Pompy ciepła typu powietrze/woda – pytania czytelników

Inwestorzy coraz mniej sceptycznie podchodzą do pomp ciepła znajdując w nich ekonomiczne i ekologiczne źródło ciepła. Poziom wiedzy instalatorów na temat tych urządzeń rośnie wraz z rozwojem tej techniki. O edukację branży dbają szczególne sami producenci, którzy mają świadomość potencjału tego rynku. I choć pompy ciepła typu solanka-woda zostały już prawie, można powiedzieć „oswojone” to powietrzne pompy nadal budzą wiele kontrowersji. Aby wyjaśnić wątpliwości z nimi związane przekazaliśmy ekspertom pytania naszych czytelników. Poniżej znajdziecie odpowiedzi.

Pompy ciepła typu powietrze/woda - pytania czytelników

1. Czy obecna technologia pomp ciepła typu powietrze- woda pozwala na ich stosowanie jako jedynego źródła ciepła w budynku?

 

Na rynku jest już dość dużo modeli pomp ciepła powietrze/woda do wyboru. Jednak tylko niektóre są w stanie samodzielnie zapewnić ogrzewanie i przygotowanie wody użytkowej. Do takiego zadania należy poszukać pomp ciepła z dużym zakresem pracy temperatur powietrza zewnętrznego, oraz takich które przy ujemnych temperaturach powietrza zapewniają jeszcze wysokie współczynniki efektywności. Pompy ciepła z cyklem EVI (z wtryskiem gazu), np. Vitocal 350-A są właśnie dedykowane do pracy jako jedyne źródło ciepła (tzw. praca monowalentna). Cykl EVI pozwala na utrzymywanie stosunkowo wysokiego współczynnika efektywności (rzędu 3) przy temperaturach powietrza poniżej -10°C i temperaturze wody grzewczej wystarczającej do zagrzania wody użytkowej.

Jerzy Grabek Kierownik rozwoju produktu ds.     energii odnawialnych, JunkersJerzy Grabek
Kierownik rozwoju produktu ds. energii odnawialnych, Junkers

Dostępne na rynku pompy ciepła typu powietrze/ woda, choć zaawansowane technologicznie, w większości niestety nie nadają się do wykorzystania jako jedyne źródło ciepła. Kiedy temperatura powietrza spada poniżej -20°C wentylator zasysający powietrze zostaje automatycznie wyłączany, gdyż praca pompy staje się nieekonomiczna (pompa ciepła zużywa więcej prądu elektrycznego niż wytwarza ciepła). W związku z tym, w przypadku klimatu panującego w Polsce, powietrzne pompy raczej ciepła powinny pracować w układzie z dodatkowym źródłem ciepła. Od tej zasady, jak od każdej innej, są jednak wyjątki. Pompy bez cyklu EVI pomimo, że bez problemu są w stanie pracować do temperatur powietrza -20°C, to jednak już od około -7°C nie są w stanie podnieść temperatury wody grzewczej wyżej niż 35-40°C. Jednak również i takie pompy spełnią swoją rolę z tą różnicą, że tu zalecane są do współpracy z grzałką elektryczną tworząc tym samym tzw. układ monoenergetyczny.

2. Jaki jest średni roczny koszt pozyskania 1 kWh energii przy założeniu temperatury na wyjściu 50°C? A jak to się ma przy temperaturze pracy -15°C?

pozyskania 1 kWh energii dla pompy ciepła, dla której źródłem ciepła jest powietrze zewnętrzne. Wynika to z oczywistego faktu – im zimniej tym mniej mamy ciepła. Na podstawie przykładu jednego z modeli pomp ciepła analizuje to Jerzy Grabek z firmy Junkers: „Jeżeli przyjmiemy parametry instalacji grzewczej na poziomie 55°C to odpowiednio:

  • przy temperaturze zewnętrznej +15°C uzyskamy 8,5 kW mocy grzewczej, jednocześnie zużywając 2,9 kW mocy elektrycznej
  • przy temperaturze zewnętrznej 0°C uzyskamy 5,8 kW mocy grzewczej, jednocześnie zużywając 2,8 kW mocy elektrycznej
  • przy temperaturze zewnętrznej -15°C uzyskamy 3,5 kW mocy grzewczej, jednocześnie zużywając 2,6 kW mocy elektrycznej.

Co za tym idzie im powietrze zewnętrzne jest zimniejsze tym droższy jest koszt uzyskania 1 kWh mocy grzewczej.”

