Pompy ciepła, podobnie jak kotły są źródłami ciepła, współpracują z wodnymi instalacjami grzewczymi i ciepłej wody użytkowej. W odróżnieniu jednak od tradycyjnych źródeł charakteryzuje je niższy zakres stosowanych temperatur zasilania. Niższa temperatura determinuje większą powierzchnię wymiany ciepła i stąd systemy płaszczyznowe, w odróżnieniu od grzejnikowych, charakteryzuje dużo większa bezwładność.

Pompa ciepła w technice grzewczej

Technika grzewcza to dość dobrze „rozpracowany” temat w branży instalacyjnej. Większość popularnych rozwiązań jest właściwie wszystkim bardzo dobrze znana, a sprawdzone układy ulegają raczej nieznacznemu korygowaniu drobiazgów niż istotnym zmianom. Natomiast dotychczasowe przyzwyczajenia nie zawsze wprost mogą przenosić się na używanie nowych technologii. Jednym ze znaków ostatnich czasów jest coraz powszechniejsze zastosowanie OZE, czyli odnawialnych źródeł energii. Wykorzystanie OZE bardzo często charakteryzuje się transferowaniem ciepła w przeciwieństwie do wytwarzania go w wyniku reakcji chemicznych. To skutkuje tym, że dysponujemy ciepłem, ale na niższym poziomie energetycznym. Taka zmiana niesie za sobą konieczność modyfikacji pewnych przyzwyczajeń, które najłatwiej scharakteryzować określeniem „lepiej wolniej, ale stabilniej” niż „gwałtownie, ale energochłonnie”.

Pompy ciepła, podobnie jak kotły, są źródłami ciepła. Podobnie jak kotły współpracują z wodnymi instalacjami grzewczymi i ciepłej wody użytkowej, ale w odróżnieniu od tradycyjnych źródeł charakteryzuje je niższy zakres stosowanych temperatur zasilania. Niższa temperatura determinuje większą powierzchnię wymiany ciepła i stąd systemy płaszczyznowe, które w odróżnieniu od grzejnikowych charakteryzuje dużo większa bezwładność. Przeanalizujmy na małym przykładzie różnice pomiędzy systemem grzejnikowym pracującym z tradycyjnym kotłem a ogrzewaniem płaszczyznowym typowym dla pompy ciepła (tabela 1).

Pompa_ciepla_i _ogrzewanie_podlogowe_tabela1

Różnice pomiędzy systemem grzejnikowym pracującym z tradycyjnym kotłem a ogrzewaniem płaszczyznowym typowym dla pompy ciepła.


Zebranie kilku parametrów dla jednego pomieszczenia pokazuje, że nowoczesne instalacje, pomimo niższego zapotrzebowania na ciepło, operują znacznie większym zładem wody, gdyż pracują na znacznie mniejszych różnicach temperatur. Średnia różnica temperatur oddawania ciepła z grzejnika do pomieszczenia o temperaturze 20oC to w przypadku kotła 40oC, w przypadku ogrzewania podłogowego 12,5oC. Czy przekłada się to na budowę systemu i w związku z tym co powinno znaleźć się w prawidłowo zaprojektowanej instalacji grzewczej, jeżeli źródłem ma być pompa ciepła?

Pompa-ciepla-i-ogrzewanie-podłogowe-schemat
Pompa ciepła i ogrzewanie podłogowe – schemat

Na schemacie przedstawiony jest typowy schemat hydrauliczny instalacji z pompą ciepła powietrze-woda typu split, ze wszystkimi niezbędnymi elementami wyposażenia. 

Pompa_ciepla_i _ogrzewanie_podlogowe_Szczurek244schemat-legenda
Legenda

Większość producentów wyposaża urządzenia w niezbędny osprzęt. Pompa ciepła split złożona z jednostki zewnętrznej – 1 i jednostki wewnętrznej – 2, ma wbudowany właściwie gotowy układ do pracy z instalacją grzewczą. Za wymiennikiem płytowym, który jest ostatnim elementem obiegu termodynamicznego, znajdują się:

  • pompa obiegowa,
  • grupa bezpieczeństwa,
  • grupa bezpieczeństwa,
  • grzałka wspomagająca,
  • trójdrogowy zawór przełączający,
  • bufor,
  • zawór nadmiarowo-upustowy.

Pompa obiegowa

Pompa obiegowa, która zapewnia przepływ czynnika grzewczego w instalacji, jeśli jest wbudowana w pompę ciepła, dobrana jest do mocy i przepływów, które będzie przenosić i dlatego najczęściej pracuje jako jedyna w niezbyt skomplikowanych instalacjach. Jeśli mamy do czynienia z bardziej rozbudowanym układem, pompa obiegowa pracuje do bufora lub sprzęgła hydraulicznego, a po jego drugiej stronie poszczególne obiegi grzewcze zasilają indywidualne grupy pompowe. Z taką sytuacją mamy zazwyczaj do czynienia w przypadku kilku stref grzewczych przy instalacjach większej mocy.

