Jak wykorzystać pompę ciepła do chłodzenia?

Gros inwestorów nie zdaje sobie sprawy, że pompa ciepła to energooszczędne rozwiązanie zapewniające jednocześnie ogrzewanie, jak i chłodzenie. Za chłodzenie pomieszczeń jest odpowiedzialny system ogrzewania podłogowego, klimakonwektorów lub wentylacji.

Fot. 1. Jak wykorzystać pompę ciepła do chłodzenia? Najchętniej wdrażanym przez rozwiązaniem jest podłogówka. Fot. DanfossFot. 1. Jak wykorzystać pompę ciepła do chłodzenia? Najchętniej wdrażanym przez rozwiązaniem jest podłogówka. Fot. Danfoss

Inwestorzy największy nacisk wciąż kładą na instalacje grzewcze. Tymczasem chłodzenie budynków stanowi znacznie bardziej energochłonny proces, a zapotrzebowanie na chłód ma coraz większy udział w całorocznym bilansie energetycznym obiektów. Nie pomagają też nowoczesne standardy budowania, które przekonują do stosowania dużych przeszkleń pozwalających na przenikanie do wnętrza promieniowania słonecznego, czyli dodatkowo dogrzewających domy. Warto sięgnąć po rozwiązania umożliwiające efektywne chłodzenie obiektu, a jednocześnie – niewymagające znacznych nakładów finansowych. Jak pompy ciepła.

Zimno za darmo

Fot. 2. Zapotrzebowanie na chłód ma coraz większy udział w całorocznym bilansie energetycznym obiektów. Fot. DaikinFot. 2. Zapotrzebowanie na chłód ma coraz większy udział w całorocznym bilansie energetycznym obiektów. Fot. Daikin Fot. 3. Pompa ciepła znakomicie zastąpi klimatyzację, jeśli chłodzenie nie jest priorytetem inwestora. Fot. NIBEFot. 3. Pompa ciepła znakomicie zastąpi klimatyzację, jeśli chłodzenie nie jest priorytetem inwestora. Fot. NIBE Fot. 4. Tryb chłodzenia pasywnego to niemal bezpłatne rozwiązanie, jednak w praktyce możliwe jedynie w obiektach wyposażonych w gruntowe pompy ciepła. Fot. NabilatonFot. 4. Tryb chłodzenia pasywnego to niemal bezpłatne rozwiązanie, jednak w praktyce możliwe jedynie w obiektach wyposażonych w gruntowe pompy ciepła. Fot. Nabilaton Fot. 6. Efektywność procesu chłodzenia naturalnego w dużym stopniu zależy od wielkości i parametrów dolnego źródła ciepła – jego temperatury i czasu wykorzystania. Fot. NIBEFot. 6. Efektywność procesu chłodzenia naturalnego w dużym stopniu zależy od wielkości i parametrów dolnego źródła ciepła – jego temperatury i czasu wykorzystania. Fot. NIBE

