9 maj, 2018 w: Poradniki komentarzy: 0 Wyświetleń: 377

Jak dobrać pompę ciepła ?

Pompa ciepła przyniesie spodziewane rezultaty, tylko gdy będzie dopasowana do specyfiki danego budynku. Wybór właściwego urządzenia jest dosyć trudny, bo wymaga uwzględnienia wielu czynników. Najlepszym rozwiązaniem jest zatem zlecenie tego wykwalifikowanym instalatorom lub osobom zajmującym się serwisem pomp ciepła. Chcemy podpowiedzieć jednak na jakie parametry należy zwracać szczególną uwagę.

Pompa ciepła nie „produkuje” energii, dlatego nie musi spalać żadnego paliwa. Jest to urządzenie korzystające z naturalnej energii, która w ogromnych ilościach utrzymuje się w naturalnych pokładach – wodzie, gruncie lub powietrzu.

Pompa ciepła wykorzystuje niskotemperaturową energię słoneczną i geotermalną zakumulowaną w gruncie i wodach podziemnych (dolne źródło ciepła) lub powietrze, a następnie przekazuje energię cieplną o wyższej temperaturze, podniesionej nawet do 60 C do instalacji centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej (górne źródło ciepła).
Kosz eksploatacji pompy ciepła ogranicza się jedynie do zakupu niewielkiej ilości energii elektrycznej. Warto przy tym wyraźnie zaznaczyć, że jest ona potrzebna tylko i wyłącznie do podtrzymania pracy systemu, a nie do ogrzewania wody. Z każdego 1 kW energii elektrycznej, który zużyje pompa, można uzyskać nawet do 5 - zupełnie darmowych - kW energii z „ziemi”. W całości wykorzystamy je na potrzeby ogrzewania budynku.

Poniżej najprostszy schemat pokazujący zasadę działania pompy ciepła:

dobór pompy ciepła

Moc grzewczą pompy ciepła dobieramy tak, żeby w 100% pokrywała zapotrzebowanie na moc grzewczą budynku do pewnej temperatury powietrza zewnętrznego (np. -8°C), przy której jej sprawność jest jeszcze dla nas opłacalna.Jeżeli przy minimalnej temperaturze obliczeniowej (dla Polski są to wartości w zakresie od -16°C do -24°C, w zależności od strefy klimatycznej) moc grzewcza pompy ciepła jest niższa niż zapotrzebowanie na moc grzewczą budynku, to konieczne jest zastosowanie dodatkowego źródła ciepła (najczęściej grzałka elektryczna), która będzie wspomagała pracę pompy ciepła w ciągu tych kilku najzimniejszych dni w roku.

Strefy klimatyczne dla całego kraju:

strefy klimatyczne Polski


Producenci pomp ciepła z reguły podają cztery podstawowe wartości: moc grzewczą, moc chłodniczą, moc elektryczną oraz współczynnik COP. Aby odpowiednio dostosować urządzenie, należy zebrać jak najwięcej informacji dotyczących obiektu, w którym będzie zainstalowane.

Zgodnie z normą EN 14511 i EN 255 parametry pomp ciepła podawane są dla temperatury wody grzewczej na zasilaniu instalacji W=35°C i temperatury:

Dla pompy typu ziemia-woda B=0°C – B0/W35 (temperatura solanki 0°C / temperatura wody grzewczej 35°C),
Dla pompy typu woda-woda W=10°C – W10/W35 (temperatura wody gruntowej 10°C / temperatura wody grzewczej 35°C),
Dla pompy typu powietrze-woda A=2°C – A2/W35 (temperatura powietrza 2°C / temperatura wody grzewczej 35°C).

Dodam tylko że pompy typu woda-woda mimo największego współczynnika COP mają najmniejszy udział w rynku pomp ciepła. Spowodowane jest to kosztami inwestycyjnymi, eksploatacyjnymi oraz zjawisko, które można określić jako „nieobliczalność funkcjonowania dolnego źródła”.Układ woda-woda wymaga stałego nadzoru. Poza tym, nawet jeśli układ sprawnie funkcjonuje dziś, wcale nie ma pewności, że będzie poprawnie działał za rok lub dwa. Zmianie mogą ulec warunki gruntowo-wodne (np. w wyniku budowy w okolicy drogi/autostrady). Może nawet dojść do sytuacji, że studnie, wykorzystywane w instalacji, po prostu wyschną.

Moc grzewcza Pg
Moc grzewcza pompy (Pg) określa energię z jaką sprężarka dostarcza ciepło do instalacji. Ma ona kluczowe znaczenie dla działania systemu, ponieważ urządzenie o niewystarczającej mocy nie będzie w stanie ogrzać budynku, natomiast zbyt duża wartość spowoduje nadmierne zużycie prądu.

