Projekty systemów z pompami ciepła. Sprzęgło za buforem
Jakie czynniki należy uwzględnić przy projektowaniu układu grzewczego z pompa ciepła? Przy projektowaniu systemu grzewczego z pompą ciepła bardzo często pomijane są aspekty optymalnego doboru pod względem kosztów ogrzewania. Dla inwestorów jest to często najistotniejszy powód jej zastosowania.
Należy tu uwzględnić wymagane temperatury oraz charakter odbiorników ciepła i w wielu przypadkach korzystniejsze jest rozwiązanie z dwoma pompami ciepła pracującymi niezależnie na dwa bufory, uzyskując tym samym łącznie wyższy średni współczynnik energetyczny COP.Dobór pompy ciepła dla uzyskania wymaganej mocy grzewczej i odpowiednich parametrów przeprowadzają bardzo często doradcy handlowo-techniczni dostawców pomp ciepła. Ich wiedza techniczna najczęściej zdobywana jest na szkoleniach organizowanych przez producentów pomp ciepła. Szkolenia te, bez gruntownego wykształcenia w zakresie hydrauliki, chłodnictwa i techniki grzewczej, pomagają im jedynie w przypadkach standardowych rozwiązań dla nowo projektowanych budynków.
W wielu przypadkach mamy jednak do czynienia z zaprojektowaniem centrali z pompą ciepła dla budynków niestandardowych jak hale produkcyjne i magazynowe, szpitale, obiekty sportowe lub budynki istniejące. I tutaj należy uwzględnić wiele czynników wymaganych dla jej zastosowania:
parametry grzewcze i hydrauliczne projektowanej instalacji,
parametry grzewcze i hydrauliczne istniejącej instalacji,
możliwość wykonania wymiennika gruntowego,
przy pompach ciepła powietrze/woda w ustawieniu zewnętrznym możliwość ich usytuowania w miejscach niezagrażających oblodzeniu murów i chodników oraz możliwości ich uszkodzeń mechanicznych i dewastacji.
Kolejnymi istotnymi czynnikami determinującymi projekt instalacji z pompą ciepła są: możliwość transportu elementów instalacji do pomieszczenia, uwzględnienie rzeczywistych strat ciśnienia, odległości pompy ciepła od wejścia rur solanki z wymiennika gruntowego, zasobnik buforowy, zasobnik c.w.u.
Transport Często w budynkach istniejących, szczególnie starszych czy zabytkowych, pomieszczenia przeznaczone na montaż urządzeń znajdują się w piwnicy o wąskich przejściach przez klatkę schodową. Możliwość transportu urządzeń do pomieszczenia przeznaczonego na centralę grzewczą może być więc ograniczona. Doradcy handlowo-techniczni nie zawsze mają na ten temat wystarczająco informacji, często jednak powodowani potencjalną korzyścią finansową ze sprzedaży pompy ciepła nie starają się o ich uzyskanie. Prawdziwe problemy występują dopiero w fazie wykonawstwa i często wzrost kosztów robót budowlanych umożliwiających wprowadzenie urządzeń pokrywa inwestor. Sprawdzenie możliwości wprowadzenia urządzeń jest obowiązkiem projektanta. Zdarzają się jednak przypadki, że projektant w ogóle nie przeprowadzi wizji lokalnej przed zakończeniem projektu. Obowiązkiem projektanta jest przeprowadzenie wizji lokalnej przed złożeniem oferty projektowej. Takie przypadki należą jednak do rzadkości ze względu na bardzo ograniczony czas opracowania oferty i łączne koszty projektu. I tu wina leży po stronie inwestora lub odpowiedzialnego za przetarg urzędnika. Starannie przeprowadzona wizja lokalna budynków istniejących bez aktualnej dokumentacji budowlanej pozwoli na ewentualne zaoferowanie projektu z urządzeniami o mniejszych gabarytach, jednak pracochłonność wykonania takiego projektu jest często wyższa od projektu wykonanego na podstawie nieaktualnej lub szczątkowej dokumentacji i informacji.