Proces chłodzenia naturalnego (natural cooling) wykorzystuje naturalne właściwości dolnego źródła ciepła – gruntu lub wody gruntowej. Niska temperatura dolnego źródła ciepła umożliwia schłodzenie wnętrza budynku. Wystarczy zastosowanie wymiennika płytowego, pompy bądź zaworu trój- lub czterodrożnego. Co istotne, chłodzenie naturalne nie wymaga załączania sprężarki. Energię elektryczną pobierają jedynie pompy obiegowe oraz układy elektroniczne, jak regulator pompy.
Efektywność procesu chłodzenia naturalnego w znacznym stopniu uzależniona jest od wielkości i parametrów dolnego źródła ciepła – jego temperatury i czasu wykorzystania. Jeśli system opiera się na gruncie, jego moc chłodnicza może się obniżyć pod koniec sezonu letniego, kiedy to grunt zgromadził już dużą ilość ciepła. Mimo iż dzięki chłodzeniu naturalnemu nie uzyskamy takiego komfortu cieplnego, jaki umożliwia klimatyzacja, to bardzo atrakcyjnie kształtuje się temat kosztów eksploatacyjnych. Współczynnik COP jest kilkukrotnie większy niż przy standardowej klimatyzacji, wynosi ok. 15–20. Jednocześnie dzięki pracy układu chłodniczego dochodzi do regeneracji dolnego źródła (odbieramy z niego chłód, dostarczając doń ciepło zgromadzone w budynku).
Podsumowując, tryb chłodzenia pasywnego to niemal bezpłatne w eksploatacji rozwiązanie – ale możliwe do realizacji jedynie w obiektach wyposażonych w gruntowe pompy ciepła (lub wykorzystujące wody gruntowe). Wydatki na chłodzenie są trzykrotnie niższe niż przy użyciu klimatyzatorów (niektórzy producenci mówią nawet o pięciokrotnym obniżeniu wydatków). Zalecany jest tu jednak umiarkowany optymizm. Możliwy do osiągnięcia efekt chłodzenia wynosi ok. 10°C, co oznacza, że przy temperaturze zewnętrznej osiągającej 30°C, temperaturę we wnętrzu będziemy mogli obniżyć do 20°C. Największe ograniczenia dotyczą instalacji ogrzewania podłogowego. Temperatura zasilania nie powinna być niższa niż 18°C – nie możemy przekroczyć punktu rosy, nie mówiąc już o dyskomforcie związanym z zimną podłogą, jak również ograniczonej mocy chłodniczej gruntu.

Chłodzenie aktywne, czyli…

Naturalne chłodzenie to dobre rozwiązanie do domów jednorodzinnych, w których priorytetem jest nie tyle utrzymanie najwyższego komfortu cieplnego latem, a koszty. Jeżeli jednak zależy nam na precyzyjnym regulowaniu mikroklimatu we wnętrzu czy niezbędne jest zachowanie stałej temperatury zasilania w całym okresie chłodniczym, zastosowanie znajdują aktywne układy chłodzenia (active cooling). Funkcja załącza się w przypadku większego zapotrzebowania na energię chłodniczą, którego nie wypełniłoby chłodzenie naturalne. Pompa ciepła działa tu w sposób odwrócony – odwrócony zostaje obieg czynnika chłodniczego w systemie, zmienia się jednocześnie kierunek przepływu ciepła. Parownik pełni funkcję skraplacza i odwrotnie, a ciepło z pomieszczeń przekazywane jest do czynnika chłodniczego. Aby pompa ciepła realizowała także inne zadania, wystarczy wykorzystanie zaworu trój- lub czterodrożnego (jego przełączanie realizuje zmianę kierunku przepływu czynnika chłodniczego przez urządzenie i jednocześnie wybór trybu grzania lub chłodzenia), a dodatkowo zaworu rozprężnego w obiegu czynnika chłodniczego.
Nie zapominajmy jednak, że podobnie jak w trybie grzania, również w trybie chłodzenia energia pobierana do pracy sprężarki zamieniana jest w ciepło. W przypadku realizowania funkcji chłodzenia może to prowadzić do pogorszenia mocy chłodniczej urządzenia oraz wskaźnika efektywności COP.

Pamiętaj, że…

Jeśli chłodzenie pomieszczeń będzie odbywało się w sposób naturalny, warto zastosować wymiennik ciepła dla chłodzenia i zaworu mieszającego. W przypadku gdy jeden system (np. podłogówka) będzie pełnił zarówno funkcję grzewczą, jak i chłodniczą, wymiennik oddzieli instalację dolnego źródła ciepła od obiegu urządzeń dystrybuujących ciepło / chłód. Mieszacz pozwoli z kolei na dopasowanie zapotrzebowania chłodniczego do temperatury pomieszczeń oraz utrzymanie określonej charakterystyki roboczej. Montaż wymiennika ciepła i mieszacza nie jest konieczny w sytuacji, gdy instalacja chłodzenia tworzy obieg niezależny od instalacji grzewczej.
Musimy pamiętać również o zabezpieczeniu systemu przed skraplaniem wilgoci, do czego niejednokrotnie dochodzi podczas chłodzenia za pomocą pompy ciepła. Zarówno wymiennik ciepła, jak i rurociągi czy armatura potrzebują paroszczelnej termoizolacji.