Grupa bezpieczeństwa

Grupa bezpieczeństwa składa się z naczynia przeponowego, kompensującego zmiany objętości cieczy w układzie, głównie związane z rozszerzalnością w wyniku ogrzewania. Drugim elementem jest zawór bezpieczeństwa – 5 (patrz schemat) z manometrem, który zabezpiecza przed nadmiernym wzrostem ciśnienia w instalacji. Nastawiony na określone ciśnienie po jego przekroczeniu otwiera się, wypuszczając nadmiar czynnika grzewczego.

Grzałka wspomagająca

Jednym z nieodzownych elementów wyposażenia powietrznej pompy ciepła jest grzałka elektryczna. Spełnia ona kilka funkcji, szczególnie w trybie odszraniania, ale jest również konieczna przy rozruchu systemu oraz podczas pracy w najniższych temperaturach zewnętrznych. Próby ograniczania jej pracy przez użytkownika zazwyczaj kończą się zwiększonym zużyciem energii elektrycznej przez pompę ciepła, natomiast prawidłowo wykorzystywana stanowi znikomy udział w sezonowym zużyciu energii.

Trójdrogowy zawór przełączający

Pierwszy zawór trójdrogowy przełącza pomiędzy ogrzewaniem pomieszczeń a wężownicą w zasobniku ciepłej wody użytkowej. Obydwa obiegi charakteryzuje zupełnie inna specyfika pracy. Ogrzewanie pomieszczeń to praca raczej ciągła i przy niskich temperaturach zasilania. Wygrzew ciepłej wody użytkowej to zazwyczaj wyższe temperatury i krótkie okresy pracy. Za realizację takiej logiki odpowiada sterownik – 6 (patrz schemat), który ma zaprogramowane wartości czasowe i temperaturowe dla obydwu trybów włącznie z okresowym wygrzewem przeciw bakteriom legionelli.

Drugi zawór trójdrogowy realizuje przełączenie pomiędzy funkcjami ogrzewania i chłodzenia. Jeżeli chłodzenie pomieszczeń odbywa się poprzez klimakonwektory, konieczne jest zbudowanie w instalacji niezależnej nitki chłodzącej, niezawierającej elementów grzewczych, gdyż pracujemy na parametrach poniżej temperatury wykraplania się wilgoci.

Jeżeli do chłodzenia pomieszczeń służą pętle ogrzewania podłogowego, to nie ma zagrożenia wykraplaniem, gdyż parametry pracy są powyżej punktu rosy i wtedy właściwie tego zaworu trójdrogowego mogłoby nie być.
Wszystkie powyższe elementy bardzo często stanowią jednak wyposażenie standardowe pomp ciepła i montowane są na linii produkcyjnej przez producentów. Jeśli tak nie jest, muszą znaleźć się po stronie instalacji jako niezbędny osprzęt do prawidłowej pracy. Najczęściej ma to miejsce w układach projektowanych pod potrzeby budynku. Wtedy do jednostki zewnętrznej – 1 (patrz schemat) składamy cały układ wewnętrzny z wymienionych podzespołów zamiast jednostki wewnętrznej – 2 (patrz schemat), ale parametry już dobieramy pod potrzeby instalacji, np. duży zasobnik ciepłej wody użytkowej albo pompa obiegowa o zwiększonej wysokości podnoszenia etc.

Poza standardowym wyposażeniem w instalacji bardzo często musi znaleźć się bufor – 3 (patrz schemat) i ewentualnie zawór lub – jak na schemacie – zawory nadmiarowo upustowe – 4 (patrz schemat).

Pompa ciepła i bufor

Bufor – 3 (schemat)spełnia kilka istotnych funkcji i choć instalacja o dużej pojemności wodnej może go wcale nie wymagać, gdyż sama z siebie ma jego właściwości, jego zastosowanie bardzo często przyczynia się do stabilniejszej pracy pompy ciepła. Na schemacie przedstawiono podłączenie szeregowe bufora na powrocie, które doskonale sprawdza się w układach z powietrzna pompą ciepła. Taki bufor w układach małej mocy jest zazwyczaj niewielkiej pojemności, bo do 100-200 l, a zapewnia niezbędny zapas energii do wykorzystania w cyklach odszraniania.

Połączenie szeregowe powoduje, że może być traktowany jak część instalacji, bo nie wymusza dodatkowych układów pompowych jak w przypadku połączenia równoległego, jednocześnie spełnia swoje funkcje bufora na przykład w trybie chłodzenia klimakonwektorami. Pamiętamy, że podczas chłodzenia klimakonwektorami nie pracują nam w instalacji pozostałe elementy grzewcze, przez co zład wody jest bardzo mały. Już wtedy objętość zładu może być niewystarczająca do zapewnienia prawidłowych warunków pracy.