Małgorzata Smuczyńska Kierownik Działu Odnawialnych Źródeł     Energii, Nibe-Biawar Sp. z o.o.Małgorzata Smuczyńska
Kierownik Działu Odnawialnych Źródeł Energii, Nibe-Biawar Sp. z o.o.

Wyliczenia te uzupełnia, w odniesieniu do wspomnianej wcześniej technologii EVI, Dawid Pantera: „Przy temperaturze powietrza zewnętrznego -15°C i zasilaniu wody grzewczej 50°C (mamy na myśli jedynie pompy z cyklem EVI, pompy bez ekonomizera nie są w stanie wytworzyć tak dużej różnicy temperatur) współczynniki efektywności pompy oscylują w okolicy 2,5. To wartość współczynnika efektywności, który uzasadnia dalszą pracę pompy – 1 kWh ciepła kosztuje nas około 18 gr, a więc mniej niż 1 kWh ciepła z kotła kondensacyjnego z najwyższej półki.”

3. Co można zrobić aby obniżyć poziom hałasu pompy ciepła?

Poziom hałasu pompy ciepła zależy od mocy urządzenia i jakości wykonania. Niektóre działają równie cicho jak lodówka, czyli hałas nie przekracza około 43 dB, zaś u innych poziom ten dochodzi do ponad 64 dB. Poziom ciśnienia akustycznego wyraża poziom dźwięku słyszalny na wysokości uszu (1,8 m) w odległości 1 m od pompy ciepła. Poziom ten mierzony jest w temperaturze pokojowej w pomieszczeniu do pomiarów akustycznych bez echa przy temperaturze zewnętrznej +7°C oraz przy temperaturze na zasilaniu 50°C. Jeżeli pompa ciepła ustawiona jest na zewnątrz budynku i dźwięk ma możliwość swobodnego rozchodzenia się, ciśnienie akustyczne zmniejsza się o 6 dB (A) przy każdym podwojeniu odległości.

Dodatkowe wytłumienie dźwięku urządzenia instalowanego na zewnątrz zapewnić może np. posadzenie krzewów w okolicy pompy. Powietrzna pompa ciepła do montażu wewnątrz budynku jest z reguły lepiej wyciszona, a generowany hałas wynosi nawet o 10 dB mniej. Niemniej jednak, nie powinno się lokować pompy powietrznej w pobliżu sypialni. Nie tłumi się jej dodatkowo, ale zaleca się elastyczne podłączenie do instalacji aby niskie dźwięki nie były przenoszone po rurach do pomieszczeń.

Dawid Pantera     Menadżer Akademii ViessmannDawid Pantera
Menadżer Akademii Viessmann

4. W jaki sposób oblicza się COP?

W prosty sposób opisuje to Małgorzata Smuczyńska z firmy Nibe-Biawar: „Współczynnik wydajności cieplnej COP (coefficient of performance) jest to stosunek pomiędzy mocą grzewczą pompy ciepła a niezbędną do napędu sprężarki mocą elektryczną”. Zwykle w danych technicznych jest on podawany zgodnie z normą EN 14511 dla parametrów 0°C temperatury na wejściu do pompy ciepła z dolnego źródła i 35°C na zasilaniu systemu grzewczego. Dla lepszego zrozumienia tej zależności przytaczamy przykład przygotowany przez Jerzego Grabka: „Jeśli współczynnik COP osiąga wartość na poziomie 4, oznacza to, że z każdej dostarczonej kilowatogodziny energii elektrycznej możemy uzyskać 4 kWh energii cieplnej.” Współczynnik COP podczas pracy pompy ciepła ulega znacznym wahaniom. W przypadku pomp powietrznych jego wartość w dużym stopniu zależy od temperatury górnego źródła (system ogrzewania budynku) i temperatury powietrza zewnętrznego. Dla przykładu, pompa przy temperaturze dolnego źródła +7°C i temperaturze górnego +35°C osiąga COP równe 3,6. Natomiast przy temperaturze dolnego – 7°C i górnego źródła ciepła +35°C, COP waha się w okolicach 2,4 a przy temperaturze dolnego +15°C i górnego źródła ciepła +35°C, COP waha się w okolicach 4,4.

