W najbliższych publikacjach chciałbym się skoncentrować na dwóch elementach instalacji współpracujących z pompą ciepła, które mogą wydawać się nie na miejscu z uwagi na aktualną porę roku, jednakże spotykamy je w coraz to większej liczbie nowo budowanych obiektów. Chodzi o chłodzenie, a konkretnie chłodzenie ciche (pasywne) oraz podgrzewanie wody basenowej.

W branży pomp ciepła istnieje kilka specyficznych pojęć dotyczących stosowania pomp ciepła w układach chłodzenia, np. natural cooling, chłodzenie dynamiczne, chłodzenie ciche – jak się w tym połapać i co one tak naprawdę znaczą? Otóż zasada jest bardzo prosta – chodzi o podział systemów chłodzenia w zależności od sposobu wytwarzania chłodu oraz jego dystrybucji. Obrazuje to diagram.

Zastosowanie pomp ciepła w układach chłodzenia

Poszczególne typy chłodzenia można ze sobą łączyć w dowolny sposób, oczywiście w zależności od potrzeb i możliwości technicznych, np. wykorzystując chłodzenie pasywne, można zasilać dwa układy chłodzenia, np. klimakonwektory oraz system płaszczyznowy.

Układ z pompą

Na rysunku przedstawiony został układ hydrauliczny pracy pompy ciepła typu solanka/woda z podgrzewaniem ciepłej wody użytkowej, buforem c.o. oraz dwoma obiegami grzewczymi, a także układem pasywnego chłodzenia i podgrzewaniem basenu.

Schemat hydrauliczny pompy ciepła typu solanka/woda

Rys. Schemat hydrauliczny pompy ciepła typu solanka/woda. Dwa obiegi grzewczo-chłodzące oraz przygotowanie ciepłej wody użytkowej i grzanie basenu.

Zaczynając od układu pasywnego chłodzenia, układ ten polega na wykorzystaniu energii/chłodu dolnego źródła bezpośrednio przed pompą ciepła. Posiada on swoją niezależną pompę obiegową (M12), która musi zostać tak dobrana, aby zagwarantować wymagany przepływ przez wymiennik chłodu oraz pokonać opory hydrauliczne całego systemu dolnego źródła ciepła. W praktyce dla pomp w budownictwie jednorodzinnym najczęściej M12 jest równa lub zbliżona do M11 (pompa dolnego źródła pompy ciepła).

Układ ten umożliwia bezawaryjną pracę systemu pasywnego chłodzenia przy jednoczesnej pracy samej pompy ciepła w trybie podgrzewania c.w.u. lub basenu, co jest szalenie ważne z uwagi na ciągłość przygotowania c.w.u., a także chłodzenia obiektu. Także równoległa praca pompy ciepła schładza dodatkowo układ dolnego źródła, co jest oczywiście zaletą w układach z chłodzeniem pasywnym.

Układ pasywnego chłodzenia do wymiennika ciepła pracuje na mieszaninie glikolu z wodą, wykorzystany osprzęt musi być przystosowany do pracy w niskim zakresie temperatur, glikolu, a całość układu chłodzenia (przed oraz za wymiennikiem) bezwzględnie musi zostać zaizolowana izolacją do zastosowań chłodniczych. Dokładnie tak samo jak cały układ dolnego źródła ciepła. Z uwagi na fakt, iż równolegle podłączone są dwie pompy obiegowe (M12 oraz M11), każda z nich musi posiadać zawór zwrotny (KR).

Wspomniałem już, że pasywne chłodzenie stosujemy w połączeniu z systemem odwiertów, należy zapamiętać, iż nie zaleca się stosowania go w połączeniu z kolektorem płaskim z uwagi na wysychanie gruntu w bezpośrednim sąsiedztwie rur kolektora płaskiego, a przede wszystkim z uwagi na fakt, iż w kolektorach płaskich temperatury w okresie letnim dochodzą do około +20°C, co dyskwalifikuje takie źródło jako źródło chłodu. Idąc dalej w analizie rozważanego układu hydraulicznego, za wymiennikiem ciepła mamy już układ wody kotłowej – co tłumaczy konieczność zastosowania wymiennika ciepła oddzielającego glikol od wody.

Widzimy również dwa czujniki temperatury: zasilania (R11) oraz powrotu (R4). Pomiary temperatury służą do wysterowania pompą dolnego źródła (M12) oraz zaworem mieszającym (M22). Chłód jest dostarczany do układu poprzez zawór trójdrogowy przełączający (Y5). I tutaj pojawia się pytanie, kiedy chłodzić, kiedy grzać, a kiedy przygotowywać jedynie c.w.u. Otóż dobrym rozwiązaniem jest zastosowanie przełączania trybów pracy w zależności od zmian temperatury zewnętrznej uśrednionej w czasie. Przykładowy algorytm mógłby wyglądać następująco:

  • ogrzewanie + c.w.u.: Tzew. < 15°C
  • tylko c.w.u.: 15°C < Tzew. < 25°C
  • chłodzenie + c.w.u.: 25°C < Tzew.

Oczywiście jest to tylko przykład, a gotowe nastawy temperatury będą zależały od indywidualnej charakterystyki termicznej każdego obiektu i jego sposobu użytkowania. W momencie zmiany temperatury zewnętrznej poniżej lub powyżej wyznaczonego progu zdziałania system samoczynnie przełączy się w odpowiedni tryb pracy, zapewniając użytkownikowi wymagany komfort termiczny.