Pominięcie strat ciśnienia Częstym przypadkiem, szczególnie w małych obiektach, jest pominięcie sprawdzenia strat ciśnienia w wymienniku gruntowym przy zastosowaniu pompy ciepła z wbudowaną pompą obiegową „dolnego źródła”. Wychodzi się z założenia, że wbudowana pompa obiegowa przewiduje wszystkie przypadki. Wbudowane pompy obiegowe przewidują jednak tylko przypadki standardowe. Mogą być one niewystarczające przy pompach ciepła z wymiennikiem gruntowym z sondami o dużej głębokości i studzienką zbiorczą znacznie oddaloną od pompy ciepła.
Odległości Przy planowaniu usytuowania pompy ciepła w pomieszczeniu centrali należy zwrócić uwagę na odległość pompy ciepła od wejścia rur solanki z wymiennika gruntowego. Odległość ta powinna być jak najmniejsza. W przewodach solanki płynie czynnik o temperaturze zbliżonej do zera, czego nie spotykamy nawet w instalacjach wody lodowej. Niska temperatura czynnika powoduje możliwość szybkiego skraplania się wilgotnego powietrza na rurach. Prawidłowo dobrana izolacja rur PE z otuliny kauczukowej jest droga, a jej staranny montaż bardzo pracochłonny. Największy problem występuje z prawidłowym montażem izolacji i zdarzają się przypadki wycieku skroplin z jej połączeń. Powoduje to często reklamacje użytkownika o nieszczelności instalacji. Należy też zwrócić uwagę w założeniach dla instalacji wentylacji o konieczności zapewnienia min. 1-krotnej wymiany powietrza. Dlatego w projektowaniu należy dążyć do zminimalizowania długości rur solanki montowanych w centrali.
Zasobnik buforowy Bardzo ważnym elementem centrali grzewczej jest zasobnik buforowy wody grzewczej. Można rozróżnić dwa rodzaje połączeń buforów – połączenie szeregowe i połączenie równoległe. Połączenie szeregowe najczęściej stosowane jest w mniejszych instalacjach i służy jedynie do zwiększenia zładu wodnego instalacji, a więc wydłuża cykl włączania się sprężarki pompy ciepła. Nie jest zalecany w instalacjach o większej ilości grup grzewczych o różnych parametrach zasilania. W takim przypadku za buforem należy zastosować sprzęgło hydrauliczne lub rozdzielacz bezciśnieniowy z dodatkową pompą obiegową. Bufor połączony równolegle spełnia jednocześnie rolę sprzęgła hydraulicznego i jednocześnie zwiększa pojemność zładu. Pojemność bufora zalecana przez dostawców pomp ciepła obejmuje jedynie standardowe rozwiązania dla małych domów jednorodzinnych. W innych przypadkach dla doboru bufora należy uwzględnić następujące czynniki:
zapotrzebowanie ciepłej wody użytkowej; pompa ciepła pracuje najczęściej w tzw. priorytecie grzania ciepłej wody i w przypadku jej dłuższego czasu w tym trybie może dojść do nadmiernego wychłodzenia bufora i nadmiernego wychłodzenia instalacji;
rodzaj ogrzewania; w przypadku jedynie ogrzewania podłogowego należy rozważyć zastąpienie bufora sprzęgłem hydraulicznym; buforem ciepła jest tu wylewka podłogi o bardzo dużej bezwładności cieplnej;
cykl blokady pracy sprężarki pompy ciepła; w standardowych ustawieniach i zaleceniach producentów pomp ciepła czas ten wynosi najczęściej 20 minut; w ogrzewaniach grzejnikowych i zasilaniu nagrzewnic wentylacyjnych pojemność bufora łącznie z pojemnością instalacji powinna wystarczyć na zasilanie instalacji podczas postoju sprężarki.
Zasobnik ciepłej wody użytkowej Przy doborze zasobnika z wbudowaną wężownicą należy zwrócić uwagę na powierzchnię ogrzewalną wężownicy, która pozwala na odbiór mocy grzewczej z pompy ciepła. W przypadku zbyt małej powierzchni wężownicy pompa ciepła będzie wchodziła w zakłócenie wysokiego ciśnienia.
Powinno się na to zwrócić szczególną uwagę przy obiektach o dużym zapotrzebowaniu ciepła i małym zapotrzebowaniu ciepłej wody, np. biura. W takich przypadkach należy przeanalizować możliwość zastosowania elektrycznych podgrzewaczy przepływowych. Oprócz oszczędności w koszach inwestycyjnych na instalację ciepłej wody i jej cyrkulację możemy osiągnąć też oszczędności w kosztach jej przygotowania, gdyż zapewnienie cyrkulacji stanowi ok. 20% kosztów przygotowania ciepłej wody. Zasobnik ciepłej wody z wężownicą leży najczęściej w zakresie dostawy dystrybutora pomp ciepła. Zdarzają się przypadki zaoferowania zasobników z wężownicą o niewystarczającej powierzchni wężownicy nawet przez renomowanych dostawców pomp ciepła.