Fot. 5. Chłodzenie pompą ciepła realizujemy najczęściej za pomocą podłogówki, klimakonwektorów lub wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła. Fot. DaikinFot. 5. Chłodzenie pompą ciepła realizujemy najczęściej za pomocą podłogówki, klimakonwektorów lub wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła. Fot. Daikin

Pompa ciepła zastąpi klimatyzację

Najchętniej wdrażanym przez inwestorów i projektantów rozwiązaniem jest podłogówka, która w sezonie zimowym pełni funkcje grzewcze, a latem schładza pomieszczenia. Alternatywne sposoby dystrybucji chłodu uzyskanego z pompy ciepła to stropy chłodzące, wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła, nagrzewnice lub konwektory wentylatorowe.
Wielu inwestorów zastanawia się z kolei, czy do obniżenia temperatury w pomieszczeniach można wykorzystać grzejniki. Niestety, wskutek zbyt małej różnicy pomiędzy wodą chłodzącą a powietrzem wewnątrz budynku jest to niemożliwe.

  • Ogrzewanie podłogowe
    Co interesujące, grzejnik podłogowy może z powodzeniem chłodzić pomieszczenie w sezonie letnim (choć z uwagi na różnice gęstości powietrza instalację chłodzącą najlepiej byłoby zamontować w sufi cie lub górnej części ścian). Chłodne powietrze kumuluje się przede wszystkim w niższych partiach pomieszczenia, nie mieszając się całkowicie z cieplejszym powietrzem, a mimo to powoduje obniżenie temperatury we wnętrzu. Aby komfort przebywania w pomieszczeniu był najwyższy, powierzchniowa temperatura ogrzewania podłogowego powinna oscylować wokół 20°C (stowarzyszenie AS-HARE ze względów zdrowotnych zaleca utrzymywanie temperatury podłogi powyżej 18,9°C).
    Do sterowania podłogówką w trybie chłodniczym konieczny jest czujnik wilgotności zapobiegający tworzeniu się kondensatu na powierzchni podłogi oraz wyłączający chłodzenie w sytuacji przekroczenia wartości granicznej. Oczywiście, należy utrzymywać temperaturę zasilania poniżej punktu rosy.
    Nie możemy nie wspomnieć o jednym, podstawowym mankamencie takiego rozwiązania. Użytkownicy czasami skarżą się na dyskomfort związany z zimną podłogą i jej zbytnim wychładzaniem się w sezonie letnim. Z drugiej strony może to wynikać z nieprawidłowego czy nieprecyzyjnego sterowania układem i utrzymywania niższej temperatury powierzchni podłogi niż jest zalecane.
  • Klimakonwektory
    Chłodzenie pomieszczeń może być realizowane również za pomocą klimakonwektorów. W sezonie letnim przez urządzenia przepływa zimna woda pochodząca z pompy ciepła działającej w cyklu odwróconym, a zintegrowany wentylator (ze zmiennym ustawieniem prędkości obrotów) nawiewa schłodzone powietrze do pomieszczeń. Urządzenia pozwalają na precyzyjne sterowanie temperaturą, o ile oczywiście dobrano je do pomieszczenia pod kątem wydajności oraz właściwie ustalono temperaturę zasilania i powrotu. Zazwyczaj w przypadku systemów pracujących wyłącznie w trybie pasywnych temperatura doboru wynosi 10-12°C, a przy chłodzeniu – 8° C.
  • Wentylacja z odzyskiem ciepła
    Do chłodzenia realizowanego przez pompę ciepła można wykorzystać również instalację wentylacji mechanicznej, także z odzyskiem ciepła. Jednocześnie energia odzyskana z usuwanego powietrza będzie wspierać pracę systemu grzewczego – ciepłe powietrze przepływa przez wymiennik, w którym krąży czynnik dystrybuujący energię. Dzięki temu temperatura czynnika dolnego źródła wzrasta na wejściu do pompy, co powoduje zwiększenie wydajności pompy ciepła. Takie rozwiązanie jest wskazane w przypadku powietrznych pomp do c.w.u. Urządzenie wymusza przepływ powietrza w budynku, a energią odzyskaną ze strumienia zużytego powietrza przekazuje do zbiornika, w którym produkowana jest ciepła woda użytkowa. W innych systemach ciepło powietrza usuwanego wykorzystywane jest jednocześnie do przygotowania c.w.u., podgrzania wody w grzejnikach, jak i podniesienia temperatury świeżego powietrza nawiewanego do pomieszczeń.
Adam Kusz, specjalista ds. serwisu, AFRISO Sp. z o.o.Michał Mika
Kierownik Produktu Pompy Ciepła Danfoss Poland

