W dzisiejszym artykule chciałbym się podzielić pomysłami na wykorzystanie pomp ciepła różnych typów w kompleksowych, a czasami także nietypowych, zastosowaniach.

Bardzo często możemy wpaść w pułapkę i porównywać pompę ciepła do tradycyjnego rozwiązania grzewczego w skali 1:1, podczas gdy może ona być wykorzystana na wiele różnych sposobów, w których tradycyjnego źródła ciepła nie będziemy mogli zastosować.

Elastyczne dostosowanie

Jedną z najważniejszych cech pomp ciepła jest ich kompleksowość i elastyczność dostosowania się do potrzeb i charakterystyki obiektu. Pompy ciepła są urządzeniami w pełni sterowalnymi i dzięki temu mogą zarówno samodzielnie sterować układem dystrybucji ciepła lub chłodu, jak i mogą być zarządzane z poziomu układu zewnętrznej automatyki sterującej, a także być zintegrowane do nadrzędnego systemu nadzoru budynkiem.

Aktualnie standardem jest komunikacja pomp ciepła poprzez protokoły KNX, MODBUS czy ETHERNET. Dzięki wykorzystaniu nowoczesnych protokołów komunikacyjnych możliwe jest zarządzanie zarówno pojedynczym urządzeniem, jak i kaskadą urządzeń przez system zewnętrzny. Dzięki temu w sposób niezwykle precyzyjny i dynamiczny można reagować na zmiany parametrów wpływających na komfort przebywania w obiekcie.

Należy przy tym uwzględnić wewnętrzne algorytmy pracy pomp ciepła w celu wyeliminowania potencjalnych konfliktów i kolizji pomiędzy algorytmem pracy systemu nadrzędnego a wewnętrznymi algorytmami pompy ciepła. Kluczowym elementem jest na tym etapie komunikacja pomiędzy producentem pompy ciepła a programistami nadrzędnego układu sterującego. Niezaprzeczalną zaletą takiego rozwiązania jest eksploatacja takiej instalacji, gdzie służby techniczne z poziomu jednego systemu mają wgląd również do maszynowni pompy ciepła, mogą wpływać na pracę urządzeń i mieć wgląd w stan ich pracy.

Również serwis takich instalacji jest bardziej przyjazny, gdyż można dokonać wstępnej diagnozy pracy systemu w sposób zdalny, bez konieczności każdorazowej interwencji na miejscu.

Radzikiewicz208-1

Fot. 1. Zastosowanie powietrznej pompy ciepłą w wykorzystaniu ciepła odpadowego na hali produkcyjnej.

PC i c.w.u.

Najbardziej popularnym rozwiązaniem z wykorzystaniem pompy ciepła jest ogrzewanie i przygotowanie ciepłej wody użytkowej. W większości przypadków takie są właśnie wymagania inwestycji i oczywiście nie ma powodu, aby to niepotrzebnie komplikować. Chciałbym jednak zwrócić uwagę, iż w przypadku, gdy konieczne jest wykonanie bardziej rozbudowanego systemu, w dalszym ciągu możemy rozważyć wykorzystanie pompy ciepła, która odpowiednio dobrana może zrealizować również dodatkowe funkcje.

Coraz częściej obok ogrzewania konieczne jest chłodzenie. Odpowiednio dobrane urządzenia mogą dostarczyć wodę lodową, niezależnie od temperatury zewnętrznej na poziomie 7°C. Eliminuje to konieczność stosowania niezależnych źródeł chłodu, ponieważ pompa ciepła, które ogrzewa obiekt zimą, latem może po prostu chłodzić. Nadto w sposób równoległy może przygotowywać ciepłą wodę użytkową, latem wykorzystując do tego ciepło odpadowe podczas chłodzenia, lub podgrzewać wodę technologiczną czy basenową.

Wszystkie te funkcje mogą być realizowane w sposób w pełni automatyczny bez konieczności ingerencji użytkownika. W zależności od aktualnej temperatury zewnętrznej lub sygnału z automatyki nadrzędnej urządzenia mogą automatycznie zmieniać tryb pracy pomiędzy ogrzewaniem, chłodzeniem, przygotowaniem wody użytkowej czy ogrzewaniem basenu. Takie rozwiązanie diametralnie zmniejsza nakład inwestycyjny, gdyż zamiast kilku różnych i niezależnie funkcjonujących urządzeń system oparty jest np. na jednym urządzeniu wielofunkcyjnym.