Wstępnie można oszacować zapotrzebowanie ciepła budynku (moc cieplną) na podstawie ogrzewanej powierzchni przyjmując że:

budynek pasywny: 10 W/m2
budynek niskoenergetyczny: 40 W/m2
nowy budynek z dobrą izolacją cieplną: 50 W/m2
dom z normalną izolacją cieplną: 70 W/m2
stary dom ze słabą izolacją cieplną: 120 W/m2


Pg można wstępnie obliczyć mnożąc powierzchnię obiektu przez zapotrzebowanie na moc. Przykładowo jeżeli mamy energooszczędny dom o zapotrzebowaniu 50 W/m2 i powierzchni 160 m2, to 50x160 = 8 KW. Jeżeli pompa będzie służyć także do podgrzewania CWU, należy to także uwzględnić. Jeśli ta sama pompa ciepła nie tylko ogrzewa dom, ale również grzeje c.w.u., to trzeba jeszcze dorzucić ok. 1 kW(na 4 osoby). Zakłada się przy tym, że jedna osoba zużywa na dobę ok. 50 l wody o temperaturze 45°C, do czego potrzebna jest moc grzewcza 0,25 kW (zakładając czas podgrzewania tej wody 8 godz). Zatem dla rodziny 4-osobowej mamy 4 x 0,25 kW = 1 kW.

Moc elektryczna Pe
Pe określa maksymalną ilość energii, którą wykorzystuje sprężarka. Z reguły prąd elektryczny stanowi 25% zapotrzebowania energetycznego pompy ciepła. Pozostała część pochodzi ze źródła dolnego. Im mniejszy wskaźnik, tym tańsza będzie eksploatacja urządzenia.

Moc chłodnicza Pch
Pch informuje o mocy, z którą sprężarka może maksymalnie pobierać ciepło ze źródła dolnego. Wartość parametru oblicza się odejmując moc elektryczną od mocy grzewczej urządzenia. W praktyce w dużej mierze zależy ona od temperatury panującej na zewnątrz, bo im jest ona niższa, tym słabsza również jest sprawność układu. Pch zyskuje dodatkowe znaczenie, jeśli pompa będzie używana również do chłodzenia pomieszczeń. W takim przypadku powinniśmy zadbać, by jego wartość była możliwie najwyższa.

Współczynnik COP
Ostatnim, ale bardzo istotnym, parametrem jest tzw. współczynnik wydajności cieplnej COP (coefficient of performance). Wyraża on stosunek pomiędzy mocą grzewczą pompy a energią potrzebną do zasilenia jej układu. Im wyższa wartość współczynnika, tym pompa jest bardziej efektywna. Współczynnik osiąga najwyższe wartości, gdy różnica temperatur systemu grzewczego oraz źródła dolnego jest najmniejsza.
Wielkość wskaźnika efektywności COP zależy między innymi od temperatury dolnego źródła ciepła, jak i od temperatury wody grzewczej na wyjściu z pompy ciepła (na zasilaniu instalacji grzewczej). Dla tego, bardziej uzasadnione jest stosowanie w nowych budynkach ogrzewania niskotemperaturowego – np. ogrzewanie podłogowe o jak najniższej temperaturze wody grzewczej bo wtedy pompa ciepła zapewnia najniższe koszty ogrzewania.

Przykre konsekwencje złego doboru pompy ciepła mogą wynikać z błędów popełnionych na etapie doboru urządzenia i projektowania instalacji do odbioru ciepła. Podstawą jest precyzyjne obliczenie, ile energii potrzeba do ogrzewania domu, aby można było ustalić niezbędną moc cieplną. Producenci pomp ciepła zalecają dobierać ją tak, żeby sprężarka pompy pracowała 1800-2500 godzin w ciągu roku, i twierdzą, że wtedy nie zużyje się przed upływem 20 lat. Zbyt mała moc powoduje, że czas pracy sprężarki się wydłuża, więc trzeba ją wymienić wcześniej. W przypadku pomp odbierających ciepło z gruntu zdarza się, że moc urządzenia jest odpowiednia, a problemy wynikają z niedopasowania do niej wielkości instalacji odbierającej ciepło ze źródła (gruntu).

