Pompy ciepła jako urządzenia grzewcze mogą współpracować niemal z każdym systemem dystrybucji ciepła. Grzejniki, klimakonwektory, ogrzewanie ścienne czy podłogowe, sufity grzewczo-chłodzące mogą współpracować lepiej lub gorzej z pompami ciepła w różnych konfiguracjach.

Patrząc na system dystrybucji, musimy przyjrzeć się dwóm aspektom, wymaganiom technicznym, jakim musi on sprostać i ekonomice pracy pompy ciepła. W tym artykule postaram się przybliżyć wymagania, jakie system powinien spełniać, aby pompa ciepła w instalacji pracowała poprawnie i ekonomicznie.

Pompa ciepła i jej kluczowy parametr

Kluczowa w naszych rozważaniach będzie temperatura zasilania systemu grzewczego lub grzewczo-chłodzącego. Pompa ciepła może pracować w bardzo szerokim zakresie temperatury zasilania. Zakres pracy rewersyjnych pomp ciepła w trybie chłodzenia to zazwyczaj przedział pomiędzy +7 ÷ 20°C, a w trybie ogrzewania niskotemperaturowe urządzenia mogą dostarczyć wodę grzewczą w zakresie +20 ÷ 62°C. Istnieje też grupa urządzeń wysokotemperaturowych, które osiągają wyższe temperatury zasilania 70°C i więcej. Widzimy więc, iż z punktu widzenia możliwości technicznych nie ma przeciwskazań, aby wykorzystać pompy ciepła w większości aktualnie stosowanych instalacji. Sprawdzą się one w niskotemperaturowych systemach w nowym budownictwie lub przy wyższych parametrach w przypadku termomodernizacji.

Pompa ciepła i koszty eksploatacji

Niemniej jednak koszty eksploatacji są wprost proporcjonalne do temperatury zasilania. Im wyższa, tym sprawność urządzenia spada. Zjawisko to jest przedstawione na wykresie 1 dla pompy ciepła typu powietrze-woda LA 12STU oraz na wykresie 2 dla pompy ciepła typu solanka-woda SI 11TU. Każdy z tych wykresów pokazuje wartości poboru mocy elektrycznej [kW] oraz współczynnika COP dla trzech wartości temperatur zasilania 35°C, 45°C, 55°C.

Wykres - praca pompy ciepła
Wykres – praca pompy ciepła

W przypadku powietrznej pompy ciepła dla A0 COP różni się około 1,5 pomiędzy systemem nisko- (35) a wysokotemperaturowym (55), a dla pompy solankowej różnica przy B0 to nawet 2! To bardzo dużo. Wzrost temperatury zasilania tylko o 1°C to spadek sprawności pompy ciepła o około 2,5%. Dlatego zawsze powinniśmy zaprojektować system dystrybucji ciepła, aby pracował z możliwie jak najniższą temperaturą zasilania. Doskonale sprawdza się tutaj system ogrzewania powierzchniowego, czyli popularna podłogówka, ogrzewanie ścienne czy również klimakowektory wentylatorowe.

Temperatura systemu grzewczego z pompa ciepla-Radzikiewicz240-wykres2
Temperatura systemu grzewczego z pompa ciepła

Pompa ciepła w układach mieszanych

Gdy stosujemy układy mieszane, np. ogrzewanie podłogowe na parterze, a tradycyjne grzejniki na pierwszym piętrze, o różnym poziomie temperatury zasilania, np. podłogówka 35°C, a grzejniki 50°C na zasilaniu, to układ taki posiada poważne wady właśnie z uwagi na ekonomikę pracy pompy ciepła. Pompa ciepła zawsze będzie pracować na wyższych parametrach zasilania, aby zagwarantować wymaganą temperaturę na układ grzejnikowy. Temperatura ogrzewania podłogowego regulowana będzie poprzez zawór mieszający do niższych wartości. Sprawność systemu nie będzie wypadkową obu odbiorników, lecz odbiornika o najwyższej wymaganej temperaturze zasilania, czyli instalacji grzejnikowej. Dlatego ilekroć pojawiają się możliwości, zawsze powinniśmy dążyć do wyeliminowania standardowej instalacji grzejnikowej na rzecz ogrzewania płaszczyznowego lub klimakonwektorów wentylatorowych. Omawianą sytuację przedstawia schemat 1.

Pompa ciepła schemat instalacji
Pompa ciepła schemat instalacji

Podobnie sprawa wygląda przy pompach wysokotemperaturowych o temperaturze zasilania + 70°C i wyżej, gdzie przy niskiej temperaturze pompa ciepła osiąga podobne parametry jak pompy stricte niskotemperaturowe, natomiast kiedy zwiększamy temperaturę zasilania, następuje spadek sprawności układu i wzrost poboru energii elektrycznej.

Wyższa temperatura zasilania

W systemach, gdzie konieczne jest dostarczenie do wybranych obiegów grzewczych czynnika o wyższej temperaturze zasilania, np. centrale wentylacyjne, basen, grzejniki etc., zasadne może się okazać zastosowanie dwóch odrębnych pomp ciepła. Jedno urządzenie, które pracuje tylko na wybrane odbiorniki niskotemperaturowe, a drugie dedykowane do odbiorników wysokotemperaturowych. Takie rozwiązanie posiada niewątpliwe zalety, jeżeli chodzi o dywersyfikację systemu oraz maksymalizację sprawności.

