliwie wykonanych realizacji poznałem ostatnio na Wybrzeżu. Nie będę przytaczał bliższych danych, gdyż problem warto oceniać ze względu na jego naturę ogólną. Wadliwie działające systemy grzewcze z pompą ciepła zniechęcają inwestorów do podejmowania podobnych zadań, a nawet prowadzą do wycofywania się z już podjętych i zatwierdzonych inwestycji. Szczególnie dotkliwy dla rozwoju rynku pomp ciepła jest właśnie ten drugi aspekt sprawy, gdy negatywne skutki nielicznych, wadliwych realizacji obciążają swoją złą opinią większość innych firm instalacyjnych, wykonujących solidne i poprawnie działające systemy grzewcze.

Inwestorzy zazwyczaj nie posiadają wystarczająco szerokiej wiedzy o systemach grzewczych z pompami ciepła, która mogłaby ich ustrzec przed zastosowaniem niewłaściwych rozwiązań dla ich obiektów. Są zdani na wiedzę (lub niewiedzę) i doświadczenie (lub ich brak) wykonawcy oferującego wykonanie instalacji. Właśnie niewiedza o złożoności działania systemów z pompą ciepła stanowi tutaj sedno problemu.

Błędem jest bezpośrednie przenoszenie znanych z doświadczenia zasad, odnoszących się do klasycznych źródeł ciepła, jak kotłownie olejowe lub gazowe, na bardziej złożone systemy grzewcze z pompami ciepła. Istnieje wiele systemów pracy pomp, a jeszcze więcej kryteriów doboru właściwego systemu ich pracy, zależnych od instalacji grzewczej budynku i od jego otoczenia. Dla przykładu warto zauważyć, że ze względu na niezawodność pracy dolnego źródła ciepła studnie wody gruntowej, jako systemy otwarte, są bardziej zależne od zmienności w czasie lokalnych warunków naturalnych niż systemy zamknięte kolektorów gruntowych czy systemy powietrzne. Dużym problemem jest niezrozumienie różnicy pomiędzy poszczególnymi systemami odzysku ciepła ze środowiska naturalnego.

Dla inwestora, niezagłębiającego się zbyt obszernie w zasady działania systemów grzewczych z pompami ciepła, błędem będzie zbyt powierzchowne i proste pojmowanie idei działania takiego systemu. Dlatego postaram się poniżej o przybliżenie tej problematyki.

Żyjemy w czasach dużej niestabilności kosztów ogrzewania. Stabilny jest tylko wzrost cen paliw. Dotyczy to wszystkich paliw, stałych, płynnych, gazowych, a także energii elektrycznej, która jest w naszym kraju także produktem wytwarzanym w większości w procesie spalania. Niepewność cen paliw pogłębiają także niektóre czynniki polityczne. Świadomość ta dociera w coraz większej skali do inwestorów szukających obniżenia kosztów ogrzewania.

Poważną i coraz powszechniejszą alternatywą w oszczędności kosztów ogrzewania jest zastosowanie pompy ciepła w systemie grzewczym domów jednorodzinnych. Dotyczy to szczególnie domów luksusowych, gdzie możliwości finansowe inwestorów pozwalają na myślenie o oszczędzaniu. Obserwuje się także coraz większe zainteresowanie ogrzewaniem z pompami ciepła większych obiektów, jak bloki mieszkalne, szkoły czy hotele. Próbuje się także zastosować pompy ciepła do ogrzewania istniejących bloków mieszkalnych.

W domach jednorodzinnych szereg pomp ciepła pracuje zgodnie z oczekiwaniami. Istnieją jednak inwestycje, gdzie występują problemy z prawidłowym działaniem systemu grzewczego. Wina tej nieprawidłowości w działaniu leży często po obu stronach – tak wykonawcy, jak i inwestora. Po stronie wykonawcy winą jest najczęściej zbyt pobieżna analiza możliwości zastosowania systemu z pompami ciepła, nieoptymalny dobór dolnego źródła ciepła i niedocenienie znaczenia instalacji grzewczej budynku we współpracy z pompą ciepła.

Pozornie wydawałoby się, że najważniejszym elementem całego systemu jest pompa ciepła. Nic bardziej mylnego. Dlaczego? Końcowym efektem ogrzewania jest wymagana temperatura pomieszczeń.

Na tę temperaturę ma głównie wpływ:

* konstrukcja przegród budowlanych i jakość ich wykonania,

* odpowiedni dobór powierzchni ogrzewalnych grzejników do wymaganych spadków temperatury przez pompę ciepła i temperatur wewnętrznych pomieszczeń.

Jest też szereg innych czynników, jak sposób użytkowania budynku, wymagania indywidualne mieszkańców odnośnie temperatury wewnętrznej, zużycie ciepłej wody użytkowej i wiele innych. Są to tylko przykłady, których teoria nie jest w stanie uchwycić na etapie projektu. Dlatego przy oferowaniu pompy ciepła należy uzyskać jak najwięcej informacji, nawet pozornie błahych. Nie zawsze jest to możliwe, gdyż wielu potencjalnych inwestorów traktuje ofertę jako naukę przed wyborem systemu grzewczego. Po stronie inwestora wina leży w tym, że zbijając koszty inwestycji „do bólu”, zmusza wykonawcę do stosowania jak najtańszych rozwiązań i produktów nie zawsze odpowiadających standardowi wymaganemu przez pompę ciepła. Odwołując się do porównań – za cenę fiata chciałby mieć mercedesa. W salonie samochodowym jest to oczywiście niemożliwe.

