Pompa ciepła powietrze-woda. Dobór i montaż

Pompa ciepła powietrze-woda. Dobór i montaż

Wybór pompy ciepła jako głównego źródła ogrzewania domu wiąże się z kilkoma kluczowymi zagadnieniami, o których należy pamiętać jeszcze przed instalacją pompy ciepła. Wymagania te różnią się w zależności od rodzaju dolnego źródła, od którego pobierana będzie energia cieplna – inne są dla pomp gruntowych, pomp woda-woda, a jeszcze inne dla pomp powietrze-woda. W poniższym wpisie skupimy się na najważniejszych zagadnieniach związanych z instalacją pomp ciepła powierze-woda typu split.

Zasada pracy pompy ciepła

Zanim zdecydujemy się na wybór technologii opartej na pompie ciepła, warto poznać budowę i funkcje realizowane przez poszczególne jednostki. Do najważniejszych elementów systemu należą dwie jednostki: zewnętrzna i wewnętrzna. Pierwszą montujemy na zewnątrz, to właśnie w niej przebiega większość procesów termodynamicznych związanych z transportem ciepła (parowanie czynnika chłodniczego, sprężanie oraz jego rozprężanie).

Przeważającą część jednostki stanowi parownik, do jej pozostałych elementów należą sprężarka spiralna z inwerterem, oraz zawór czterodrogowy umożliwiający odwrócenie obiegu i pracę w trybie chłodzenia. Jednostka zewnętrza zawiera dodatkowo część układu elektroniki czuwającej nad prawidłową pracą pompy ciepła. Transport czynnika chłodniczego miedzy jednostką zewnętrzna a wewnętrzną zapewniają zaizolowane otuliną miedziane rury chłodnicze.

Jednostka wewnętrzna

Jednostka wewnętrzna to w głównej mierze skraplacz, w którym czynnik chłodniczy oddaje transportowane ciepło do wody grzewczej. W trybie chłodzenia to tutaj następuje odparowanie czynnika i schłodzenie wody (wytwarzanie wody lodowej) – a skraplacz stanie się parownikiem. W module wewnętrznym znajduję się także grzałka elektryczna, wspomagająca pracę pompy ciepła w bardzo niskich temperaturach. W celu obniżenia kosztów pracy powietrznych pomp ciepła – coraz częściej spotykany jest układ biwalenty, gdzie zamiast grzałki elektrycznej można wykorzystać inne źródło ciepła, np. kocioł na drewno.

Jeżeli pompa ciepła oprócz ogrzewania obiektu musi także przygotować ciepłą wodę użytkową wówczas niezbędnym elementem jest dodatkowy zasobnik buforowy. Niektórzy producenci oferują jednostki wewnętrzne z wbudowanym zasobnikiem o pojemnościach od 160 do 300 l. W zależności od aktualnego zapotrzebowania woda grzewcza przechodząca przez zawór 3-drogowy kierowana jest do instalacji grzewczej bądź na wężownicę w zasobniku ciepłej wody.

heat pump/underfloor heating diagram

Rys. 1. Schemat instalacji powietrznej pompy ciepła typu split

Moc i pojemność zasobnika

Na etapie planowania instalacji ważny jest dobór pompy o odpowiedniej mocy oraz właściwego zasobnika. W przypadku pomp powietrze-woda moc cieplna podawana jest dla określonej temperatury dolnego źródła (powietrza zewnętrznego), która wynosi 7°C oraz temperatury wody grzewczej na wyjściu z pompy, która wynosi 35°C. Im niższa temperatura, tym mniejsza moc cieplna. Ze względu na niższą temperaturą wody grzewczej instalacją rozprowadzającą ciepło w budynku powinno być:

  • ogrzewanie podłogowe,
  • konwektory powietrzne,
  • grzejniki niskotemperaturowe.

Im większa różnica pomiędzy temperaturą zewnętrzną a wewnętrzną, tym niższy współczynnik efektywności COP – stąd wyższe koszty eksploatacji. Nowoczesne powietrzne pompy ciepła wspomagane grzałkami mogą pracować nawet przy temperaturze powietrza niższej niż -10°C i, co bardzo ważne, osiągają przy tym współczynnik efektywności COP wyższy niż 1. Jednostki zewnętrzne generują także niewielki poziom hałasu, na najwyższym biegu może to być ok. 50 dB – unikajmy montażu jednostki w pobliżu ścian pomieszczeń, w których mógłby przeszkadzać hałas (sypialnia, pokój gościnny).

Ogrzewanie domu gruntową pompą ciepła

Dobierając zasobnik c.w.u. należy pamiętać, że temperatura wody grzewczej wychodzącej z pompy ciepła jest niższa niż w urządzeniach konwencjonalnych (kotły na węgiel, kotły olejowe itp.), w związku z tym dłuższy będzie czas nagrzewania zbiornika. Dlatego, aby nie narażać użytkowników na nagły brak ciepłej wody, dobrany zasobnik powinien mieć większą pojemność zapewniającą komfort w przypadku nagłego zwiększonego poboru ciepłej wody. W przypadku 4-5 os. rodziny odpowiedni będzie zasobnik o pojemności ok. 300 l.