5. Co to jest „inwerterowa” pompa ciepła?

Jest to pompa o zmiennej mocy grzewczej. Małgorzata Smuczyńska wyjaśnia: „Inwerter to urządzenie które różnicuje prędkość pracy sprężarki i tym samym jej moc grzewczą w zależności od aktualnego zapotrzebowania na ciepło. Dzięki inwerterowo sterowanej sprężarce pompa ciepła produkuje tyle energii cieplnej ile akurat potrzeba. W związku z tym pompa ciepła o modulowanej mocy grzewczej będzie zużywała mniej energii elektrycznej w porównaniu do pomp ciepła o stałej mocy, ponieważ w okresie poza sezonem grzewczym będzie pracowała z minimalną wymaganą wydajnością”. Dodatkową zaletą jest bardzo „miękki” start sprężarek, ponieważ właśnie dzięki inwerterowi stopniowo zwiększana jest prędkość wirnika sprężarki, a to przekłada się na dłuższą żywotność elementów ruchowych sprężarki, a także nie powoduje dużego skoku natężenia prądu w czasie rozruchu. W takich pompach ciepła sprężarka jest zasilania prądem stałym, a inwerter steruje częstotliwością.

Pompy ciepła typu powietrze/woda - pytania czytelników

6. Czy konieczne jest stosowanie zbiornika buforowego przy powietrznej pompie ciepła?

Pompy ciepła, które mają możliwość płynnej regulacji mocy, a więc te z inwerterem teoretycznie nie wymagają zbiornika. Warunek jednak jest następujący: w instalacji grzewczej występuje co najmniej 15 litrów/ kW mocy pompy ciepła, oraz to co bardzo ważne, układ musi być przygotowany do bezpośredniego podłączenia pod pompę ciepła, a więc obliczeniowa różnica temperatur powinna zawierać się pomiędzy 6 a 8 K (tyle wynosi prawidłowa delta pracy pompy ciepła), oraz układ nie powinien zmieniać swojego przepływu w czasie pracy pompy ciepła. Wykluczone są w takim razie zawory mieszające, oraz głowice na rozdzielaczach ogrzewania podłogowego – ich działanie ma wpływ na strumień wody tłoczonej przez układ, a to z kolei wpływa niekorzystnie na pracę pompy ciepła zmieniając różnicę temperatur zasilanie/powrót. Pompy ciepła powietrze/woda bez inwertera, a więc z jednostopniową sprężarką wymagają każdorazowo montażu nawet małej pojemności bufora. Dla pompy 9 kW wystarczy bufor o pojemności około 200 litrów. Jest on konieczny ponieważ moc pompy ciepła rośnie wraz ze wzrostem temperatury zewnętrznej, a dokładnie odwrotnie dzieje się z zapotrzebowaniem na ciepło – nadmiar ciepła powinien być magazynowany aby zapewnić możliwie długie czasy pracy urządzenia.

7. Kiedy lepiej stosować pompy dwumodułowe (moduł wewnętrzny i zewnętrzny), a kiedy jednomodułowe?

Pompy składające z dwóch jednostek to po prostu rozcięta pompa jednomodułowa. Kierować się należy miejscem montażu urządzenia i generowanym hałasem. Specjalista z Viessmanna poleca pompy dwumodułowe do modernizacji istniejących układów grzewczych, dzięki niewielkim rozmiarom jednostki wewnętrznej.

8. W jakim procencie pokryje zapotrzebowanie na CWU i CO pompa ciepła zasilana powietrzem wentylacyjnym przy założeniu zapotrzebowania budynku na ciepło 10 kW?

Zakładając 10 kW jako moc obliczeniową budynku zaproponowano by pompę ciepła powietrze/woda z inwerterem o mocy 7,4 kW zgodnie z normą EN14511, a więc dla temperatury powietrza zewnętrznego 2°C i wody na zasilaniu obiegu grzewczego 35°C. Jeżeli ma to stanowić jedyne źródło ciepła należy układ doposażyć o grzałkę elektryczną. Natężenie przepływu powietrza przez wymienioną pompę wynosi niemal 3000m3/h, podczas gdy wentylacja mechaniczna 10 krotnie mniej. Pan Dawid radzi, aby ciepło wentylacji wykorzystać lepiej do podgrzewu wody użytkowej za pomocą pompy ciepła powietrze/woda, ale o niewielkiej (ok. 1,5 kW) mocy. „Spinając” wyrzut ciepłego powietrza z układu wentylacyjnego z zasilaniem pompy ciepła można w bardzo efektywny sposób podgrzewać wodę użytkową i tym samym pokryć zapotrzebowanie na CWU niekiedy nawet w 100%.”