Obiegi
System grzewczy z pompą ciepła możemy podzielić na trzy główne obiegi:

* tzw. górne źródło ciepła – tzn. wysokotemperaturowa wewnętrzna instalacja grzewcza budynku i przygotowania ciepłej wody użytkowej,
* pompa ciepła,
* tzw. dolne źródło ciepła, tzn. niskotemperaturowa instalacja poboru ciepła ze środowiska.

Górne źródło ciepła
Instalacja wewnętrzna centralnego ogrzewania i przygotowania ciepłej wody musi być dostosowana do możliwości grzewczych pompy ciepła, a więc nominalnego przepływu przez parownik i spadki temperatury w skraplaczu. Instalacja dolnego źródła musi być dostosowana do możliwości odbioru parownika pompy ciepła, a więc nominalny przepływ czynnika. Po spełnieniu tych warunków w nowo projektowanych instalacjach pompa ciepła pracuje bezawaryjnie z oczekiwanym efektem finansowym, który dotyczy kosztów ogrzewania. Występują natomiast problemy z istniejącymi budynkami, szczególnie nowymi, gdzie instalacja dostosowana jest do nowoczesnej termoizolacji i współpracy z kotłem olejowym czy gazowym i wykonana jest z cienkich rur miedzianych. Przy pozostawieniu najczęściej przewymiarowanych grzejników w rurach mogą występować szumy ze względu na dwukrotnie wyższe przepływy. Mniejszy problem występuje z budynkami starej generacji. Budynki te są coraz częściej po termoizolacji, a więc istniejąca instalacja przystosowana jest do ok. dwukrotnie wyższej mocy grzewczej niż wymagana. Zakładając jeszcze powszechne przewymiarowanie grzejników, instalacje takie spełniają na ogół wymagania współpracy z pompą ciepła pod warunkiem ich dobrego stanu technicznego.

Pompa ciepła
Drugim z podstawowych obiegów systemu grzewczego z pompą ciepła jest sama pompa ciepła. Jej dobór zależy od wymagań wewnętrznych instalacji grzewczych. Częstym błędem, pod względem efektów ekonomicznych, jest dobór przewymiarowanej pompy ciepła. Należy zdecydowanie odróżnić kilowaty od kilowatogodzin. Kilowaty rzutują na koszty inwestycyjne, natomiast kilowatogodziny na koszty eksploatacyjne. Należy więc wybrać rozsądny kompromis pomiędzy tymi kosztami. Dobierając przewymiarowaną pompę, nie zmniejszamy lub zmniejszamy bardzo nieznacznie koszty ogrzewania, natomiast zdecydowanie zwiększamy koszty inwestycyjne.

Niezmiernie ważne jest też prawidłowe działanie automatycznej regulacji poprzez czasowe ustawienie regulatora pompy ciepła do wymaganych temperatur pomieszczeń i temperatury ciepłej wody. Standardowe, fabryczne ustawienia nie zawsze odpowiadają indywidualnym wymaganiom użytkownika. Należy też poinformować go, że każde zwiększenie wymaganej temperatury pomieszczenia o 1ºC zwiększa koszty ogrzewania, zależnie od rodzaju grzejników (podłogowe, grzejnikowe) od 1 do 2%.

Dolne źródło ciepła
Najważniejszym z podstawowych obiegów systemu grzewczego z pompą ciepła jest tzw. dolne źródło ciepła. Jest to energia cieplna czerpana ze środowiska naturalnego. Łącznie z energią potrzebną do napędu sprężarki „przepompowywana” jest na wyższy, użyteczny poziom temperatury, zastępując energię pochodzącą ze spalania w konwencjonalnych systemach grzewczych. Istnieją dwa hydrauliczne rodzaje dolnego źródła:

* źródło pracujące w obiegu otwartym,
* źródło pracujące w obiegu zamkniętym.

Podstawową różnicą pomiędzy tymi grupami jest to, że źródło pracujące w obiegu otwartym ma bezpośredni kontakt ze środowiskiem naturalnym, a więc poddane jest różnego rodzaju, często nieprzewidywalnym wpływom warunków zewnętrznych, natomiast prawidłowo wykonane dolne źródło w obiegu zamkniętym ciepła ma kontakt pośredni ze środowiskiem poprzez wymiennik. Wpływ warunków zewnętrznych jest niewielki.

Do dolnych źródeł ciepła w systemie otwartym możemy zaliczyć:
* powietrze,
* wody powierzchniowe pobierane bezpośrednio ze zbiorników wodnych i do nich zrzucane.

Do dolnych źródeł ciepła w systemie zamkniętym możemy zaliczyć:
* kolektory gruntowe poziome,
* kolektory poziome umieszczone w zbiornikach wodnych,
* kolektory gruntowe pionowe (sondy ziemne).

Znane są też inne rodzaje dolnych źródeł ciepła, które wykorzystują ciepła odpadowe z procesów technologicznych, są to jednak rozwiązania o charakterze indywidualnym. Przejdźmy teraz do omówienia zalet i wad poszczególnych rodzajów dolnych źródeł ciepła.

W kolejnej części omówię m.in. obiegi otwarte i zamknięte dolnego źródła ciepła.

Mirosław Kozłow

{nice1}

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