W następnej części przyjrzymy się pompie ciepła jako agregatowi wody lodowej oraz pracy pompy ciepła w trybie chłodzenia pasywnego.
W wielu przypadkach mamy jednak do czynienia z zaprojektowaniem centrali z pompą ciepła dla budynków niestandardowych jak hale produkcyjne i magazynowe, szpitale, obiekty sportowe lub budynki istniejące. I tutaj należy uwzględnić wiele czynników wymaganych dla jej zastosowania:
parametry grzewcze i hydrauliczne projektowanej instalacji,
parametry grzewcze i hydrauliczne istniejącej instalacji,
możliwość wykonania wymiennika gruntowego,
przy pompach ciepła powietrze/woda w ustawieniu zewnętrznym możliwość ich usytuowania w miejscach niezagrażających oblodzeniu murów i chodników oraz możliwości ich uszkodzeń mechanicznych i dewastacji.
Kolejnymi istotnymi czynnikami determinującymi projekt instalacji z pompą ciepła są: możliwość transportu elementów instalacji do pomieszczenia, uwzględnienie rzeczywistych strat ciśnienia, odległości pompy ciepła od wejścia rur solanki z wymiennika gruntowego, zasobnik buforowy, zasobnik c.w.u.
Transport Często w budynkach istniejących, szczególnie starszych czy zabytkowych, pomieszczenia przeznaczone na montaż urządzeń znajdują się w piwnicy o wąskich przejściach przez klatkę schodową. Możliwość transportu urządzeń do pomieszczenia przeznaczonego na centralę grzewczą może być więc ograniczona. Doradcy handlowo-techniczni nie zawsze mają na ten temat wystarczająco informacji, często jednak powodowani potencjalną korzyścią finansową ze sprzedaży pompy ciepła nie starają się o ich uzyskanie. Prawdziwe problemy występują dopiero w fazie wykonawstwa i często wzrost kosztów robót budowlanych umożliwiających wprowadzenie urządzeń pokrywa inwestor. Sprawdzenie możliwości wprowadzenia urządzeń jest obowiązkiem projektanta. Zdarzają się jednak przypadki, że projektant w ogóle nie przeprowadzi wizji lokalnej przed zakończeniem projektu. Obowiązkiem projektanta jest przeprowadzenie wizji lokalnej przed złożeniem oferty projektowej. Takie przypadki należą jednak do rzadkości ze względu na bardzo ograniczony czas opracowania oferty i łączne koszty projektu. I tu wina leży po stronie inwestora lub odpowiedzialnego za przetarg urzędnika. Starannie przeprowadzona wizja lokalna budynków istniejących bez aktualnej dokumentacji budowlanej pozwoli na ewentualne zaoferowanie projektu z urządzeniami o mniejszych gabarytach, jednak pracochłonność wykonania takiego projektu jest często wyższa od projektu wykonanego na podstawie nieaktualnej lub szczątkowej dokumentacji i informacji.
Pominięcie strat ciśnienia Częstym przypadkiem, szczególnie w małych obiektach, jest pominięcie sprawdzenia strat ciśnienia w wymienniku gruntowym przy zastosowaniu pompy ciepła z wbudowaną pompą obiegową „dolnego źródła”. Wychodzi się z założenia, że wbudowana pompa obiegowa przewiduje wszystkie przypadki. Wbudowane pompy obiegowe przewidują jednak tylko przypadki standardowe. Mogą być one niewystarczające przy pompach ciepła z wymiennikiem gruntowym z sondami o dużej głębokości i studzienką zbiorczą znacznie oddaloną od pompy ciepła.