9. Jakie czynniki mają wpływ na żywotność sprężarki?

Zdecydowanie największy wpływ na żywotność sprężarki ma smarowanie. Jako użytkownicy nie musimy wiedzieć czy smarowanie jest odpowiednie – nie sprawdza się np. poziomu oleju – jest on wlany fabrycznie w odpowiedniej ilości. Jednak musimy wiedzieć, że każde uruchomienie sprężarki to krótka praca „na sucho” – olej jest dopiero zaciągany. Wniosek dość prosty – duża liczba uruchomień nie jest korzystna dla sprężarki – takie sytuacje mogą się pojawić gdy pompa ciepła została dobrana za duża, lub np. źle został dobrany osprzęt hydrauliczny (np. zbiornik wody użytkowej) i nie jest w stanie odebrać całego ciepła generowanego przez pompę. W pompach ciepła typu Split, a więc składających się z dwóch modułów bardzo ważną rzeczą jest prawidłowe wykonanie połączenia obu jednostek. Na przewodach miedzianych wykonuje się tzw. pułapki na olej, aby skutecznie wracał do sprężarki i spełniał swoje zadanie.

10. W jaki sposób obladzanie wpływa na jakość pracy pompy ciepła? Podobno zdarza się to często w temperaturach 0 do 6 stopni.

Rzeczywiście występuje takie zjawisko jak obladzanie wymiennika powietrznego i zgadza się również to, że w temperaturach dodatnich ale bliskich zera. W takich warunkach powietrze jest jeszcze stosunkowo wilgotne, a parownik schładza je o 4 do 5 K czym powoduje wykroplenie pary wodnej i w konsekwencji tworzenie lodu. Wykładowca Akademii Viessmann uspokaja: „Nie ma się czym jednak martwić. Jest to zjawisko zupełnie normalne i z reguły każda pompa posiada system odmrażania wymiennika. W pompach wysokiej klasy maksymalny udział czasu odmrażania wymiennika to około 3 do 5% całego czasu pracy pompy ciepła. Warto przypomnieć, że efektywność pompy powietrznej podana zgodnie z normą EN14511 uwzględnia proces odmrażania.”

Pompy ciepła typu powietrze/woda - pytania czytelników

11. Czy uwzględniając minusowe temperatury zimą uzasadnione jest przewymiarowywanie pomp ciepła?

Żadna pompa ciepła nie powinna zostać przewymiarowana – uzasadnienie jest dość proste. Inwestujemy w pompę większą, a więc droższą, co więcej zmuszamy ją do krótkich cykli pracy, a więc skracamy jej żywotność i obniżamy efektywność. Pompy powietrze/woda należy dobrać w taki sposób aby w temperaturach poniżej około -5°C wymagały już wspomagania innym źródłem ciepła. Wyjątkiem są pompy z cyklem EVI, które w zakresie ujemnych temperatur zewnętrznych utrzymują w miarę stałą moc i efektywność czyli jest uzasadnione ekonomicznie eksploatowanie ich do temperatur powietrza nawet -15°C … -18°C, a poniżej tych wartości może zostać dołączone drugie źródło ciepła (najczęściej w takich pompach grzałka). I znów z eliksirem na wątpliwości przychodzi Dawid Pantera, który przytacza fakty meteorologiczne: „Aby nie przerażać wszystkich grzałkami warto powiedzieć, że w 2010 nie było ani jednego dnia, w którym średnia temperatura, mierzona jako dzienna, spadła poniżej -16°C, a poniżej 0°C około 95 dni, a więc ¼ roku (dane dla Polski Północnej).”

12. Ponieważ pompa ciepła przy ujemnych temperaturach wspomagana jest grzałkami elektrycznymi, to czy można jakoś wykorzystać system dwutaryfowy i oprzeć się tylko na tańszej energii nocnej?

Patrząc na okresy występowania taryfy tańszej nie jest to dobry pomysł. Realizując ogrzewanie tylko w drugiej taryfie eksploatujemy pompę w okresie nocnym i zaledwie 2 h w ciągu dnia, a temperatury w nocy są zdecydowanie niższe niż w ciągu dnia. Magazynowanie i wykorzystanie tańszej taryfy stosuje się jedynie przy pompach solankowych czy wodnych, ale musi być ku temu uzasadnienie.

13. Jakie czynniki chłodnicze wykorzystywane są w pompach ciepła i czy ich rodzaj ma znaczenie?

Najczęściej wykorzystywane są naturalne i kontrolowane czynniki chłodnicze, które nie mają wpływu na warstwę ozonową oraz nasze zdrowie. Ich rodzaj, dla nas jako użytkowników, nie ma znaczenia. Każdy z nich posiada nieco inne temperatury i ciśnienia pracy. Jeden nadaje się do kompaktowych, małych układów inny z kolei do pracy w wyższych temperaturach.

UDOSTĘPNIJ
Poprzedni artykułVitocal 222-S – kompaktowa centrala grzewcza
Następny artykułNowe wkładki zaworowe w grzejnikach Purmo

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Please enter your comment!
Please enter your name here