Ciepła woda z pompy ciepła

Poprawny dobór sposobu przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz poszczególnych komponentów całej instalacji jest istotny w każdym przypadku, a dodatkowo nabiera znaczenia w instalacjach z pompami ciepła.

Rynek oferuje wiele rozwiązań pozwalających na przygotowanie ciepłej wody. Jednym z rozwiązań, które można do tego celu wykorzystać są pompy ciepła.

Na początek – fakty

Rozpisywanie się na temat tego, jak ważna dla każdego z nas jest ciepła woda użytkowa, nie ma najmniejszego sensu. Jej dostępność o dowolnej temperaturze jest dla nas oczywista i zwyczajnie przyzwyczailiśmy się, że ją mamy.

Warto przy tej okazji przytoczyć dwa ciekawe fakty. Po pierwsze, dostęp do ciepłej wody użytkowej oceniamy wyżej niż ciepło centralne w budynku. Po drugie, ciepła woda użytkowa stanowi w nowym budownictwie blisko 38% całkowitego zapotrzebowania na energię cieplną budynku, a to dużo! Taki udział wynika z bardzo dobrej jakości stosowanych obecnie materiałów budowlanych i wysokich standardów, jakie obowiązują w budownictwie.

To z kolei powoduje ciągły spadek zapotrzebowania energii na cele grzewcze budynku, podczas gdy zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową pozostaje wciąż na podobnym poziomie, a to dlatego, że nasze przyzwyczajenia co do komfortu nie zmieniają się.

Ograniczenie zużycia energii na cele ciepłej wody użytkowej możemy osiągnąć jedynie poprzez poprawę izolacji termicznej rurociągów wody ciepłej, obniżenie wymaganej temperatury ciepłej wody, czasowe lub termostatyczne regulowanie pracy instalacji cyrkulacji ciepłej wody użytkowej lub po prostu ograniczenie zużycia ciepłej wody.

Sposoby na ogrzewanie

Wodę użytkową można ogrzewać w dużym uproszczeniu na dwa sposoby – przepływowo, a więc w momencie wystąpienia zapotrzebowania, albo poprzez magazynowanie w zbiornikach. Istnieje także rozwiązanie łączące oba systemy, w których zbiornik buforowy stanowi źródło ciepła dla przepływowego przygotowania ciepłej wody użytkowej.

Pompy ciepła w budynku - rysunek
Rys.1. Pompy ciepła do ciepłej wody użytkowej: model z wężownicą do przyłączenia drugiego źródła, np. kotła. Model bez wężownicy wyposażony jest w grzałkę elektryczną będącą alternatywnym źródłem ciepła; tworzy całkowicie autonomiczną jednostkę na ciepłą wodę użytkową.

Rozwiązanie to jest przeznaczone najczęściej pod instalacje z wieloma różnymi źródłami ciepła lub źródłami OZE pracującymi okresowo, takimi jak termiczne kolektory słoneczne.

Ogrzewanie przepływowe

Ogrzewanie wody użytkowej w sposób przepływowy kojarzy się zwykle z podgrzewaczami, termami lub kotłami 2-funkcyjnymi, a więc z reguły urządzeniami gazowymi lub elektrycznymi. Urządzenia te dysponują mocą pozwalającą na przygotowanie wody ciepłej w liczbie około 10-14 litrów na minutę, przy czym jest to jednocześnie maksymalny strumień wody, jaki możemy uzyskać.

Stąd też, decydując się na rozwiązanie z przepływowym przygotowaniem ciepłej wody użytkowej, punkty poboru wody lokalizowane powinny być w pobliżu kotła, a ich wydatek nie powinien przekraczać maksymalnej wydajności urządzenia grzewczego.

Ogrzewanie w zbiornikach

W przypadku urządzeń, jakimi są pompy ciepła, woda użytkowa jest ogrzewana w zbiornikach pojemnościowych, tak aby pomimo niewielkiej mocy grzewczej, jaką dysponuje urządzenie, zapewnić komfort użytkownikom. Duża ilość zmagazynowanej wody to przede wszystkim duża swoboda korzystania z ciepłej wody użytkowej niezależnie od ilości punktów poboru oraz rozległości instalacji. Jedynym ograniczeniem w ilości wody dostępnej jednorazowo jest pojemność podgrzewacza.

W trakcie rozmów z inwestorem konieczne jest rozpoznanie przyzwyczajeń i oczekiwań co do dostępności ciepłej wody użytkowej. W odróżnieniu od przepływowego przygotowania wody użytkowej zbiornik pozwala na wykonanie instalacji cyrkulacji z doprowadzeniem ciepłej wody użytkowej pod każdy punkt poboru, dzięki czemu jest on dostępny niemal natychmiast po odkręceniu kurka. W przypadku podgrzewaczy przepływowych woda ogrzewana była w momencie zapotrzebowania, tu natomiast podgrzewana jest pewna ilość wody, która stanowi bufor oczekujący na pobór.

