Jak dobrać pompę ciepła do powierzchni domu?
Na etapie planowania budowy domu lub zmiany jego ogrzewania, w pewnym momencie staje się przed pytaniem o dobór pompy ciepła. Ten opiera się o wyliczenie odpowiedniego zapotrzebowania cieplnego, a następnie wybrania właściwego wariantu urządzenia. Na etapie planowania budowy domu lub zmiany sposobu jego ogrzewania z pewnością staniemy przed pytaniem - jaka pompa ciepła będzie odpowiednia do danej powierzchni? Odpowiedź na tą zagwozdkę znajdziesz w poniższym artykule.
Jak obliczyć zapotrzebowanie domu na ciepło?
Przy doborze instalacji grzewczej z pompą ciepła inwestor powinien rozpocząć od wyliczenia zapotrzebowania domu na moc cieplną. Szacunkowo oblicza się ją mnożąc m2 ogrzewanej powierzchni budynku i jednostkowe zapotrzebowanie na ciepło w W/m2, które uwzględnia rodzaj budynku pod względem energetycznym, stan i jakość ocieplenia, izolacyjność okien i drzwi zewnętrznych, wielkość i rozmieszczenie przeszkleń, usytuowania względem stron świata oraz strefę klimatyczną, w której dom się znajduje. Przykładowo dom o powierzchni 160 m2 i jednostkowym zapotrzebowaniu na ciepło 45 W/m2 potrzebuje 7,2 kW mocy cieplnej pompy do jego ogrzewania. Jeżeli pompa będzie służyć do podgrzewania ciepłej wody użytkowej to na jedną osobę należy doliczyć średnio 0,25 kW, czyli na 4 osoby 1 kW.
W nowo wybudowanych lub budowanych domach zapotrzebowanie na moc cieplną powinno znajdować się w projekcie, a szczegółowo w charakterystyce energetycznej. Natomiast w budynkach eksploatowanych już wiele lat, ilość zużytego paliwa może nas informować o tym zapotrzebowaniu.
Jak dobrać instalację grzewczą z pompą ciepła?
Mając zapotrzebowanie na moc cieplną inwestor musi wybrać rodzaj pompy ciepła, jak i pozostałych elementów w instalacji grzewczej. Te pozostałe elementy to dolne i górne źródło ciepła. Z dolnego źródła pompa pobiera ciepło (powietrze, grunt lub woda), a do górnego oddaje wytworzone w pompie ciepło. Efektywność energetyczna wzrasta im mniejsza jest różnica temperatur między dolnym, a górnym źródłem ciepła. Wnioski nasuwają się same, że najkorzystniejsze jest stabilne temperaturowo dolne źródło ciepła, którego temperatura przez cały sezon grzewczy utrzymuje się w plusowych wartościach, a górne źródło to ogrzewanie płaszczyznowe (podłogowe), w którym temperatura zasilania nie przekracza 35oC.
Z typowych rozwiązań, najmniej skomplikowanym i najtańszym rozwiązaniem jest instalacja z pompą ciepła powietrze-woda, które potrafią obecnie pracować nawet do -25oC. Oczywistą wadą tego rozwiązania jest spadek sprawności pompy ciepła wraz ze spadkiem temperatury powietrza. Rozwiązaniem jest instalacja dodatkowej grzałki, która załączy się przy zewnętrznej temperaturze powietrza -10oC. Koszty eksploatacyjne nieznacznie wrosną, jednak analizując okres wieloletni, zużycie energii elektrycznej nie powinno być większe niż 10%.
Bardziej stabilne temperaturowo są pompy ciepła glikol-woda (solanka-woda), które korzystają z energii zawartej w gruncie, z poziomym (rura z roztworem glikolu ułożona w gruncie na głębokości ok. 1,5 m – 0,2 do 0,5 m poniżej głębokości przemarzania gruntu) lub pionowym (rura z roztworem glikolu w odwiertach, najczęściej do głębokości 100 m) kolektorem. Mając zapotrzebowanie na moc grzewczą dobieramy moc pompy ciepła z pewnym naddatkiem. Biorąc pod uwagę dom opisany powyżej zapotrzebowanie na moc wynosi 8,2 kW (7,2 kW na ogrzewanie i 1 kW do podgrzewania cwu dla 4 osób), to z katalogu pomp danej firmy wybieramy pompę ciepła o mocy 9 lub 10 kW. Wybór za dużej mocy wiąże się z większymi kosztami inwestycyjnymi i eksploatacyjnymi, natomiast za mała moc np. 7-8 kW może nie sprostać utrzymaniu komfortowej temperatury, pompa będzie działać przez dłuższy czas na najwyższych obrotach, co może przyczynić się do szybszego jej zużycia.
