W przypadku montażu pomp ciepła jedną z najbardziej istotnych rzeczy jest osiągnięcie możliwie najniższej temperatury zasilania instalacji grzewczej. Niewłaściwe rozwiązanie układu spowoduje znaczny spadek współczynnika efektywności COP, co bezpośrednio przełoży się na wzrost kosztów eksploatacyjnych (nawet kilkukrotnie).
Schematy prezentowane w poniższym artykule postanowiłem podzielić na dwa główne typy – tj. domy niskoenergetyczne, najczęściej nowo budowane z wszystkimi zastrzeżeniami wynikającymi z budownictwa niskotemperaturowego (pompa ciepła jako główne źródło ogrzewania) oraz domy modernizowane, gdzie pompy ciepłą dołączane są do istniejących instalacji w celu obniżenia kosztów ogrzewania (w drugiej części artykułu). W artykule skupiono się wyłącznie na rozwiązaniach ogrzewania budynku – ogrzewanie wody użytkowej zawsze przyjęto, że jest wykonane poprzez zasobnik o wężownicy spełniającej wymagania pompy ze sprężarką inwerterową (min. 0,2 m2 powierzchni wymiany grzewczej na 1 kW znamionowej mocy pompy ciepła) oraz zabezpieczeniem grzałką c.w.u. w zasobniku wody użytkowej.

Założono, że dom przystosowany jest do ogrzewania niską temperaturą czynnika grzewczego, z niewielkim obliczeniowym zapotrzebowaniem cieplnym. Najlepiej jeśli w całym domu ułożona jest gęsto rura ogrzewania podłogowego (bez standardowych grzejników wymagających wyższej temperatury zasilania).

Zasilanie bezpośrednie

Bezpośrednie zasilanie ogrzewania podłogowego pokazano na schemacie 1.
Zalety:
* temperatura wody ogrzanej z pompy ciepła jest równa temperaturze wody grzewczej wpływającej do instalacji (bez żadnego zmieszania) – polepszenie współczynnika COP/kosztów eksploatacji,
* brak dodatkowego bufora, dodatkowych pomp obiegów – obniżenie kosztów inwestycyjnych.
Wady:
* konieczność zgrania przepływów wymaganych dla pompy ciepła i instalacji grzewczej – pompa ciepła wymaga stosunkowo dużego przepływu wody grzewczej przez skraplacz, zwykle dużo większego niż instalacja podłogowa; zwiększając przepływ na instalacji podłogowej, musimy zwiększyć wydatek pompy obiegowej, przez co rosną nam również koszty eksploatacji; w niektórych instalacjach w ogóle nie będzie możliwe wyważenie wymaganego przepływu dla pompy ciepła i instalacji grzewczej,
* możliwość podpięcia wyłącznie ogrzewania podłogowego – grzejniki podpięte pod powietrzną pompę ciepła byłyby cyklicznie wychładzane poprzez konieczność pobrania ciepła do rozmrożenia parownika pompy ciepła; przy grzejnikach konieczny jest bufor ciepła,
* poniżej podana praca zalecana wyłącznie dla pomp ciepła typu inwerterowego, z tzw. modulacją mocy grzewczej,
* ciepło na potrzeby rozmrażania parownika pompy ciepła pobierane jest bezpośrednio z obwodu grzewczego (najczęściej instalacji ogrzewania podłogowego, co akurat w tym przypadku ze względu na dużą bezwładność cieplną jest mało zauważalne).
Jest to układ zalecany wyłącznie w małym budownictwie, z jednym obwodem grzewczym, gdzie nie ma żadnych dodatkowych urządzeń grzewczych dla ogrzewania c.o. (oprócz przepływowej grzałki) i/lub kominka bez płaszcza wodnego. W tym układzie zakazuje się stosowania termostatów zamykających pętle w poszczególnych pokojach (lub konieczne jest stosowanie dodatkowo zaworu upustowo-różnicowego). Układ powinien być wykonany przez świadomego instalatora, który wyliczył opory instalacji ogrzewania podłogowego i wyrównał je do wymagań przepływu pompy ciepła.

Z buforem

Na schemacie 2 pokazano układ rozdzielny (buforowy lub ze sprzęgłem hydraulicznym).

Piwowarczyk204-2

Rys. 2. Pompa ciepła wraz z ewentualnymi innymi urządzeniami grzewczymi zasila bufor lub sprzęgło. Rozbiór ciepła ze sprzęgła jest dokonywany za pomocą pomp poszczególnych obiegów grzewczych.