Zbiornik z gorącą wodą generuje oczywiście straty ciepła do otoczenia, jednak dla nowych zbiorników wartość ta nie osiąga niewielkich wartości od 1,2 do 2,5 kWh/dobę, a poza tym otoczeniem odbierającym „utracone” ciepło jest i tak wnętrze budynku.

Ciepła woda użytkowa z pompy ciepła

Poprawny dobór sposobu przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz poszczególnych komponentów całej instalacji jest istotny w każdym przypadku, a dodatkowo nabiera znaczenia w instalacjach z pompami ciepła. Rynek oferuje wiele rozwiązań pozwalających na przygotowanie ciepłej wody przy pomocy pompy ciepła. Jednym z nich jest bardzo popularna w Polsce pompa ciepła realizująca tylko przygotowanie ciepłej wody użytkowej.

Rysunek - rozkład temperatur zewnętrznych dla Krakowa
Rys.2. Rozkład temperatur zewnętrznych dla Krakowa za rok 2012 w podziale na dni występowania.

Rocznie w kraju montowanych jest przeszło 10 000 takich urządzeń. Budowa nie jest skomplikowana, a montaż wygląda podobnie jak typowego zbiornika ciepłej wody i uzupełniony jest często o prace związane z kanałami powietrza zasysanego i usuwanego. Moduł pompy ciepła typu powietrze/woda o mocy grzewczej od 1,5 do 3 kW (dla warunków znormalizowanych) znajduje się w górnej części urządzenia, umieszczony tuż nad zbiornikiem wody użytkowej o pojemności od około 200 do 300 litrów.

Taka pojemność w połączeniu z niewielką mocą grzewczą modułu pompy ciepła gwarantuje wydatki ciepłej wody wystarczające dla typowej rodziny z tradycyjnym wyposażeniem łazienek. Niewielka moc grzewcza to jednak także długi czas ponownego przygotowania ciepłej wody w zbiorniku, dlatego też należy upewnić się, że urządzenie będzie w stanie spełnić oczekiwania inwestora.

Skąd powietrze do pompy ciepła?

Pompa ciepła może pracować zasysając powietrze ze swojego otoczenia (pomieszczenia, w którym stoi) lub z zewnątrz przez system kanałów. To drugie rozwiązanie jest o tyle korzystne, że nie powoduje wychładzania wnętrza budynku jak również generuje dużo mniejszy hałas podczas pracy. Pompa ciepła samodzielnie i skutecznie przygotuje ciepłą wodę użytkową do temperatury powietrza na poziomie 0 °C, przy czym sama zazwyczaj może pracować do dużo niższych temperatur powietrza, nawet -10 °C.

Dla tak niskich wartości temperatury powietrza zasysanego nie uzyskamy jednak pompą ciepła komfortowej temperatury ciepłej wody użytkowej i konieczne będzie dołączenie drugiego źródła ciepła do wsparcia, np. grzałki elektrycznej lub kotła. Pompy ciepła do ciepłej wody użytkowej idealnie nadają się do modernizacji kotłowni opalanych paliwem stałym, wyręczając kocioł w przygotowaniu ciepłej wody użytkowej średnio przez 300 dni w roku.

Ograniczyć można w ten sposób zarówno zużycie paliwa, jak i związaną z tym emisję zanieczyszczeń, głównie pyłów odpowiedzialnych za smog, a poza sezonem grzewczym można całkowicie zapomnieć o eksploatacji kotłowni – pompa zajmie się w całości przygotowaniem ciepłej wody.

Zasady doboru pompy ciepła

W przypadku klasycznych pomp ciepła przygotowanie ciepłej wody użytkowej odbywa się bardzo podobnie, jak opisano powyżej, przy czym z uwagi na większą moc grzewczą sprężarki obowiązują tutaj pewne zasady doborowe, zarówno te ogólne, jak i te szczegółowe, producenckie.

Wytyczne doborowe ogólne pomogą oszacować minimalną pojemność zbiornika wody użytkowej, powierzchnię wymiany ciepła wymiennika ciepła i w końcu podpowiedzą, czy konieczny będzie dodatek mocy dla pompy ciepła.

Minimalna pojemność zbiornika

Wymaganą minimalną pojemność zbiornika wyznaczyć można wg uproszczonego wzoru:

Vzbiornika = VDP60 * (60 – tzimna woda )/( twymagana – tzimna woda)

VDP60: liczba osób pomnożona przez pojemność ciepłej wody użytkowej przy 60 °C w litrach (dla domu jednorodzinnego na każdą osobę przyjmuje się 50 litrów):

  • tzimna woda: temperatura dopływającej zimnej wody
  • twymagana: zadana temperatura ciepłej wody w zbiorniku.

Przykład: dom jednorodzinny z 4 osobami:

  • 4 osoby * 50 l = 200 litrów (60 °C)
  • VDP60 = 200 l
  • tzimna woda = 10 °C
  • twymagana = 45 °C.

Vzbiornika = 200 * (60 – 10)/(45 – 10) = 286 litrów

Przy faktycznej zadanej temperaturze ciepłej wody 45 °C otrzymuje się minimalną pojemność zbiornika ciepłej wody użytkowej wynoszącą 286 litrów.

