Pompa ciepła pracuje tym efektywniej, im niższa temperatura ogrzewanej wody grzewczej. To zdanie, niczym prawdę objawioną, przedstawi każdy instalator, producent i wieloletni użytkownik.

Jest to oczywiście prawda, ale wyłącznie pod warunkiem, gdy aktualna temperatura ogrzewanej wody znajduje się w „temperaturowym polu pracy” pompy ciepła.

Uruchamianie-pompy-ciepla-zima
Wykres 1. Przykładowe pole pracy powietrznej pompy ciepła ze sprężarką inwerterową.

Na wykresie 1 widzimy, że zarówno w trybie grzania, jak i chłodzenia producent sprężarki określa zakres temperatury medium odbierającego ciepło, jak i temperatury dolnego źródła – czyli środowiska, skąd pobierane jest ciepło do celów grzewczych. Dolna linia ograniczająca pomarańczowe pole odpowiada minimalnej temperaturze zasilania instalacji w trybie grzania. Została wyznaczona na 25°C.

Temperatura minimalna wynika z wymaganego parametru potrzebnego do poprawnego i efektywnego rozmrażania parowacza. Górna linia ograniczająca pomarańczowe pole wynika z wpływu temperatury ogrzewanej wody na ciśnienie czynnika chłodniczego za sprężarką.

Im wyższa temperatura, tym większa różnica ciśnień oraz większe ciśnienie skraplania. W zależności od modelu sprężarki producent podaje graniczne wartości temperatur.

Instalacja bez bufora

Coraz więcej pomp ciepła jest montowanych bezpośrednio do instalacji grzewczej z pominięciem zbiornika buforowego. Nie ma oczywiście nic złego w takim schemacie instalacji, o ile spełnione są przedstawione przez producenta urządzenia warunki takiego zastosowania, tj. odpowiedni przepływ wody przez urządzenie grzewcze zapewniony w całym zakresie jego pracy (stosowanie siłowników zamykających pojedyncze pętle jest w takim przypadku obostrzone pewnymi warunkami), odpowiedni zład wody grzewczej do rozmrażania czy też możliwości akumulacyjne systemu grzewczego w budynku.

Zimowy rozruch pompy ciepła a wygrzewanie posadzki

Przy najczęstszym obecnie zastosowaniu pompy ciepła współpracują w nowych budynkach w całości z instalacją podłogową. Zimowy rozruch pompy ciepła (pierwsze uruchomienie) – nawet jeśli posadzka została wcześniej wygrzana- wymaga doprowadzenia innym urządzeniem grzewczym do wymaganej temperatury na powrocie wody grzewczej z instalacji do 20-25°C.

Dopiero w tym przypadku producenci pomp ciepła zezwalają na samodzielną pracę pompy ciepła (dotyczy zwłaszcza producentów, którzy w konstrukcji zastosowali skraplacz płytowy, czyli praktycznie wszystkich urządzeń dostępnych na rynku).

Poniżej tej temperatury praca pompy ciepła byłaby zagrożona. Bardzo dużą rolę w poprawnym rozmrażaniu parowacza odgrywa przepływ wody grzewczej przez skraplacz pompy ciepła.

Badanie termowizyjne

Zobaczmy, jak wyglądają badania termowizyjne skraplacza płytowego przy rozmrażaniu parowacza dla różnych przepływów wody i temperatury powrotu wody z instalacji grzewczej:

  • przepływ wody przez skraplacz (pokazane na rys. 1): 0,3 l/s; temperatura wody w instalacji: 20°C;
  • w tym przypadku mamy stosunkowo mały przepływ wody i przez wielu producentów najniższą dopuszczalną temperaturę wody w instalacji; pojawia się ryzyko zamrożenia wody w skraplaczu;
  • przepływ wody przez skraplacz (pokazane na rys. 2): 0,3 l/s; temperatura wody w instalacji: 23°C;
  • również niewielki przepływ jak dla tego wymiennika; temperatura wody w instalacji wyższa o 3°C; obszar niskich temperatur jest mniejszy niż w pierwszym przypadku, jednak cały czas występuje w końcowej fazie wymiennika;
  • przepływ wody przez skraplacz (pokazane na rys. 3): 0,65 l/s; temperatura wody w instalacji: 20°C; ponad dwukrotnie większy przepływ spowodował, że w całym skraplaczu temperatura jest utrzymywana na bezpiecznym poziomie;
  • przepływ wody przez skraplacz (pokazane na rys. 4): 0,65 l/s; temperatura wody w instalacji: 23°C; w tym przypadku rozkład temperatur jest najbardziej bezpieczny i nie ma zupełnie żadnego ryzyka zamrożenia skraplacza w momencie rozmrażania parowacza.
Uruchamianie-pompy-ciepla-zima-kamera-termowizyjna
Rys. 1-4. Przepływ wody przez skraplacz – obraz z kamery termowizyjnej.