Pompa ciepła – dwa obiegi

Chłód lub ogrzewanie jest przekazywane w naszym przykładzie do dwóch obiegów grzewczych: obiegu klimakonwektorów (HK1) oraz ogrzewania płaszczyznowego (HK2). Układ klimakonwektrów jest układem bezpośrednim wyposażonym w pompę obiegową (M14) i zawór zwrotny (KR), by-pass (UV) symbolizuje konieczność zrównoważenia hydraulicznego układu, odbiorniki zostały wyposażone w indywidualną regulację temperaturową (THV).

W układach dystrybucji chłodu konieczne jest zastosowanie odbiorników dwufunkcyjnych (grzanie/chłodzenie). Ważne, aby np. stosowane konwektory wentylatorowe wyposażone były w dwufunkcyjną automatykę sterującą oraz by posiadały tacę ociekową, którą każdorazowo należy podłączyć do kanalizacji zbiorczej. Układ bezpośredni w praktyce nie posiada żadnych ograniczeń temperaturowych. Z uwagi na tacę kondensatu możliwe jest zasilania takiego układu niskimi temperaturami zasilania, przez co wydajność takiego układu jest wysoka.

Jeżeli w dolnym źródle glikol posiada temperaturę np. 10°C, a za wymiennikiem osiągniemy np. 12°C, będzie to temperatura zasilania obiegu bezpośredniego. Drugi układ jest układem pośrednim, symbolizuje grzanie/chłodzenie płaszczyznowe (HK2). Wyposażony jest w zawór mieszający (M22) sterowany poprzez czujnik temperatury zasilania (R5), pompę obiegową M15 oraz czujnik pomiaru temperatury pomieszczenia referencyjnego i wilgotności, tzw. czujnik punktu rosy (RKS WPM). Nad całością czuwa automatyka chłodzenia (WPM ECON PK) współpracująca z automatyką pompy ciepła.

Z uwagi na fakt, iż obieg drugi jest obiegiem płaszczyznowym, posiada on swoje ograniczenia w trybie chłodzenia. Nie możemy dopuścić, aby na powierzchniach chłodzących doszło osiągnięcia punktu rosy, a w konsekwencji wykroplenia się wody. Aby temu zapobiec, system monitoruje na bieżąco aktualną wartość punktu rosy i w zależności od wskazań zmienia temperaturę zasilania poprzez zawór (M22). Dla przykładu w tabeli zostały przedstawione wartości temperatury punktu rosy.

Tabela. Temperatura punktu rosy przy względnej wilgotności powietrza.

Widzimy zasadnicze ograniczenia systemu chłodzenia płaszczyznowego, a w szczególności chłodzenia podłogowego. Dla przykładu przy temperaturze wewnątrz budynku 26°C, wilgotności 70%, temperatura punktu rosy wynosi 20°C. Konieczne jest zastosowanie „odstępu” od punktu rosy, czyli bezpiecznego marginesu rzędu 2 K, co daje 22°C na zasilaniu, a doświadczenie pokazuje, że woda w systemie ogrzewania podłogowego wyniesie około 21-22°C. Efekt takiego chłodzenia jest więc niewielki. Oczywiście nie dyskwalifikuje to zupełnie takiego rozwiązania, lecz pokazuje jedynie, iż nie jest to rozwiązanie, które zapewni precyzyjne chłodzenie pomieszczeń, ale dostarczy tzw. dodatkowy efekt chłodzenia.

Pompa ciepła – ważna izolacja

Elementem szalenie ważnym, a często pomijanym w systemach chłodzenia, szczególnie w budownictwie mieszkaniowym, jest poprawnie wykonana izolacja układu hydraulicznego dystrybucji chłodu – zarówno elementy maszynowni, jak i rury zasilania i powrotu poszczególnych rozdzielaczy oraz odbiorników powinny zostać szczelnie zaizolowane izolacją chłodniczą.

Przemysław Radzikiewicz

Prenumerata Magazynu Instalatora

2 myśli na temat “Pompa ciepła do chłodzenia

  • 17 listopada 2018 o 15:41
    Permalink

    Czy można dokonać modyfikacji rozwiązania: zastosować wymiennik ciepła (zimna) zamontowany na nawiewie rekuperatora celem chłodzenia rozprowadzanego powietrza w okresie letnim?
    Czy to jest optymalne rozwiązanie?
    Czy takie rozwiązanie ma jakieś wady?

    Odpowiedz
    • 21 listopada 2018 o 15:32
      Permalink

      Szanowny Panie!
      Jeżeli chodzi o wykorzystanie chłodu z dolnego źródła pompy ciepła w chłodzeniu budynku poprzez rekuperacje to jak najbardziej jest to możliwe i zasadne. Należy jednak pamiętać o kilku istotnych szczegółach:
      1. Chłodnica musi zostać dobrana tak, aby wprowadzać jak najmniejsze opory przepływu powietrza zgodnie z dostępnym sprężem wentylatora nadmuchowego rekuperatora. Musi one również być w stanie przekazać wymaganą ilość energii z dolnego źródła do systemu wentylacji.
      2. Chłodnicę, która będzie przekazywać chłód do instalacji nadmuchu powietrza należy zainstalować za rekuperatorem na wejściu do budynku. W przeciwnym razie nastąpi niepotrzebne podgrzewanie poprzez odzysk wcześniej schłodzonego powietrza.
      3. Wszystkie przewody powietrzne rekuperacji wraz ze skrzynkami rozprężnymi muszą zostać szczelnie zaizolowane izolacją chłodniczą, zimnochronną w celu uniknięcia wkroplenia się wody i zacieków na ścianach czy sufitach budynku.

      Pozdrawiam
      Przemysław Radzikiewicz

      Odpowiedz

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