Jeżeli jeszcze weźmiemy pod uwagę, że w wyniku regulacji pozamykają się przepływy na zaworach klimakonwektorów, albo w trybie ogrzewania zadziała zawór nadmiarowo-upustowy, to pomimo modulacji pompy ciepła objętość cieczy w instalacji będzie na tyle mała, że doprowadzi do pojawienia się błędów powodujących przerwanie pracy pompy ciepła. Wtedy taki szeregowo podłączony bufor idealnie spełnia swoją rolę, zapewniając ciągłość pracy systemu, ale musi być przewidziany również do pracy w trybie chłodzenia, czyli z odpowiednią do tego celu izolacją. Oczywiście pojemność zładu to nie tylko grzejniki/klimakonwektory czy pętle podłogowe, ale również rurociągi tworzące instalację. Przykładowe pojemności w zależności od średnicy i materiału można znaleźć w tabeli 2.

Pompa_ciepla_i _ogrzewanie_podlogowe_tabela2

Przykładowe pojemności w zależności od średnicy i materiału.

Pojemność rurociągów, podobnie jak moc pompy ciepła, ma znaczenie przy wymiarowaniu bufora.

Zawór nadmiarowo-upustowy

Zawór nadmiarowo-upustowy – 4 (patrz schemat) to właściwie ostatni element prawidłowej pracy w schemacie jak wyżej. Może nie być wymagany, jeśli instalacja grzewcza/chłodnicza jest zbudowana tak, że nigdy nie nastąpi odcięcie wszystkich pętli podłogowych / grzejników / klimakonwektorów. Jeżeli jednak każdy obieg w systemie wyposażony jest w zawory regulacyjne, które mogą w pewnym momencie zamknąć przepływ, zawór nadmiarowo-upustowy jest wtedy konieczny, gdyż ustawiony na odpowiednie ciśnienie zadziała jak by-pass dla niepracującej chwilowo instalacji, zapewniając bardzo ważną ciągłość przepływu po stronie pompy ciepła.

Taki układ (jak powyżej) jest najprostszym możliwym, a jednocześnie w miarę uniwersalnym do zastosowania w większości układów na bazie pompy ciepła, a szczególnie jej powietrznej wersji. Najprostszy, bo ponad wyposażenie standardowe dochodzą tylko dwa niezbędne elementy: bufor i zawór nadmiarowo-upustowy; uniwersalny, dlatego że pozwala realizować ogrzewanie, chłodzenie i ciepłą wodę użytkową, czyli wszystkie funkcje oczekiwane od pompy ciepła. Elementem, którego brakuje na schemacie, a który powinien znaleźć się w instalacji, jest grupa bezpieczeństwa po stronie ciepłej wody użytkowej. Najczęściej zawiera ją prawidłowo wykonane przyłącze wody.

W przypadku pompy ciepła typu monoblok schemat czy układ praktycznie niczym się nie różnią. Oczywiście wymiennik płytowy jest wtedy w jednostce zewnętrznej, a w przewodach do budynku płynie zazwyczaj woda zamiast czynnika chłodniczego lub roztwór glikolu, choć to rzadziej stosowane rozwiązanie, gdyż pogarsza właściwości czynnika grzewczego.
Układ na bazie gruntowej pompy ciepła po stronie górnego źródła będzie wyglądał również tak samo. W zależności od typu sprężarki on/off czy inwertera – pojemność bufora może się nieco różnić, gdyż w wypadku pracy załącz/wyłącz konieczny jest odbiór pełnej mocy urządzenia przy stosunkowo długich cyklach pracy.

Powietrzne pompy ciepła w ostatnich latach mocno się spopularyzowały. Jest to wywołane wpływem wielu czynników – od ekologicznych po czysto ekonomiczne. Można wysnuć wniosek, że rozpoczęła się przemiana, która spowoduje stopniowe przeniesienie ciężaru ze źródeł tradycyjnych, opartych na spalaniu, w kierunku źródeł odnawialnych i energooszczędnych, gdzie prym wiodą pompy ciepła i współpracujące z nimi rozwiązania. Zatem w najbliższej przyszłości coraz częściej będziemy sięgać po pompy ciepła. W użyciu względem dotychczasowych tradycyjnych źródeł ciepła nie ma dużych różnic w zastosowaniu. Najważniejsze przy pracy dla pomp ciepła jest zapewnienie określonego zładu w instalacji i ciągły przepływ, reszta to już tylko kwestia prawidłowego doboru pozostałych elementów.
Erwin Szczurek

Fot. z arch. NIBE.

Prenumerata Magazynu Instalatora

Jedna myśl na temat “Pompa ciepła i ogrzewanie podłogowe

  • 21 grudnia 2018 o 09:43
    Permalink

    Pompa ciepła plus podłogówka to świetne rozwiązanie

    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