Również koszty eksploatacyjne takiego rozwiązania są bardzo korzystne z uwagi na fakt, iż zarządzenia systemem odbywa się przez jedną automatykę sterującą, która na bieżąco ustala priorytety pracy i dobiera parametry w oparciu o rzeczywiste potrzeby obiektu oraz ekonomię pracy. Serwis urządzeń – element często pomijany w momencie opracowywania koncepcji – również wygląda inaczej w przypadku, gdy układ oparty jest o jedno urządzenie wielofunkcyjne, nierzadko jednego producenta, w porównaniu do instalacji opartej na różnych urządzeniach wielu marek.

Radzikiewicz208-2

Fot. 2. Montaż kolektora pompy ciepła w przelewowym zbiorników ścieków sanitarnych.

Ogrzewanie poprzez chłodzenie

Kolejnym, często niedocenianym sposobem wykorzystania pomp ciepła jest ogrzewanie poprzez chłodzenie, czyli wykorzystanie ciepła odpadowego. Niesłychanie często możemy spotkać się z obiektami, w których pojawia się problem z nadmiarem ciepła, które jest wytwarzane np. w procesach technologicznych. Nazywamy je potocznie ciepłem odpadowym.

Zamiast tę nadmiarową energię marnować, np. przez wyrzucanie jej na zewnątrz, w większości przypadków można ją zagospodarować poprzez zastosowanie pomp ciepła. Zaletą takiego rozwiązania, o której nie możemy zapominać, jest fakt, iż temperatura dolnego źródła pompy ciepła, tutaj temperatura medium odpadowego, będzie najczęściej wyższa od temperatury roztworu glikolu w odwiertach czy powietrza zewnętrznego, co oczywiście w sposób znaczący zwiększy sprawność pompy ciepła i pozytywnie wpłynie na obniżenie kosztów eksploatacji.

W zależności od aplikacji i warunków technicznych możemy zastosować pompy typu solanka/woda, a nawet powietrze/woda. Pompy typu solanka/woda możemy wykorzystać, np. w fabryce, gdzie w procesie technologicznym następuje chłodzenie cieczą. Poprzez zastosowanie wymiennika pośredniego możemy odseparować wodę technologiczną od obiegu roztworu glikolu pompy ciepła i w ten sposób wykorzystać energię z procesu chłodzenia.

Spotykam się również z zastosowaniem pomp ciepła przy wykorzystaniu ciepła zawartego w ściekach. Najczęściej układ dolnego źródła ciepła opiera się na zainstalowaniu rurowego kolektora z roztworem glikolu w zbiorniku przelewowym, gdzie odzyskiwana jest energia zawarta w ściekach. Zastosowanie to również można wykorzystać w obiekcie basenowym, gdzie kolektor dolnego źródła jest ogrzewany przez wodę popłuczyn.

Radzikiewicz208-3

Fot. 3. Dwie pompy ciepła o mocy 100 kW każda, wykorzystujące wodę z popłuczyn do ogrzewania kompleksu basenowego. Fot. Dimplex.

Kilowaty z powietrza

W przypadku, gdy chcemy wykorzystać ciepło zawarte w powietrzu, najprościej jest zastosować pompy ciepła typu powietrze/woda. Oczywiście każdorazowo należy wykonać bilans energii dolnego i górnego źródła. Polega to na tym, iż musimy wiedzieć, ile energii możemy odzyskać, wykorzystując powietrze odpadowe, a ile energii będziemy musieli dostarczyć do zasilanych odbiorników ciepła, czyli górnego źródła ciepła.

Kluczowym będzie tutaj minimalny, wymagany przepływ powietrza pompy ciepła, który dla przykładu dla pompy ciepła o mocy 40 kW wynosi 11 000 m³/h. Nie możemy również zapomnieć o wymaganej jakości powietrzna. Powietrze zawierające związki agresywne najczęściej mogłoby w krótkim okresie doprowadzić do zniszczenia elementów pompy ciepła i spowodować jej uszkodzenie. Przykłady takich zastosowań możemy spotkać w fabrykach spożywczych. Wykorzystuje się również wylotowe powietrze wentylacji basenów kąpielowych, które nawet zimą posiada stosunkowo wysoką temperaturą na poziomie kilkunastu stopni Celsjusza.

Podsumowanie

W sytuacji, kiedy możliwości techniczne oraz wymagania inwestycji są proste i jasno sprecyzowane, proponuję stosować sprawdzone i możliwie najprostsze rozwiązania z pompami ciepła. Natomiast, kiedy nadarzają się niestandardowe możliwości wykorzystania dodatkowych źródeł ciepła w obiekcie, a wymagania są nieco bardziej rozbudowane, warto zastanowić się nad uproszczeniem systemu przez zastosowanie wielofunkcyjnego urządzenia, jakim jest pompa ciepła, i wykorzystanie do maksimum możliwości, jakie niesie ta technologia.

Przemysław Radzikiewicz

 

Fot. główne: kolektor dolnego źródła pompa ciepła, wykorzystujących energię popłuczyn basenowych.

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