Jednostka zewnętrzna

Instalacja dolnego źródła w przypadku jednostki zewnętrznej nie wymaga prac ziemnych – jak w przypadku pomp wodnych i gruntowych. Miejsce w którym ma zostać zlokalizowana, powinno zapewnić jej bezproblemową pracę przez cały rok, najczęściej montuje się je z tyłu budynków na ścianie zewnętrznej lub betonowym podłożu. Zaleca się by jednostka nie była narażona na silne podmuchy wiatru bądź opadów deszczu, deszczu. Jednostka usytuowana w niewielkiej odległości od domu może zostać zabudowana np. drewnem, w sposób nie utrudniający zasysanie powietrza przez wentylator, oraz zapewniając dostęp serwisowy.

W trybie grzania jednostka zewnętrzna schładza powietrze, stąd na lamelach parownika skrapla się wilgoć – co w temperaturach ujemnych prowadzi do powstania warstwy lodu. Jednostka odmraża się automatycznie, odwracając chwilowo obieg. Prowadzi to do spływania na podłoże dużych ilości wody, która następnie zamarza na podłożu. Stąd zalecane jest wieszanie jednostki nad warstwą luźnego żwiru, obniżoną w stosunku do reszty terenu, w której woda może swobodnie zamarzać. Innym rozwiązaniem jest odprowadzenie wody rurą kanalizacyjną, o średnicy minimum 100 mm – unikniemy w ten sposób gromadzenia się wewnątrz niej lodu. Rura powinna być też wyposażona w kabel grzewczy uniemożliwiający zamarzanie wody wewnątrz. Niekiedy można spotkać instalacje w których woda swobodnie wykrapla się na betonowe podłoże – wówczas pamiętajmy aby zamontować jednostkę na podwieszeniu.

Jednostki połączone są kablem elektrycznym łączącym moduł wewnętrzny z zewnętrznym, oraz dwoma zaizolowanymi termicznie przewodami: w pierwszym płynie odpowiednio czynnik chłodniczy w postaci gazu, a w drugim skroplony czynnik chłodniczy. Na etapie surowego budynku, gdy zostaną ustalone miejsca montażu jednostek, warto poprowadzić przewody – zaoszczędzi to późniejszego kucia wykończonych ścian, bądź rozcinania elewacji.

Podsumowanie

  • Odpowiednie rozplanowanie instalacji splitowej pompy ciepła powietrze-woda pozwoli na uniknięcie dodatkowych przeróbek w gotowym domu, wpłynie także pozytywnie na bezawaryjność i żywotność systemu.
  • W domu, który jest budowany, najlepiej wykonać instalację ogrzewania podłogowego, które zapewni wymaganą moc cieplną przy niskiej temperaturze zasilania. Umożliwi to uzyskanie wysokiej efektywności pompy ciepła.
  • Łatwy montaż, brak potrzeby wykonywania robót ziemnych i efektywny odbiór ciepła sprawia, że pompy wykorzystujące powietrze jako dolne źródło ciepła zyskują coraz większą rzeszę zwolenników.
  • Pompa powietrzna która nie może pracować w ujemnej temperaturze, nie nadaje się do tego aby być jedynym urządzeniem grzewczym w domu, ale można ją zastosować do wspomagania pracy kotła w okresach przejściowych oraz do przygotowania c.w.u.

Zdjęcia i rysunki: fotolia.pl

Damian Czernik

inż. Damian Czernik, młodszy projektant instalacji

18 komentarzy na temat “Pompa ciepła powietrze-woda. Dobór i montaż”

  1. Jaka jest Pana opinia, żeby pompę ciepła woda powietrze uzupełnić o fotomechanikę, np. pompa 16 kw, panele fotowoltaiczne 5 kw, proszę o opinię dla takiego rozwiązania ? Umowa z operatorem Net Metering.

    1. Witaj,
      zwróć uwagę, że instalacja fotowoltaiczna najefektywniej pracuje w okresie letnim – z kolei powietrzna pompa ciepła generuje znaczne większe koszty w okresie zimowym (spada jej COP, dodatkowa praca grzałki elektrycznej). Możemy mówić o niewielkim uzysku energii elektrycznej z ogniw w zimie. Owszem, obniży ona koszt pracy pompy ciepła (w okresie letnim wyprodukowany prąd przeznaczymy na cele pracy pompy ciepła, przygotowującej c.w.u.). Jednak oszczędności te nie będą aż tak duże – zwróć uwagę, że instalacja o mocy 5 kW może kosztować ok. 30 tys. zl. Pozdrawiam!

      1. Umowa Net Metering powoduje, że prąd produkowany przez panele fotowoltaiczne latem odbieramy z sieci zimą. Więc czemu Pan pisze, że prąd wyprodukowany przez panele wykorzystamy tylko do ogrzania c.w.u. latem ?