Rozruch pompy ciepła zimą a niska temperatura medium

Teraz chciałbym się zająć analizą urządzenia pracującego na zbyt niskiej temperaturze medium grzewczego w instalacji w przypadku budynku nieużytkowanego, będącego jeszcze w budowie (wykresy 2 – 4).

Uruchamianie-pompy-ciepla-zima-wykres2
Wykresy 2. Analiza urządzenia pracującego na zbyt niskiej temperaturze medium grzewczego w instalacji w przypadku budynku nieużytkowanego, będącego jeszcze w budowie (źródło: ekontrol.pl – autorski system diagnostyczno-kontrolny Hewalex).
Uruchamianie-pompy-ciepla-zima-wykres3
Wykresy 3. Analiza urządzenia pracującego na zbyt niskiej temperaturze medium grzewczego w instalacji w przypadku budynku nieużytkowanego, będącego jeszcze w budowie (źródło: ekontrol.pl – autorski system diagnostyczno-kontrolny Hewalex).
Uruchamianie-pompy-ciepla-zima-wykres4
Wykresy 4. Analiza urządzenia pracującego na zbyt niskiej temperaturze medium grzewczego w instalacji w przypadku budynku nieużytkowanego, będącego jeszcze w budowie (źródło: ekontrol.pl – autorski system diagnostyczno-kontrolny Hewalex).

Użytkownik nastawił bardzo niską temperaturę zasilania instalacji grzewczej (20°C). W momencie rozmrażania czujnik temperatury wskazuje na wejściu czynnika chłodniczego do skraplacza temperaturę -6,4°C.

Jeśli byłoby zaburzenie odpowiedniego przepływu wody lub w instalacji nie byłoby odpowiednio zamontowanego filtra wody wlotowej – mogłoby nastąpić zmrożenie części kanalików wymiennika i trwałe uszkodzenie urządzenia poprzez zalanie wodą układu chłodniczego.

Na końcu rozmrażania wylot wody ma temperaturę poniżej 0°C. W tym przypadku medium grzewczym jest glikol, ale jeśli zostałaby zastosowana woda, układ mógłby ulec zniszczeniu.

Wygrzew i trzy zjawiska

W procesie wygrzewania występują trzy zjawiska – odparowanie nadmiaru wody zużytej do przygotowania wylewki, usunięcie naprężeń mogących powodować pękanie ostatecznej okładziny podłogowej lub unoszenie się rogów posadzki w pomieszczeniach oraz „stworzenie” sobie przez rurę grzewczą miejsca w wylewce na kompensację temperaturową.

Jeśli do 50 m2 posadzki o grubości 6-7 cm zużywane jest ok. 500 litrów wody, to w typowym domu jednorodzinnym tej wody do przygotowania wylewki zużytej zostanie średnio ok. 2 m3.

Uruchamianie-pompy-ciepla-zima
Wykres 5. Wykres przedstawiający ilość energii zużywaną na przemianę fazową i ogrzanie wody (źródło: materiały szkoleniowe Hewalex).

Proces odparowania wody jest bardzo energochłonny. Na wykresie 5 możemy zaobserwować, że odparowanie 1 kg wody pobiera 2257 kJ, co możemy porównać do podgrzania od 0 do 100°C ponad 5 kg wody. Mnożąc to choćby przez część zużytej technologicznie wody koniecznej do odparowania, wychodzi nam wynik dostarczonej energii cieplnej na poziomie rocznego zapotrzebowania na ciepło budynku.

Oczywiście nie cała woda z jastrychu czy anhydrytu musi być odparowywana poprzez ogrzewanie posadzki, część wody zostanie usunięta naturalnym suszeniem. Suszeniem pozbywamy się jednak głównie wilgoci powierzchniowej.

Jak wygląda proces wygrzewania posadzki?

Sposób postępowania w sprawie wygrzewania wylewki należy wykonać wg normy PN-EN 1264, część 4. Proces wygrzewania posadzki należy rozpocząć po zakończeniu procesu wiązania jastrychu. W przypadku jastrychów cementowych proces rozpoczęcia wygrzewania określa się na 21 dni po wylaniu jastrychu.

W przypadku jastrychów anhydrytowych norma mówi o min. 7 dniach koniecznych na związanie podkładu. Odstępstwo od normy (tj. skrócenie czasu oczekiwania na wiązanie) jest możliwe wyłącznie w przypadku szczegółowych zaleceń producenta. W okresie wiązania jastrychu trzeba unikać zbyt szybkiego jego wysychania, dlatego w letnim okresie świeżo wylaną wylewkę, zwłaszcza narażoną na bezpośrednie działanie słońca, przykrywa się folią.

Prawidłowo pielęgnowana wylewka będzie miała odpowiednie parametry wytrzymałościowe i estetyczne (tj. nie będzie spękań).

Czas i temperatura

Sam czas wygrzewania również zależy od użytego materiału jastrychu oraz zaleceń producenta mieszanki. W przypadku anhydrytów wygrzewanie najlepiej rozpocząć temperaturą wody grzewczej ok. 5-10°C wyższą niż temperatura otoczenia.

Każdego dnia należy podnosić temperaturę wody ogrzewanej o 5 K aż do osiągnięcia 55°C, które należy utrzymać przez okres 2-5 dni (w zależności od wytycznych producenta jastrychu). W następnych dniach należy przeprowadzić proces odpuszczania – temperatura każdego dnia powinna być zmniejszana o 5 K (na zasilaniu wody grzewczej) aż do osiągnięcia temperatury 20-25°C. Ważne, że temperatura zasilania musi być stała, bez obniżania np. w okresie nocnym.

W przypadku wygrzewania jastrychu cementowego procedura wygrzewania jest bardzo podobna. Należy rozpocząć ok. 5-10 K wyższą temperaturą zasilanej wody grzewczej ponad temperaturę otoczenia. Co 2-3 dni trzeba podnosić temperaturę wody grzewczej o 5 K, aż do uzyskania zadanej 45-50°C, którą należy utrzymać przez 5 dni. Następnie co 2-3 dni należy obniżać temperaturę zasilania wody użytkowej o 5 K, aż do 25°C.

W czasie wygrzewania posadzki konieczne jest wietrzenie pomieszczeń, ale bez dużych przeciągów, zwłaszcza w okresie wiązania jastrychu. W czasie wygrzewania na posadzce nie powinny znajdować się żadne przedmioty, które mogłyby ograniczyć odparowanie wody z posadzki.

Czy z wygrzewania należy wykonać raport?

Wielu producentów systemów ogrzewania podłogowego, urządzeń grzewczych (zwłaszcza pomp ciepła) oraz producentów jastrychu do zachowania gwarancji wymaga przesłania protokołu z próby szczelności instalacji ogrzewania podłogowego oraz wygrzania jastrychu.

Czym wygrzewamy?

Czy wygrzewanie każdym urządzeniem grzewczym jest możliwe? Wszystko zależy od punktów skrajnych i warunków gwarancji zamontowanych urządzeń.

Na pewno wrażliwymi na proces wygrzewania mogą być pompy ciepła. W przypadku powietrznych pomp ciepła największym zagrożeniem jest niska temperatura powrotnej wody do skraplacza w procesie rozmrażania parownika.

Większość producentów zupełnie zabrania wygrzewania posadzki w okresie zimowym (w czasie kiedy pompa ciepła może wchodzić w proces rozmrażania parowacza), jeśli instalacja z powietrzną pompą ciepła wykonana jest w instalacji bezpośredniego zasilania ogrzewania bez bufora.

Wygrzew zabroniony

Wygrzewanie posadzki najczęściej zabraniane jest również dla instalacji pomp ciepła wykorzystujących ciepło z gruntu (niezależnie od pory roku). Wymienniki gruntowe – zarówno te poziome, jak i pionowe – oblicza się z dwóch warunków: na moc chłodniczą maksymalną pobieraną przez pompę ciepła oraz ilość energii, jaka może być pobrana w ciągu sezonu grzewczego, związaną z czasem regeneracji dolnego źródła.

Energia, która musi być dostarczona do wygrzania posadzki, jest niskotemperaturowa, czyli pompa ciepła będzie pracowała z wysokim współczynnikiem efektywności, pobierając bardzo duże ilości energii cieplnej z dolnego źródła. Powoduje to przekroczenie drugiego kryterium doboru – pobrana zbyt duża ilość energii w kWh z metra bieżącego odwiertu.