Przyjrzyjmy się bardziej pompie ciepła typu ziemia-woda
Pompy te mają wyższy współczynnik COP ze względu na wyższą stabilność temperatury dolnego źródła niż pompy powietrze-woda. Różnica temperatur źródła nie będzie przekraczać około 10 C gdzie przy pompie powietrze-woda różnica może wynieść nawet 50 C.Niestety na etapie inwestycyjnym będzie to większy wydatek ze względu na konieczność instalacji wymiennika - pionowego lub poziomego. Załóżmy że moc pompy ciepła wyniesie 9 kW.
Dla wymiennika pionowego zakłada się uzysk ciepła na poziomie 40W/m2 a więc 9000W podzielone na 40 daje 225m i tyle powinna wynosić łącznie długość odwiertu. Najkorzystniejsze będzie zrobienie wtedy trzech odwiertów po około 75m. Dlaczego? Prawo geologiczne stosowane jest do odwiertów na głebokość do 99m.... poniżej 100m działa już prawo górnicze, a to dodatkowe koszta i pozwolenia.
Dla wymiennika poziomego zakłada się uzysk ciepła na poziomie 20W/m2 a więc 9000W podzielone na 20 daje 450m2 i tyle powinna wynosić łącznie powierzchnia wymiennika. Ten sposób będzie tańszy ale będziemy musieli dysponować powierzchnią działki , która nie będzie mogła być zabudowana - na przykład garażem albo kostką brukową.Wymiennik poziomy może być typu meandrycznego lub spiralnego, wszystko zależy od warunków geologicznych panujących na danej działce.
Dla pompy ziemia-woda bardzo ważnym czynnikiem jest dokładne wykonanie wymiennika - jeżeli zakładany odwiert ma mieć łącznie 225 m to musi to być 225m.... , brak kilkunastu metrów w odwiercie spowoduje brak mocy dolnego źródła co spowoduje - wyższe rachunki, nieprawidłową pracę pompy oraz szybsze zużycie sprężarki. Dodajmy jeszcze że na wymiennik pionowy potrzebny jest projekt a wymiennik poziomy wykonujemy tylko na zgłoszenie w odpowiednim urzędzie
Dużym problemem może okazać się zły dobór przekrojów rur w magistrali pompy ciepła. Przekrój rur musi być bardzo dokładnie dobrany do mocy pompy. Dla przykładu podamy taką sytuację opisaną przez jednego z producentów z którym współpracujemy:
Pompa ciepła monoblock o mocy 24 kW została podłączona do instalacji rura miedzianą FI28. Przy założeniu przez pompę mocy potrzebnej w danej chwili 100% , sterownik pompy pokazywał moc uzyskiwaną na poziomie 43%..... Po zmianie przekroju rur na FI42 sterownik wykazywał moc zadaną - 100% a moc uzyskiwaną - 100%..... Jak widać bardzo ważna jest oprócz dobrze dobranej mocy pompy ciepła bardzo dobrze wykonana instalacja którą przekazujemy ciepło z pompy na odbiorniki ciepła.
Najnowsze pompy ciepła są wyposażone w bardzo rozbudowane sterowniki , które dokładnie pokazują temperatury zarówno dolnego jak i górnego źródła. I generalnie są zaprogramowane tak aby pilnować zadanych delt temperatur.

Pamiętajmy więc że pompa ciepła będzie pracowała najsprawniej gdy:
różnica temperatur między dolny a górnym źródłem będzie jak najniższa (wybrać ogrzewanie niskotemperaturowe)
zapotrzebowanie na moc nie będzie przekraczać mocy pompy ( najlepiej dobrac pompę aby nie musiała dogrzewać układu grzałką elektryczną)
instalacja będzie wykonana perfekcyjnie (powierzyć to zadanie firmie, która zajmuje się tym profesjonalnie)

Dodajmy jeszcze kilka spostrzeżeń na podstawie wielu rozmów z instalatorami oraz producentami:
Najbardziej stabilna jeżeli chodzi o pracę jest pompa ziemia-woda
Jeżeli pompa ciepła ma pracować w trybie monowalentnym( jedyne źródło ciepła) - odradzamy montaż pompy ciepła w budynkach nieocieplonych i modernizowanych z ogrzewaniem wyłącznie grzejnikowym o powierzchni powyżej 180m2.
Moc pompy musi być bardzo precyzyjnie dobrana do budynku i rodzaju zastosowanego ogrzewania.
Instalacja musi być wykonana dokładnie pod potrzeby zapotrzebowania na ciepło z zachowaniem odpowiednich przekrojów rur oraz odpowiednich pojemności wymienników lub buforów. Jeżeli w projekcie ma być tylko ogrzewanie podłogowe to niedopuszczalne jest późniejsze dołożenie "grzejnika w garażu" lub "drabinki" w łazience... Błędy na poziomie instalacji dają później opłakane efekty w postaci bardzo wysokich rachunków za prąd lub szybkie zużycie sprężarki pompy ciepła.

Komentarze

Zostaw swój komentarz