  2. Panie Damianie, bardzo dobrze napisany artykuł i wiele naprawdę fachowych porad. Wiem coś o tym, bo sam osobiście zajmuję się montażem i serwisem pomp ciepła od kilkunastu lat, więc mam ogromne doświadczenie w branży pomp ciepła. Z chęcią mogę promować Pana artykuły na naszej firmowej stronie, bo są naprawdę ciekawe 🙂

  3. Pytanie w/s PC powietrze-woda. Czy sa ograniczenia odleglosci jedostek zewnetrznych od wewnetrznych? Obawiam sie ze halas denerwowal by sasiadow. Dzieki.

    1. Witaj Adamie,
      niestety tak, na moc grzewczą pompy wpływa również odległość miedzy jednostkami zew. i wew. Przykład, pompa ciepła powietrze/woda o mocy 12 kW firmy X, zalecana odległość między jednostkami 3-9 m, przekroczenie tego dystansu powoduje spadek mocy grzewczej pompy. np. dla odległości 15 m, spadek mocy grzewczej wynosi 10 proc, pozdrawiam!

  4. W takim razie, czy osiem metrow od jednostki zewnetrznej do okien sasiadow to problem?
    Pomiedzy betonowy plot 2m wysokosci. 9kw t-cap panasonic.
    Dzieki,
    Pozdrawiam.
    Adam.

  5. Witam,

    Panie Damianie a czy byłby jakiś problem gdybym chciał zainstalować zarówno jednostkę zewnętrzną jak i wewnętrzną w pomieszczeniu , najchętniej tym samym dla oszczędności miejsca ( garaż ) ?
    Oczywiście świeże powietrze byłoby doprowadzone do pomieszczenia tak by zapewnić odpowiednią wentylację dla obu jednostek.
    W przypadku klimatyzacji wielokrotnie spotkałem się z montażem jednostki wewnętrznej np. w garażach podziemnych – COP takich jednostek jest z automatu wyższe zimą niż gdyby stały na zewnątrz + trwałość jednostki zewnętrznej jest znacząco wydłużona przez pracę w lepszych warunkach.
    Oczywiście zdaje sobie sprawę z hałasu jaki generują oba urządzenia ale toleruję ten defekt jako mniejsze zło. Rzecz jasna pomieszczenia będą ocieplone z zewnątrz żeby jak najmniej energii straciły pracując zimą.

    Pozdrawiam
    Kacper

    1. Witaj Kacprze, na rynku dostępne są monoblokowe wewnętrzne pompy ciepła – ale wyłączne do przygotowania wody użytkowej (występują ze zintegrowany zasobnikiem). Dla takiej pompy należy przewiedzieć w garażu wykonanie kanału doprowadzającego i odprowadzającego dużą ilość zimnego powietrza. Pozdrawiam!

  6. Witam,
    Czy może Pan podać przykład pompy ciepła powietrznej, która będzie najlepiej pracowała dla domu do całorocznego zamieszkania o powierzchni 70 m2 + 20 m2 garażu. Ściany Ytong 24cm i styropian 14 cm, okna plastikowe ze standardową przenikalnością. Działka znajduje się nad morzem ok. 2-3 km od linii brzegowej. Czy to w ogóle ma sens i przybliżone koszta inwestycji (ewentualnie firma, którą może Pan polecić).
    Z góry serdecznie dziękuje.
    z poważaniem

  7. Witam,
    Czy może Pan podać przykład pompy ciepła powietrznej, która będzie najlepiej pracowała dla domu do całorocznego zamieszkania o powierzchni 70 m2 + 20 m2 garażu. Ściany Ytong 24cm i styropian 14 cm, okna plastikowe ze standardową przenikalnością. Działka znajduje się nad morzem ok. 2-3 km od linii brzegowej. Czy to w ogóle ma sens i przybliżone koszta inwestycji (ewentualnie firma, którą może Pan polecić).
    Z góry serdecznie dziękuje.
    z poważaniem

  8. Panie Damiania rozważamy montaż PC P-W ale mamy tez możliwość korzystania z miejskiego gazociągu domek o prostej bryle z użytkowym poddaszem ok 170m po podłodze wraz z garażem, z podłogówka i rekuperacją, dobrze ocieplony co w naszej sytuacji będzie bardziej opłacalne, czym się sugerować? wszyscy straszą nas wysokimi rachunkami za energie.
    Pozdrawiam

  9. Panie Damianie, jestem w podobnej sytuacji co Pani Sylwia (dom 160m2 z poddaszem użytkowym dobrze ocieplony i wyizolowany od podłoża) ale jeszcze przed projektem. Rozważam również powietrzną pompę cipeła P-W do cwu + rekuperacja. Coraz więcej słyszę dobrego o Panasonicach T-CAP, one ponoć najlepiej spisują się w domkach gdzie mają być jako jedyne źródło ciepła i nie boją się naszych polskich „srogich” zim, zachowując bardzo dobrą efektywność nawet przy -15C.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *