Pompy ciepła do ciepłej wody użytkowej cz. I

Powietrzne pompy ciepła w kompaktowym rozwiązaniu mogą służyć do samodzielnego przygotowania ciepłej wody użytkowej. Podobnie jak kolektory słoneczne, mogą funkcjonować jako szczytowe źródło ciepła w okresie letnim i przejściowym – a nawet w sezonie grzewczym. Jak działają pompy ciepła do ciepłej wody użytkowej, w jakich warunkach pracują najsprawniej, kiedy wspomagają się pracą grzałek oraz jak powinna wyglądać ich współpraca z instalacją fotowoltaiczną? Zapraszam do pierwszej części poradnika.

Na etapie projektowania domu musimy uwzględnić, w jaki sposób będzie przygotowywania ciepła woda użytkowa. W standardowym wykonaniu ciepłą wodę użytkową przygotowuje główne źródło ciepła, wówczas zasobnik grzany jest np. w priorytecie. W przypadku kotłów na paliwo stałe, za grzanie ciepłej wody odpowiada sterownik kotła, który po obniżeniu zadanej temperatury w zasobniku pojemnościowym włącza pompę obiegową na obiegu cwu. Wiszące kotły gazowe najczęściej posiadają wbudowaną pompę obiegową i zawór trójdrożny z siłownikiem, który odpowiada za priorytetowe przygotowanie c.w.u. 

W okresie letnim i przejściowym ciepłą wodę użytkową możemy przygotować przy wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii – spośród rozwiązań rynkowych mamy do wyboru:

  • instalację solarną z zasobnikiem biwalentnym,
  • instalację fotowoltaiczną z grzałką elektryczną wbudowaną w zasobnik pojemnościowy,
  • powietrzną pompę ciepła do ciepłej wody użytkowej.

Budowa pompy ciepła do c.w.u.

Powietrzne pompy do ciepłej wody użytkowej posiadają w jednej obudowie sprężarkowy układ chłodniczy oraz zasobnik pojemnościowy. Spośród rozwiązań rynkowych różnią się one między sobą mocą pompy ciepła oraz pojemnością zasobnika. Najbardziej rozpowszechnione modele na rynku posiadają moc rzędu 1,5-2,0 kW oraz pojemność 220-350 dm3.

W górnej części pompy ciepła do cwu. zawsze znajdziemy dwa otwory – czerpalny i wyrzutny (Ø160 mm). Otworem czerpalnym zasysane jest powietrze do pompy ciepła, powietrze może być pobierane z pomieszczenia w którym stoi urządzenie lub z zewnątrz budynku – po podłączeniu przewodu wentylacyjnego. Otworem wyrzutnym odprowadzane jest schłodzone, zimne powietrze np. przewodem wentylacyjnym do sąsiedniego pomieszczenia lub na zewnątrz budynku.

W takich urządzeniach podgrzew ciepłej wody jest możliwy w zakresie temperatur dodatnich jak i ujemnych. Im wyższa temperatura powietrza, tym woda jest podgrzewana bardziej efektywnie i oszczędnie. Przy niższych temperaturach (np. przy -5 °C w zależności od producenta) pompa ciepła wyłącza się automatycznie, podgrzewanie cwu. przejmuje wówczas zintegrowana grzałka elektryczna (najczęściej 1,5 kW). Podgrzew ciepłej wody w zasobniku jest możliwy nawet do 60°C, bez wspomagania pracą grzałki.

Zdj. 1. Powietrzna pompa ciepła do c.w.u. – model WPT 270 f-my Buderus

Praca na obiegu wewnętrznym

Aby pobierać powietrze z pomieszczenia, w którym znajduje się pompa ciepła – jego kubatura nie powinna być mniejsza niż 20 m3. W takim rozwiązaniu dojdzie do obniżenia temperatury i wilgotności w pomieszczeniu, z drugiej strony – pompa ciepła pracuje niezależnie od temperatury powietrza zewnętrznego. Praca na powietrzu  obiegowym z pewnością nie będzie odczuwalna, jeśli zamontujemy pompę w kondygnacji piwnic (z dala od pomieszczeń dziennych).

Przy pracy na obiegu wewnętrznym (kanał wyrzutny wyprowadzony na zewnątrz) należy zadbać o doprowadzenie wystarczającej ilości świeżego powietrza do pomieszczenia technicznego np. przez wykonanie otworu nawiewnego do pomieszczenia. W takim rozwiązaniu należy zadbać również o to, aby zasysane powietrze było wolne od zanieczyszczeń – w przeciwnym przypadku na króćcu czerpalnym należy zamontować filtr kanałowy, który należy okresowo wymieniać. 

Warto wspomnieć, że w budynkach z wentylacją mechaniczną możemy podpiąć króciec wyrzutowy z centrali wentylacyjnej do kanału czerpalnego pompy ciepła. Prawdą jest, że w takim rozwiązaniu możemy liczyć na efektywniejsza pracę pompy ciepła, jednak do temperatury powietrza zewnętrznego ok. +1-2°C (graniczna temperatura powietrza zależy od sprawności odzysku ciepła w centrali i temperatury powietrza wewnętrznego w budynku).

Po wstępnym podgrzewie w centrali wentylacyjnej temperatura na wyrzutni kanałowej różni się średnio o 4-5 K, jeśli temperatura w otworze czerpalnym będzie niższa – włączy się podgrzew c.w.u. w pompie ciepła za pomocą fabrycznej grzałki elektrycznej.

Rys. 1. Schemat współpracy centrali wentylacyjnej z pompą ciepła do c.w.u.

Pompa ciepła do cwu. – zasada działania

Wentylator o wydajności rzędu 250-350 m3/h (zależnie od wielkości pompy ciepła i regulacji wydajności: 1- lub 2-stopniowej wentylatora) wymusza przepływ powietrza przez parownik. W parowniku ciepło jest przenoszone z powietrza do obiegu czynnika chłodniczego, a czynnik chłodniczy zmienia stan skupienia z cieczy w parę (odparowuje). W następie kolejności trafia on do sprężarki, która w trakcie sprężania powoduje wzrost temperatury czynnika chłodniczego. Czynnik o wysokiej temperaturze trafia do wymiennika ciepła, tam następuje skroplenie czynnika i podgrzanie ciepłej wody. Zawór rozprężny, obniża ciśnienie i temperaturę czynnika chłodniczego – dzięki czemu cykl termodynamiczny zaczynia się od nowa.

Przykładowe schematy instalacji

Powietrzna pompa ciepła do ciepłej wody użytkowej może funkcjonować jako:

samodzielne, dodatkowe lub hybrydowe źródło ciepła. Jeśli mówimy o samodzielnym przygotowaniu cwu w okresie całorocznym – wówczas pompa ciepła wykorzystuje ciepło z powietrza, jeśli temperatura zasysanego powietrza nie spadnie poniżej granicznej temperatury pracy urządzenia. Przy niższej temperaturze powietrza pompa ciepła wyłączy się automatycznie – wówczas podgrzew cwu. przejmuje wbudowana grzałka elektryczna. Domyślnie pełni ona również funkcję ochrony przed zamarzaniem – włącza się, np. gdy temperatura w podgrzewaczu spadnie do 5 °C. Grzałka wyłącza się, np. gdy temperatura wody wzrośnie do 10 °C. Grzałka również wspomaga pompę ciepła przy wykonywaniu okresowej dezynfekcji termicznej – temperatura ciepłej wody jest automatycznie ustawiana na 70 °C – program dezynfekcji wystarczy wykonać raz w tygodniu, w porze nocnej.

Jeśli uzupełnimy instalację o dodatkowe źródło ciepła, np. kocioł gazowy, możemy liczyć na szybsze osiągnięcie temperatury ciepłej wody w zasobniku, np. podczas zwiększonego zapotrzebowania na cwu przy niskich temperaturach powietrza lub w sytuacji awarii pompy ciepła. Pompa ciepła oraz dodatkowe źródło ciepła mogą ze sobą współpracować jeśli zostanie to zaprogramowane  w sterowniku. W tym przypadku grzałka zostanie automatycznie wyłączona.

Rys 2. Schemat współpracy powietrznej pompy ciepła do cwu. ze szczytowym źródłem ciepła (kocioł gazowy) i instalacją fotowoltaiczną

W układzie hybrydowym pompę ciepła do wody użytkowej możemy połączyć z kolektorami słonecznymi lub z panelami fotowoltaicznymi. W takim rozwiązaniu instalacja solarna współpracuje z pompą ciepła. Jeśli kolektory słoneczne wytwarzają ciepło pompa ciepła nie pracuje, jeśli tej produkcji nie ma pompa ciepła zapewnia cwu. W przypadku instalacji fotowoltaicznej, wyprodukowaną energię elektryczną możemy skierować na potrzeby pracy powietrznej pompy ciepła.

Aby urządzenie było kompatybilne z systemem fotowoltaicznym, na linii pompa ciepła – inwerter musi został wykonany dodatkowy moduł komunikacyjny. Ponieważ energia słoneczna (jak i pompa ciepła) zależna jest od warunków pogodowych, zintegrowana w pompie ciepła grzałka elektryczna w obu rozwiązaniach może służyć jako rezerwowe źródło ciepła.

Rys. 3. Schemat współpracy powietrznej pompy ciepła do cwu z instalacją fotowoltaiczną (1 – panele fotowoltaiczne,  2 – inwerter solarny, 3 – moduł komunikacyjny, 4 – licznik dwukierunkowy).

Powyższy artykuł powstał przy współpracy z marką Buderus – producentem kotłów, grzejników i energooszczędnych rozwiązań w branży grzewczej.

Powołania:

Zdjęcie głównie, rysunki i zdjęcia we wpisie: www.Buderus.pl

Napisz komentarz
5
  1. Ja mam zamontowaną pompę ciepła tego typu. Nie podaję nazwy, gdyż nie chce reklamować konkurencji:-)))
    Mam zbiornik 80 litrowy i to zupełnie wystarcza dla 3 osób. Mamy tylko prysznice.
    Ochłodzone powietrze wrzucamy do spiżarni ulokowanej na poddaszu. Powietrze pobieramy z poddasza. Latem, zużywamy tylko 80kWh na wszystko. Czyli podgrzanie ciepłej wody jest bardzo ekonomiczne. Stale chodzi pompa do oczyszczalni scieków.
    Polecam to rozwiązanie. Żadnych przglądów. Powiesiłem w 2017 roku i grzeje wodę bez żadnych usterek. Koszt minimalny ok 3000 zł.

  2. Witaj Wojciechu,
    poddasza z racji dużej kubatury są dobrym miejscem do wprowadzania przewodów czerpnych i wyrzutnych z pompy ciepła – w takim rozwiązaniu zyskujemy możliwość całorocznej pracy pompy ciepła (wystarczy nawet strych nieużytkowy). Jeśli mamy do czynienia wyłącznie z budynkami jednokondygnacyjnymi, praca na powietrzu obiegam może być odczuwalna zwłaszcza w okresie grzewczym, występuje wychłodzenie pomieszczeń, pozdrawiam!

    1. Witam Damianie,
      u nas powietrze wyrzucane chłodzi pomieszczenie, które spełnia rolę spiżarni. Zupełnie nie odczuwam spadku temperatury w całym domu. Strych 70m2 jest właściwie antresolą. Nad salonem nie mam syfitu. Dom jest dobrze ocieplony i nie ma potrzeby ogrzewania poddasza.
      To jest idealne rozwiązanie dla wiejskich domów. Podałem ogólne zużycie prądu latem, gdy nie potrzebuję oświetlenia. Jeśli założałożymy, że 1kWh kosztuje 60 gr. to sumie ok 50 zł mieści się pogrzanie wody. Jest to koszt ktory właściwie się nie zmienia. Podobnie jak lodówki, prania, gotowania, zmywania. U mnie dochodzi pompa do oczyszcalni ścieków, która działa cały czas. W połaczeniu z fotowoltaiką system przy mionimalnych nakładach dałby dobre rezultaty. Od września rachunki rosną, gdyż wzrasta koszt oświetlenia budynku.
      Gdzieś koło Krakowa w Ochotnicy Dolnej zrobiono całą gminę w bambuko. Po pierwsze zastosowano rozliczenie półroczne, Po drugie, gdyby zastosowano podgrzewanaie wody w systemie, o którym mówimy nie byłoby problemu z rachunkami. Byłby to pierwszy krok do przejścia na OZE. Ja zużyłem w styczniu 1220 kWh. Na wszystko, łącznie z ogrzewaniem. Pozdrawiam!

  3. Takie wpisy są bardzo przydatne, gdyż można się z nich wiele dowiedzieć. Głównie osobom, które na własną rękę będą projektować takie instalacje z pewnością uznają te info za pomocne – zarówno w domach jak i w firmie, jednak tam już wymaga to znajomości głębszej tematu.

  4. U nas instalacje grzewcze z pompą stają się coraz popularniejsze. Sam się zastanawiam czy nie zamienić starego pieca na pompę, tylko nie wiem, jak to będzie wyglądało z kosztami. Zazwyczaj na takie rozwiązanie decydują się znajomi, co dopiero budują dom. Czy musiałbym rozkuwać ściany i podłogi, aby odpowiednio rozprowadzić taką instalację? Orientuje się ktoś czy warto montować pompę ciepła w gotowym domu?

Dodaj komentarz

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