Ilość energii w ciągu roku, która może być dostarczona do urządzenia grzewczego, zostanie wyczerpana już w okresie wygrzewania posadzki, co może początkowo spowodować podniesienie kosztów ogrzewania (zbyt niska temperatura dolnego źródła w porównaniu do projektowej), a w ostateczności nawet do zamrożenia dolnego źródła (bardzo wysokie koszty naprawy).

Kiedy wygrzewać?

Wygrzewanie posadzki najlepiej wykonać poza sezonem grzewczym, ponieważ w tym czasie budynek nie ma dodatkowych strat ciepła do otoczenia. Wyprodukowane ciepło jest zużywane wyłącznie na potrzeby wysuszenia jastrychu.

Koszty w pierwszych sezonach grzewczych

Jeśli proces wygrzania był wykonany w sposób prawidłowy, zgodny z właściwą normą lub wytycznymi producenta jastrychu, koszty ogrzewania w pierwszym sezonie mogą być wyższe jedynie o 5-10% ze względu na wilgoć szczątkową w posadzce lub wilgoć, która może być jeszcze w innych przegrodach.

Jeśli wygrzanie posadzki nie było wykonane, koszty ogrzewania w pierwszym sezonie grzewczym mogą być nawet 2-krotnie większe, bo wilgoć z posadzki przy jej podgrzewaniu będzie odparowywać. Największy problem mają właściciele budynków, w których przed wygrzaniem ułożono już warstwę hydroizolacji lub ostateczną wykładzinę. W tym przypadku, jeśli wykładzina jest drewniana, ulegnie ona uszkodzeniu lub wilgoć zacznie się pojawiać na innych elementach budowlanych.

Poprawność wygrzania posadzki

Sprawdzenie odpowiedniej wilgotności jastrychu w przypadku wykładziny drewnianej zawsze dokonuje się wilgotnościomierzami (metoda badania CM). Zakładana wilgotność po wygrzaniu posadzki nie powinna przekraczać 0,3% dla wylewek anhydrytowych oraz do 1,8% dla jastrychów cementowych.

Dla wykładzin ceramicznych test można uprościć – próbę można wykonać za pomocą folii PE (o wymiarach min. 1 x 1 m) szczelnie przyklejonej taśmą klejącą do jastrychu. Jeśli po 24 godzinach pod folią pojawi się wilgoć, proces wygrzewania i suszenia posadzki należy kontynuować aż do uzyskania poprawnej próby.

Szymon Piwowarczyk

Prenumerata Magazynu Instalatora

2 myśli na temat “Zimowy rozruch pompy ciepła

  • 15 marca 2019 o 18:27
    Permalink

    Opiszę pierwszy rozruch mojej pompy ciepła. Układ zalny jeszcze wodą . Glikol czekał w bańkach. Pompę urochomilem wraz z instalatotem z obawy o zamarzniecie wody w układzie. Październik, pogoda wilgotno ok 0*C wiatr czyli najgorsze warunki dla pompy. Dom ok 130m jeszcze niekompletnie ocieplony, drzwi z desek stan surowy zamknięty. W środku ok 5*C. Włączenie pompy godzina 17. Następnego dnia przed pracą o godzinie 6 w domu czuć ciepło i wilgoć podłogi wyczówlnie ciepłe. Po powrocie z pracy ok 17 zadzwoniłem do instalatora jak wyłączyć pompę bo w srodku jak w tropikach ok 25*C i bardzo wilgotne powietrze, przez tynk było widać gdzie są wieńce tak sie wszystko pociło. Czyli pompa przez 24h dała rade nagrzać dom. Znjaomi istalatorzy pieców C.O twierdzili że piec potrzebuje na to kilka dni. To pokazuje przewagę i wydajność dobrych powietrznych pomp Ciepła bez grzałek i nie ma strachu że coś zamarznie i sie popsuje.

    Odpowiedz
    • 16 marca 2019 o 10:37
      Permalink

      Energia to energia i nie ważne czym ja dostarczymy, musimy jej dostarczyć tyle samo (ewentualnie koszt wytworzenia będzie inny w zależności od zainstalowanego źródła ciepła i jego efektywności), dlatego na Pana przykładzie sądzę że kocioł CO też by sobie sprawnie z tym poradził,energii musiał by dostarczyć tyle samo co wspomniana pompa.

      Sam artykuł bardzo fajny i istotny, tłumaczy bardzo ważne zagadnienie. Często po uruchomieniu pompy w zimnym i mokrym budynku są telefony czemu koszty są takie wysokie…

      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