Zbiorniki do pompy ciepła
Rys.3. Zbiorniki wody użytkowej ze zintegrowanymi wężownicami do współpracy z pompami ciepła. Wężownica powinna zapewniać minimum 0,25 m2/1 kW mocy grzewczej pomp ciepła dla warunków znormalizowanych.
Zbiorniki do pompy ciepła
Zbiorniki do pompy ciepła
Rys.4. Zbiorniki wody użytkowej ogrzewane przez zewnętrzny wymiennik płytowy.

Powierzchnia wymiany ciepła

W obliczeniach wymaganej powierzchni wymiany ciepła (do przeniesienia mocy grzewczej pompy ciepła) należy przyjąć jako punkt wyjścia minimum 0,25 m2 na każdy 1 kW mocy grzewczej pompy ciepła, przy czym dla pomp ciepła typu solanka/woda moc grzewczą odczytujemy dla punktu znormalizowanego B0/W35, natomiast dla pomp ciepła powietrze/woda punkt znormalizowany wynosi A-7/W35. Przy obliczaniu uwzględnia się pełną moc grzewczą w danych punktach pracy.

W przypadku pomp ciepła, które korzystają z dolnego źródła ciepła wymagającego regeneracji (solanka/woda), konieczne jest sprawdzenie tzw. dodatku mocy na ciepłą wodę użytkową, które oblicza się na podstawie reguły: 1 osoba = dodatek ciepłej wody użytkowej na poziomie 0,5 kW. Dodatek ten uwzględnia się tylko, jeżeli obliczony dodatek stanowi co najmniej 20% mocy obliczeniowej na centralne ogrzewanie budynku.

Przykład

Przykładowo w przypadku domu jednorodzinnego o mocy obliczeniowej 6 kW, w którym mieszkają 4 osoby, dodatek na ciepłą wodę użytkową wyniesie 4 * 0,5 kW = 2 kW. Dodatkowa moc na ciepłą wodę użytkową 2 kW stanowi w naszym przykładzie 30% mocy obliczeniowej budynku. Konieczne jest w tym wypadku uwzględnienie dodatkowej mocy. Poprawnym będzie zatem dobór pompy ciepła o mocy grzewczej nie mniejszej niż 6 kW i zbliżonej do wartości 8 kW.

Istotne uwagi

Dodatkowe, szczegółowe uwarunkowania producenckie mogą zaostrzać powyższe zasady doborowe, np. wskazując na konieczność zachowania minimalnej powierzchni wymiennika ciepła 0,3 m2 zamiast 0,25 m2 na każdy kW mocy grzewczej. Często producenci pomp ciepła zapewniają szereg materiałów wspomagających projektowanie i dobór, np. tabele doborowe wybranych zbiorników ciepłej wody użytkowej i pomp ciepła oraz sposoby ich poprawnego podłączenia.

Powierzchnia wężownicy pozwala zazwyczaj na współpracę z pompami ciepła do mocy grzewczej znormalizowanej nie większej niż 17 kW. W przypadku maszyn o większej mocy grzewczej miejsce wężownicy zastępuje zewnętrzny płytowy wymiennik ciepła, którego powierzchnia wymiany ciepła powinna spełniać te same wymagania co wężownica. Rozwiązanie musi zapewniać przeniesienie całej generowanej przez pompę ciepła mocy grzewczej.

Pompy ciepła - jednostka wewnętrzna
Pompy ciepła – jednostka wewnętrzna

Zbiorniki ogrzewane przez zewnętrzne wymienniki ciepła mogą być wyposażone w dodatkową wężownicę dającą możliwość podłączenia dodatkowego źródła ciepła, np. kotła grzewczego. Kocioł może pełnić rolę zapasowego źródła ciepła i przygotować ciepłą wodę użytkową w przypadku wystąpienia zakłócenia w pracy pompy ciepła lub być używany przez pompę ciepła do realizacji wygrzewania antybakteryjnego wody użytkowej.

Doświadczenie pokazuje, że w instalacjach z pompami ciepła to właśnie woda użytkowa jest najczęstszą przyczyną zgłoszeń serwisowych. Tych kłopotów można uniknąć, stosując się do zaleceń branżowych, jak również do wskazówek producenckich, które z reguły stanowią podstawowy warunek prawidłowo wykonanego montażu i działania instalacji. Rynek oferuje także rozwiązania gotowe i już do siebie dopasowane w formie kompaktowych pomp ciepła ze zintegrowanymi zbiornikami ciepłej wody użytkowej. Specjalista branżowy podpowie, które rozwiązanie będzie najkorzystniejsze w danym przypadku.

Dawid Pantera

Jedna myśl na temat “Ciepła woda z pompy ciepła

  • 11 grudnia 2019 o 11:14
    Permalink

    Na schemacie na początku artykułu jest błąd w pokazaniu kierunku pracy pompy cyrkulacyjnej cwu.

    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