Od jakiegoś czasu obserwuje się spore zainteresowanie pompami ciepła ze strony inwestorów komercyjnych. W przypadku obiektów o dużym zapotrzebowaniu na ciepło oszczędności z zastosowania odnawialnych źródeł ciepła mogą być również większe.

Pompa ciepła, choć jest urządzeniem skomplikowanym, działa na podobnej zasadzie jak lodówka, przy czym efektem jej pracy może być zarówno ciepło, jak i chłód. Warto zatem zatrzymać się na tym etapie, aby określić kryteria oceny i porównań.

Danfoss206-1

Wymagania rynku

W budynkach komercyjnych czy użyteczności publicznej regularnie pojawiają się pomieszczenia z dużymi przeszkleniami czy pomieszczenia takie jak sale konferencyjne, gdzie poza ogrzewaniem istotne jest również ich chłodzenie. Ponadto w obiektach o dużej powierzchni, o zróżnicowanej infrastrukturze zachodzi potrzeba podłączenia źródła ciepła do centralnego systemu sterowania, tzw. Building Management System (BMS).

Podczas prac projektowych inżynierowie w jednym z najnowocześniejszych europejskich laboratoriów firmy Danfoss postawili sobie dwa podstawowe cele, które powinna spełniać nowoczesna pompa ciepła:

* wysoka efektywność (SPF – Seasonal Performance Factor) podczas całorocznej eksploatacji dla grzania, ciepłej wody użytkowej, jak i chłodzenia;

* inteligentne sterowanie – możliwość podłączenia pompy do centralnego systemu sterowania infrastrukturą budynku, tzw. BMS i/lub podłączenie pompy do Internetu w celu zdalnej kontroli.

Płynne dostosowanie mocy

Podstawową częścią pompy ciepła jest układ chłodniczy, który można określić jako „motor” pompy ciepła. Dobry układ chłodniczy charakteryzują dwa elementy: odpowiedni projekt oraz prawidłowo dobrane komponenty.

W układzie chłodniczym zastosowano najnowszą sprężarkę spiralną Danfoss serii VZH o płynnej, zmiennej wydajności, uzyskując możliwość ciągłej regulacji w zakresie 25-100% maksymalnej wydajności sprężarki. Pompa ciepła ze sprężarką inwerterową ma dwie zasadnicze zalety. W sposób płynny dostosowuje produkcję ciepła do bieżącego zapotrzebowania, co daje pełen komfort cieplny przy niższym zużyciu energii. Ponadto umożliwia rezygnację ze źródła szczytowego oraz buforów ciepła, co zmniejsza koszty inwestycyjne i upraszcza instalację.

Danfoss206-5

Dodatkowym atutem pomp ciepła ze sprężarką inwerterową jest niższy prąd rozruchu. Przy podobnej mocy sprężarek zastosowanie inwertera umożliwia obniżenie prądu rozruchu o ok. 70%. Jest to szczególnie istotne w miejscach, gdzie sieć energetyczna ma określone limity. Mniejszy prąd rozruchu i łagodny start oznaczają również mniejsze zużycie elementów mechanicznych, a co za tym idzie – ich dłuższą żywotność.

Sprężarka serii VZH posiada szereg innowacji konstrukcyjnych, które czynią ją idealną do aplikacji pomp ciepła:

* szeroka koperta pracy umożliwia szeroki zakres pracy i otrzymanie wyższych temperatur skraplania przy niskich temperaturach parowania;

* optymalny kształt geometryczny spiral zaprojektowany do warunków pracy;

* opatentowane uszczelnienie w kierunku osiowym spirali, zapewniające najwyższą sprawność wolumetryczną, co bezpośrednio przekłada się na wysokie COP w zmieniających się warunkach pracy;

* bezołowiowe łożyska polimerowe, które zapewniają wysokie osiągi pracy przy różnych obciążeniach oraz zapewniają prawidłową pracę nawet przy zmniejszonym smarowaniu;

* sprężarka jest wyposażona w silnik z magnesami stałymi, dzięki czemu współczynnik mocy jest praktycznie stały w całym zakresie zmian obciążenia; silniki tej konstrukcji są o ok. 5% bardziej efektywne niż typowe silniki indukcyjne;

* układ wtrysku oleju został zaprojektowany w celu zapewnienia właściwego smarowania sprężarki w szerokim zakresie prędkości obrotowej;

* ograniczony został współczynnik cyrkulacji oleju, co zapewnia prawidłowe oddzielenie oleju od gazu.

W pompie DHP-M w układzie chłodniczym zastosowano specjalne, wysokowydajne wymienniki ciepła firmy Danfoss, w których relacja ilości solanki/wody do czynnika chłodniczego w wymienniku wynosi 10:1, dzięki czemu jesteśmy w stanie lepiej dostosować się do warunków wymaganych przez pompę ciepła. Innowacja w tym wymienniku polega także na innym kształcie i powierzchni wymiany ciepła po stronie czynnika chłodniczego w stosunku do strony wody/solanki. Zamiast typowego wzoru w „jodełkę” na ścianie wymiennika zastosowano tzw. mikro-kanały, których struktura jest wizualnie bardziej porowata i ma nieregularne kształty. W efekcie poprawia to przepływ, wymianę ciepła, zmniejsza wymaganą ilość czynnika chłodniczego oraz spadek ciśnienia po stronie wody/solanki, co ma bezpośredni wpływ na pracę pompy obiegowej.

Danfoss206-4

W układzie chłodniczym w pompie DHP-M zastosowano elektroniczny zawór rozprężny ETS firmy Danfoss, który umożliwia pompie szeroki zakres wydajności przy równoczesnej precyzji w modulacji przepływu czynnika chłodniczego. Elektroniczny zawór rozprężny, precyzyjnie dozując czynnik chłodniczy do parownika, optymalizuje przegrzanie pary czynnika na najlepszym poziomie. Poza możliwościami wynikającymi z pracy elektronicznego zaworu istotny jest sposób, w jaki realizowane jest przegrzanie (sterowanie). Dzięki adaptacyjnej regulacji przegrzania zasilanie parownika czynnikiem jest dokładnie kontrolowane i oparte na rzeczywistym obciążeniu cieplnym. Zapewnia to oszczędność energii i maksymalizuje wydajność układu. Daje to oszczędności zużycia energii nawet do 10% w stosunku do algorytmów ze stałym przegrzaniem.

Danfoss206-2

W ostatnich 10-20 latach zmienił się sposób korzystania i wymagania związane z szybkością przygotowania i ilością ciepłej wody użytkowej. W typowym układzie chłodniczym pompy ciepła jest parownik, sprężarka, skraplacz i zawór rozprężny. W skraplaczu następuje odzyskanie ciepła na potrzeby ogrzewania. W pompie DHP-M między sprężarką a skraplaczem zastosowano dodatkowy „mały” wymiennik ciepła. Temperatura gazu w dodatkowym wymienniku za sprężarką wynosi często ponad 100°C i umożliwia wyjątkowo efektywne podgrzewanie ciepłej wody użytkowej. W okresie zimowym za każdym razem, kiedy pracuje pompa na potrzeby ogrzewania, a w okresie letnim na potrzeby chłodzenia, może zostać podgrzana ciepła woda użytkowa. Obie te funkcje mogą być realizowane jednocześnie. Ponadto ciepła woda jest podgrzewana przy najniższym możliwym koszcie niejako „przy okazji ogrzewania (chłodzenia)”.

 

Inteligentne sterowanie

Podstawowym elementem odpowiedzialnym za poziom zużycia energii i pracę pompy jest sterownik. W pompie DHP-M zastosowano nowy sterownik wraz z kolorowym i dotykowym wyświetlaczem, w którym infografika, ikony i menu są proste, przejrzyste i intuicyjne.

Danfoss206-3

Zaawansowany sterownik umożliwia podgląd i realizowanie takich funkcji jak:

* sterowanie elektronicznego zaworu rozprężnego – odbywa się bezpośrednio z poziomu sterownika pompy ciepła – maksymalizacja efektywności przez pełną wymianę danych między układem grzewczym a układem chłodniczym;

* inteligentny i adaptacyjny system rozpoznawania pory roku – eliminacja przypadkowych przełączeń z trybu letniego na zimowy (również z zimowego na letni) na podstawie nietypowych i krótkich temperatur dla danego okresu;

* pełen podgląd temperatur układu chłodniczego, co umożliwia szybką diagnostykę;

* konfiguracja krzywej grzewczej dla siedmiu punktów pracy, co umożliwia jeszcze lepsze dopasowanie pracy pompy ciepła do potrzeb budynku; taka konfiguracja krzywej grzewczej jest również dostępna dla obiegów podrzędnych;

* połączenie pomp ciepła w kaskadzie do 16 jednostek na zasadzie master/slave, gdzie czas pracy poszczególnych pomp jest tak kontrolowany, aby wszystkie pracowały równomiernie;

* sterowanie pięcioma obiegami grzewczymi;

* sterowanie zewnętrznym źródłem szczytowym, takim jak: kocioł olejowy lub gazowy czy podgrzewacz elektryczny przy jednoczesnej możliwości ich modulacji;

* chłodzenie pasywne/chłodzenie aktywne (które może być realizowane jednocześnie podczas ogrzewania lub przygotowania ciepłej wody);

* ładowanie zasobników ciepłej wody użytkowej poprzez wymiennik ciepła z regulowaną temperaturą za wymiennikiem;

* możliwość podłączenia pompy do Internetu i zdalne monitorowanie;

* połączenie z innymi systemami sterowania (tzw. Buliding Management System) przy pomocy protokołu komunikacyjnego Modbus;

* pomiar energii elektrycznej zużytej przez pompę.

Sterownik jest dedykowany do pracy w aplikacji, jaką jest pompa ciepła. Zastosowanie algorytmu PID(!) powoduje kontrolowane opóźnienie włączenia/wyłączenia sprężarki przy niedopuszczeniu do spadku odczucia komfortu ze strony użytkownika. Jest to rozwiązanie zmniejszające zużycie energii oraz ilość włączeń i wyłączeń sprężarki, co ma bezpośredni wpływ na jej żywotność. Takie rozwiązanie jest ok. 15-20% bardziej efektywne niż sterowanie pompą na zasadzie pomiaru temperatury zewnętrznej, wewnętrznej oraz temperatury powrotu zasilania c.o.

Piotr Krzemiński

Pytanie do…

Kto z producentów pomp ciepła jest równocześnie także producentem sprężarek, wymienników ciepła, automatyki chłodniczej – czyli głównych i podstawowych elementów pompy ciepła?

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