Zdaniem EKSPERTA
Chłodzenie: pompa powietrzna czy gruntowa?

Pompa powietrzna podczas chłodzenia odwraca obieg chłodniczy. Dolnym źródłem staje się schładzany budynek, a górnym powietrze zewnętrzne. Podczas wysokich temperatur powietrza zewnętrznego, efektywność i moc pompy powietrznej ulega zmniejszeniu, a więc koszt chłodzenia rośnie. Podczas chłodzenia pompa powietrzna może tylko usuwać zyski ciepła z budynku do powietrza zewnętrznego i nie może dodatkowo wykonywać żadnej innej czynności.
Inaczej jest w przypadku pompy gruntowej. Usuwane ciepło podczas chłodzenia może być wykorzystywane do innych instalacji np. technologii basenowej lub przygotowania c.w.u. Jeżeli zrzut ciepła odbywa się tylko do gruntu, to dzięki niskiej temperaturze gruntu jest o co najmniej 30% bardziej efektywny, a więc tańszy. Pompy gruntowe umożliwiają także chłodzenie bez wykorzystania sprężarki – tzw. chłodzenie pasywne, które jest około 30-krotnie tańsze w stosowaniu niż tradycyjne chłodzenie z wykorzystaniem obiegu chłodniczego.
Źródłem chłodu jest grunt, którego naturalna temperatura wynosi około 8°C, co jest wystarczające, aby schłodzić wodę cyrkulującą latem w instalacji podłogowej i ściennej lub powietrze wentylacyjne. Istnieją gruntowe pompy ciepła, które chłodzenie pasywne posiadają wbudowane i nie wymagają dodatkowych modułów. Podstawą decyzji o wyborze źródła chłodu jest znajomość kosztów tradycyjnego chłodzenia. Jeżeli założymy zyski ciepła na poziomie 100 W/m², to moc chłodnicza dla budynku o powierzchni 100 m² wyniesie 10 kW. Jeżeli klimatyzator pracuje 10 h dziennie przez 1 miesiąc, to usunie 10 kW x 300 h, czyli 3000 kWh ciepła, co przy efektywności 3 daje 1000 kWh energii elektrycznej za około 600 zł. Natomiast chłodzenie pasywne mogłoby kosztować około 20 zł.
Na korzyść stosowania do chłodzenia pompy ciepła, czyli urządzenia zakupionego na potrzeby grzewcze jest również specyfika naszego klimatu. Jeżeli w naszej strefie klimatycznej używanie klimatyzacji sprowadza się do występujących sporadycznie upalnych dni, to zakup odrębnego urządzenia i tworzenie dodatkowej instalacji niewykorzystywanych przez znaczącą większość roku wydaje się być nieuzasadniony.
Podsumowując, można stwierdzić, że tylko gruntowa pompa ciepła jest wielofunkcyjnym urządzeniem chłodniczym, które przy umiejętnym wykonaniu instalacji może zapewniać całoroczny komfort najmniejszym kosztem, a w przypadku basenu czy spa – także relaks.

Iwona Bortniczuk
Na podstawie materiałów firm: Viessmann, Klimatech, NIBE

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Please enter your comment!
Please enter your name here