Pompa ciepła w systemach z chłodzeniem

Stosując pompy ciepła w systemach z chłodzeniem, należy prześledzić zakres wymaganych temperatur pracy oraz charakterystykę systemu. Przy dystrybucji chłodu poprzez systemy płaszczyznowe wymagany jest monitoring punktu rosy. Pomiar temperatury oraz wilgotności powinien się odbywać w miejscach referencyjnych obiektu i na ich podstawie obliczany jest punkt rosy. Jego wartość jest nam niezbędna, aby zabezpieczyć system przed wykraplaniem się wody na powierzchniach systemu chłodzenia (podłogi lub ściany). Do obliczonego punktu rosy powinniśmy dodać jeszcze margines bezpieczeństwa 2-3°C, aby uniknąć wykroplenia się wody w miejscach newralgicznych, np. na rozdzielaczach. Według tej temperatury następuje sterowanie zaworem mieszającym na wyjściu instalacji pompy ciepła, konieczny jest więc dodatkowy pomiar temperatury za mieszaczem.

Jako dodatkowe zabezpieczenie punktu rosy można zastosować czujniki w posadzce oraz na rozdzielaczach, które w momencie zaistnienia wykroplenia się wody wyłączą całkowicie chłodzenie bądź odłączą daną sekcję, np. ogrzewania podłogowego. Jeżeli w obiekcie zastosowano również układ ogrzewania grzejnikowego, nie może on pracować w trybie chłodzenia. Powinien on zostać w sposób automatyczny wyłączony z pracy na czas pracy systemu w trybie chłodzenia. Automatyka sterująca w systemach grzewczo-chłodzących jest z reguły bardziej zaawansowana i powinna w sposób całkowicie automatyczny przełączać system pomiędzy poszczególnymi trybami w zależności od temperatury zewnętrznej lub preferencji użytkownika.

Pompa ciepła w układach chłodzenia dynamicznego

W układach chłodzenia tzw. dynamicznego do jego dystrybucji można wykorzystać wentylację lub klimakonwektory. Koniecznie należy pamiętać, iż muszą być one wyposażone w odpływ skroplin, gdyż woda, tzw. lodowa, będzie miała temperaturę znacznie poniżej punktu rosy. Zachodzi wiele nieporozumień przy zastosowaniu rewersyjnych pomp ciepła w układach chłodzenia dynamicznego z uwagi na fakt, iż są one sterowane nie według temperatury zasilania, lecz powrotu. Większość pomp ciepła do załączenia sprężarki bierze pod uwagę właśnie temperaturę na powrocie z instalacji, a nie jak w przypadku chillerów zasilania.

Mając układ zaprojektowany na parametry np. 7°C/12°C, pamiętajmy, że pompa ciepła będzie starała się osiągnąć właśnie 12°C na powrocie z instalacji, a temperatura zasilania będzie niejako wartością wynikową aktualnej mocy pompy ciepła i przepływu. W sytuacji, kiedy mamy urządzenie dwusprężarkowe pracujące przy pełnej mocy z deltą 5°C i histerezą załączenia 2°K, pompa ciepła załączy się przy temperaturze 12°C + 2 = 14°C na powrocie i schłodzi układ do 10°C na powrocie, kiedy to przy pełnej mocy temperatura zasilania osiągnie już 5°C, co może być już poza zakresem pracy urządzenia. Konieczne jest więc przestawienie się, jeżeli układ sterowania pompy ciepła tego wymaga, z logiki sterowania temperaturą zasilania na sterowanie temperaturą powrotu.

Rewersyjne pompy ciepła jako pojedyncze urządzenia umożliwiają ogrzewanie i chłodzenie, a niektóre również równoległe wykorzystanie ciepła odpadowego w trybie chłodzenia w jednym urządzeniu. Wykorzystując system dystrybucji ciepła w funkcji chłodzenia, dodatkowo obniża koszty inwestycji i wpływa pozytywnie na bezawaryjną pracę i prostotę obsługi układu.

Hydraulika

Oprócz wymagań temperaturowych, o których obszernie już napisałem, pozostaje również aspekt hydrauliczny zastosowanych systemów grzewczych bądź grzewczo-chłodzących. Hydraulicznie prawidłowo zaprojektowany i wykonany system powinien w każdych warunkach pracy zabezpieczeń zapewniać wymagany minimalny przepływ wody grzewczej przez pompę ciepła (schemat 1). Niezależnie od stanu pracy poszczególnych odbiorników czy powierzchni pompa ciepła powinna być w stanie bezproblemowo przeprowadzić odszranianie lub pracować w trybie grzania czy chłodzenia. W przypadku braku wymaganego minionego przepływu urządzenie może pracować nieefektywnie, może dojść do usterki czy blokady, a w skrajnych przypadkach (odszranianie lub chłodzenie) nawet do jego trwałego uszkodzenia.

Przemysław Radzikiewicz

Polecam też artykuł o częstych błędach w instalacjach z pompami ciepła i jak ich unikać?

Prenumerata Magazynu Instalatora

One thought on “Pompa ciepła i temperatura systemu grzewczego

  • 3 września 2018 at 22:06
    Permalink

    Jest jeszcze coś takiego jak maty kapilarne ktore są idealnym rozwiazaniem pod pompy ciepla można je montować w każdej przegrodzie budowlanej tj sufit, ściana i podłoga nie ma problemu punktu rosy, system nie wywołuje ruchu powietrza tym samym jest antyalergiczny i pozwala utrzymać komfort cieplny na przestrzeni całego roku przy temp zasilania 25′-28′ utrzymujemy 21′-22” w zależności od budynku. System mat kapilarnych to zdrowa przyszłość, eliminuje mostki termiczne i pozwala utrzymać stałą wilgotność pomieszczeń.

    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