Zalety:
* jasny podział na obwody zasilające i grzewcze – możliwość ustawienia przepływów najlepszych dla efektywności każdego z nich,
* możliwość podpięcia praktycznie nieograniczonej ilości źródeł ciepła oraz odbiorników ciepła,
* magazynowanie ciepła w przypadku buforów – parametr konieczny w przypadku pomp ciepła bez sprężarki inwerterowej, gdzie ogranicza nas minimalny czas pracy sprężarki,
* łatwość wykonania pod względem projektowym,
* brak wychładzania obwodów grzewczych w czasie cyklu rozmrażania parownika pompy ciepła (ciepło na potrzeby rozmrażania jest pobierane z bufora).
Wady:
* pompa ciepła, pracując poprzez sprzęgło lub bufor musi pracować z temperaturą średnio wyższą o 2-3 K na zasilaniu – w sprzęgle lub buforze powrót z obwodów grzewczych miesza się z wyższą temperaturą wyjścia ciepłego czynnika z pompy ciepła – średnio współczynnik efektywności spada nawet o ok. 10% w całym okresie rocznej eksploatacji.
Ten układ zalecany jest głównie w przypadku, gdy chcemy podpiąć więcej obwodów grzewczych (np. ogrzewanie podłogowe i grzejniki) i/lub dodać jeszcze inne źródła ciepła. Rozwiązanie to z odpowiedniej wielkości buforem jest konieczne w przypadku pomp ciepła typu on/off (bez modulowanej mocy grzewczej). Taka instalacja jest również polecana w przypadku instalatorów bez odpowiedniego doświadczenia w wyliczaniu przepływów i budowie instalacji.

Podstawowe źródło ciepła

Na schemacie 3 pokazano z kolei układ łączący elementy układu bezpośredniego i buforowego.

Piwowarczyk204-3

Rys. 3. Pompa ciepła zasila bezpośrednio instalację grzewczą. Strumień w wielkości wynikającej z zapotrzebowania przez pompy obiegów jest podciągany bezpośrednio w instalację bez wejścia w bufor. Naddatek strumienia z pompy ciepła jest kierowany do bufora. Pozwala to na wyregulowanie przepływów najlepszych dla każdego obwodu, zachowując w każdym z nich najlepszą efektywność. Do bufora istnieje możliwość podpięcia dodatkowego źródła grzewczego, które nie będzie kolidowało z pracą pompy ciepła.

Zalety:
* temperatura wody ogrzanej z pompy ciepła jest równa temperaturze wody grzewczej wpływającej do instalacji (bez żadnego zmieszania) – polepszenie współczynnika COP/kosztów eksploatacji,
* bufor dobrany do układu może być zdecydowanie mniejszy niż w przypadku typowego układu buforowego,
* możliwość podpięcia większej ilości źródeł ciepła,
* możliwość podłączenia większej ilości obwodów grzewczych wybierających ciepło z bufora,
* zachowanie optymalnych przepływów zarówno dla obwodów grzewczych, jak i pompy ciepła,
* możliwość efektywnego spięcia z instalacją solarną na cele ogrzewania budynku – instalacja solarna podnosi temperaturę wody grzewczej, a pompa ciepła dogrzewa ją do żądanej wartości (w takim przypadku powrót z bufora do pompy ciepła powinien być podniesiony do wysokości około połowy bufora).
Wady:
* w porównaniu do układu bezpośredniego inwestycja jest droższa o przynajmniej jedną pompę obwodu grzewczego (w układzie bezpośrednim pompa skraplacza jest jednocześnie pompą obwodu grzewczego)
* pewne ograniczenia i zastrzeżenia techniczne: suma przepływów pomp obiegowych obwodów grzewczych musi być mniejsza niż przepływ generowany w pompie ciepła; rurociąg do bufora (pogrubiony na schemacie) musi być wykonany o jedną średnicę większą niż wynikająca z obliczeń,
* dodatkowe źródło ciepła może pracować jedynie w sposób alternatywny (brak możliwości dogrzania czynnika grzewczego np. źródłem o wyższych kosztach eksploatacji w przypadku kotłów automatycznych),
Układ ten zalecany jest, w opinii autora, praktycznie we wszystkich możliwych zastosowaniach, gdzie pompa ciepła ma być podstawowym źródłem grzewczym w budynku.

Podsumowanie

Każde z zastosowanych rozwiązań ma swoje zalety i wady. W zależności od korzyści i kosztów, które możemy ponieść na etapie inwestycyjnym oraz wymagań wynikających np. z ilości źródeł i obwodów grzewczych wybór schematu musimy zastosować w każdej instalacji z osobna.
W drugiej części artykułu opisane zostaną schematy z zastosowaniem pomp ciepła do budynków modernizowanych lub tych, gdzie inwestor decyduje się na większą ilość źródeł ciepła (rozwiązania z kotłami automatycznymi typu gazowego czy olejowego oraz z kotłami stałopalnymi).
Szymon Piwowarczyk
Rys. z arch. Hewalex.

Rys. 1. Pompa ciepła zasila bezpośrednio instalację ogrzewania podłogowego.

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