Schemat instalacji pompy ciepła (grunt) z kolektorem poziomym, fot: okieminzyniera.pl
Do pomp gruntowych musimy dobrać dolne źródło ciepła w postaci poziomego lub pionowego kolektora. Jego wymiary zależą od rodzaju kolektora i gruntu w którym się on znajduje. Obliczanie wielkości zaczynamy od obliczenia mocy chłodniczej, która wynosi 3/4 mocy pompy, współczynniku wydajności COP = 4. Dla mocy 9kW minimalna moc chłodnicza kolektora = 6,75 kW. Stąd długość kolektora poziomego umieszczonego w suchym piasku o wydajności energetycznej 10 W/m kolektora = 675 m. Jeżeli jednak mamy grunt wilgotny piaszczysto-gliniasty wydajność energetyczna wzrośnie do 20 W/m, to długość kolektora = 337,5 m. Najczęściej rozkładane są pętle 100 m, dlatego w pierwszym wariancie mamy minimum 7 pętli, a w drugim 4 (nadwyżka w pojemności cieplnej kolektora wskazana). Przy odwiertach kolektora pionowego można przyjąć bez większego ryzyka wydajność energetyczną 40 W/m odwiertu, jak łatwo obliczyć minimalna długość odwiertu pod kolektor pionowy = 169 m, czyli dwa odwierty 90-100 m.
Jaka pompa ciepła do domu 100 m2?
Dobierając instalację z pompą ciepła do małego domu o powierzchni 100 m2 zakładam, że jest on wykonany zgodnie z obowiązującą normą i jednostkowym zapotrzebowaniu na ciepło 45 W/m2 oraz zamieszkują go 3 osoby. Stąd minimalna moc pompy ciepła wynosi 5,25 kW (100 m2 x 45 W/m2 + 3 osoby x 0,25 kW). Wybieram pompę glikol-woda z kolektorem poziomym o mocy 6 kW (trudno pompę o takiej mocy kupić, częściej producenci produkują PC o mocy 7 kW). Moc chłodnicza 4,5 kW przy COP = 4 (3/4 x 6 kW). Przyjmując grunt suchy piasek o wydajności energetycznej kolektora 10 W/m, muszę poprowadzić pięć 100 metrowych pętli kolektora, które zajmą powierzchnię 400-500 m2 działki. Nadwyżka 0,5 kW w mocy chłodniczej jest dobrym buforem ciepła w bardzo długie i mroźne zimy.
Jaka moc pompy ciepła do domu 200 m2?
W drugim domu o powierzchni grzewczej 200 m2 przyjmuję jednostkowe zapotrzebowanie na ciepło 45 W/m2 i 5 osobową rodzinę korzystającą z cwu. Zatem minimalna moc pompy ciepła 10 kW (200 m2 x 45 W/m2 + 4 osoby x 0,25 kW). Przyjmuję moc pompy 10 kW. Moc chłodnicza 7,5 kW. Wybieram instalację z kolektorem pionowym i wydajność energetyczną 40 W/m odwiertu kolektora. Daje to nam 187,5 m kolektora pionowego. Przyjmuję dwa 100-metrowe odwierty, które z nadwyżką 0,5 kW dadzą 8 kW mocy chłodniczej.
Gdyby ten 200-metrowy dom był pasywny wystarczyłby jeden 100-metrowy odwiert lub pompa ciepła przedstawiona dla domu 100 m2. Ale taką decyzję musi podejmować inwestor. Czy lepiej przy budowie zapłacić trochę mniej, a potem w eksploatacji płacić więcej za energię elektryczną, czy na początku zainwestować w budowę więcej, ale później przez kolejne kilkadziesiąt lat oszczędzać na eksploatacji (dodatkowo zakup instalacji grzewczej będzie tańszy).