Odległości Przy planowaniu usytuowania pompy ciepła w pomieszczeniu centrali należy zwrócić uwagę na odległość pompy ciepła od wejścia rur solanki z wymiennika gruntowego. Odległość ta powinna być jak najmniejsza. W przewodach solanki płynie czynnik o temperaturze zbliżonej do zera, czego nie spotykamy nawet w instalacjach wody lodowej. Niska temperatura czynnika powoduje możliwość szybkiego skraplania się wilgotnego powietrza na rurach. Prawidłowo dobrana izolacja rur PE z otuliny kauczukowej jest droga, a jej staranny montaż bardzo pracochłonny. Największy problem występuje z prawidłowym montażem izolacji i zdarzają się przypadki wycieku skroplin z jej połączeń. Powoduje to często reklamacje użytkownika o nieszczelności instalacji. Należy też zwrócić uwagę w założeniach dla instalacji wentylacji o konieczności zapewnienia min. 1-krotnej wymiany powietrza. Dlatego w projektowaniu należy dążyć do zminimalizowania długości rur solanki montowanych w centrali.
Zasobnik buforowy Bardzo ważnym elementem centrali grzewczej jest zasobnik buforowy wody grzewczej. Można rozróżnić dwa rodzaje połączeń buforów – połączenie szeregowe i połączenie równoległe. Połączenie szeregowe najczęściej stosowane jest w mniejszych instalacjach i służy jedynie do zwiększenia zładu wodnego instalacji, a więc wydłuża cykl włączania się sprężarki pompy ciepła. Nie jest zalecany w instalacjach o większej ilości grup grzewczych o różnych parametrach zasilania. W takim przypadku za buforem należy zastosować sprzęgło hydrauliczne lub rozdzielacz bezciśnieniowy z dodatkową pompą obiegową. Bufor połączony równolegle spełnia jednocześnie rolę sprzęgła hydraulicznego i jednocześnie zwiększa pojemność zładu. Pojemność bufora zalecana przez dostawców pomp ciepła obejmuje jedynie standardowe rozwiązania dla małych domów jednorodzinnych. W innych przypadkach dla doboru bufora należy uwzględnić następujące czynniki:
zapotrzebowanie ciepłej wody użytkowej; pompa ciepła pracuje najczęściej w tzw. priorytecie grzania ciepłej wody i w przypadku jej dłuższego czasu w tym trybie może dojść do nadmiernego wychłodzenia bufora i nadmiernego wychłodzenia instalacji;
rodzaj ogrzewania; w przypadku jedynie ogrzewania podłogowego należy rozważyć zastąpienie bufora sprzęgłem hydraulicznym; buforem ciepła jest tu wylewka podłogi o bardzo dużej bezwładności cieplnej;
cykl blokady pracy sprężarki pompy ciepła; w standardowych ustawieniach i zaleceniach producentów pomp ciepła czas ten wynosi najczęściej 20 minut; w ogrzewaniach grzejnikowych i zasilaniu nagrzewnic wentylacyjnych pojemność bufora łącznie z pojemnością instalacji powinna wystarczyć na zasilanie instalacji podczas postoju sprężarki.
Zasobnik ciepłej wody użytkowej Przy doborze zasobnika z wbudowaną wężownicą należy zwrócić uwagę na powierzchnię ogrzewalną wężownicy, która pozwala na odbiór mocy grzewczej z pompy ciepła. W przypadku zbyt małej powierzchni wężownicy pompa ciepła będzie wchodziła w zakłócenie wysokiego ciśnienia.
Powinno się na to zwrócić szczególną uwagę przy obiektach o dużym zapotrzebowaniu ciepła i małym zapotrzebowaniu ciepłej wody, np. biura. W takich przypadkach należy przeanalizować możliwość zastosowania elektrycznych podgrzewaczy przepływowych. Oprócz oszczędności w koszach inwestycyjnych na instalację ciepłej wody i jej cyrkulację możemy osiągnąć też oszczędności w kosztach jej przygotowania, gdyż zapewnienie cyrkulacji stanowi ok. 20% kosztów przygotowania ciepłej wody. Zasobnik ciepłej wody z wężownicą leży najczęściej w zakresie dostawy dystrybutora pomp ciepła. Zdarzają się przypadki zaoferowania zasobników z wężownicą o niewystarczającej powierzchni wężownicy nawet przez renomowanych dostawców pomp ciepła.
W następnej części przyjrzymy się pompie ciepła jako agregatowi wody lodowej oraz pracy pompy ciepła w trybie chłodzenia pasywnego.
Autor: Mirosław Kozłow
Źródło: ''
Komentarze
