Ogrzewanie obiektów pompą ciepła bezpośredniego działania

Acalor – działanie, korzyści, opinie

Układ ogrzewania z pompą ciepła bezpośredniego działania Acalor polega na współpracy powietrznej pompy ciepła ustawionej na zewnątrz z ogrzewaniem podłogowym w obiekcie wypełnionym tym samym czynnikiem R290, na którym  pracuje pompa. Energia, która pozyskiwana jest na zewnątrz i gromadzona w czynniku roboczym, dociera bez jakichkolwiek dróg okrężnych i strat bezpośrednio do budynku w celu ogrzania go. Ogrzewanie podłogowe w postaci rur miedzianych rozmieszczonych w jastrychu grzewczym „nabite” jest gazem pod ciśnieniem 11 barów w funkcji ogrzewania, gazem przekazującym ciepło tylko w tych strefach pomieszczenia gdzie występuje aktualnie zapotrzebowanie na ciepło. W pomieszczeniu zapewniony zostaje więc równomierny rozkład temperatury od podłogi do sufitu np. 23oC, bez udziału konwekcji, wyłącznie na drodze promieniowania.
W Polsce układy takie ciągle są nowością, podczas gdy w Europie Zachodniej działa z powodzeniem już ponad 5000 pomp ciepła Acalor.

Niemcy nie żyją z sumienności swoich banków, lecz z geniuszu swych inżynierów

Henning W. Scheel, wynalazca i szef firmy Acalor, wynik realizacji swojego pomysłu, który zrodził się na przestrzeni ponad 20 lat, nazywa „komfortem termicznym” i przedstawia krótko swoje wstępne przemyślenia: „Połączyłem na nowo zasadę ogrzewania podłogowego, lodówki i jednoobwodowej pompy ciepła. Powstała z tego pompa ciepła bezpośredniego Acalor, która do ogrzewania domu wykorzystuje wyłącznie ciepło powietrza otaczającego. Jak dotąd – jedyne w swoim rodzaju rozwiązanie techniczne.”

 

Jak działa i dlaczego tak prosto?

Pompa ciepła ustawiona jest na zewnątrz. Tu w parowniku znajduje się ok. 80 m rur miedzianych. Przez nie przepływa czynnik chłodniczy. Wentylator na parowniku wymusza krążenie powietrza otaczającego rury. Czynnik chłodniczy w postaci ciekłej przejmuje energię z powietrza i przeobraża się w parowniku w gaz. Gazowy, „gorący” czynnik chłodniczy zostaje następnie przetłoczony do domu.
Początkowe przegrzanie, które w przypadku konwencjonalnych pomp ciepła „wyparowuje” w niewykorzystany sposób, wykorzystywane jest w przypadku Acalor do podgrzania wody użytkowej.

W tym celu czynnik chłodniczy w domu przepływa najpierw do rur miedzianych owiniętych wokół zbiornika wody ze stali szlachetnej. Woda użytkowa zostaje więc podgrzana bez dodatkowych kosztów do temperatury ponad 65°C. W ten sposób dodatkowo zapewniona jest ochrona przed Legionellą. Podgrzanie wody użytkowej zawsze traktowane jest priorytetowo, by mieszkańcom zapewnić komfort korzystania z c.w.u.

Następnie czynnik chłodniczy przedostaje się do rozdzielacza obwodów grzejnych i zostaje doprowadzony do poszczególnych pętli. Transport czynnika chłodniczego następuje w wyniku oddziaływania ciśnienia roboczego w całym układzie. Nie są wymagane żadne dodatkowe pompy. Czynnik chłodniczy skumulował energię w sposób utajony i oddaje ciepło, przyjmując w podłodze postać ciekłą (parowanie bezpośrednie). Następuje to zawsze w tym miejscu podłogi, gdzie występuje najmniejszy opór. W najzimniejszym miejscu pomieszczenia, nawet jeśli jest to najbardziej oddalony narożnik, oddawana jest większość ciepła. Gdy podłoga zostanie w tym miejscu ogrzana, wówczas zwiększa się opór i ciepło nie jest już dalej oddawane.

System ten zapewnia absolutnie homogeniczną dystrybucję ciepła w pomieszczeniu. Temperatura pod sufitem jest niemalże identyczna z temperaturą przy podłodze. Nie jest ogrzewane powietrze, lecz powierzchnie pomieszczenia. Człowiek zauważa różnicę natychmiast po wejściu do pomieszczenia.

Po przekazaniu ciepła do podłogi czynnik chłodniczy  skrapla się i zostaje  przetransportowany przez napływający gazowy czynnik chłodniczy z powrotem do rozdzielacza obwodów grzejnych, a stamtąd do pompy ciepła na zewnątrz. Następnie zostaje ponownie przygotowany do ponownego odparowania i znów płynie w postaci ciekłej do parownika, by tam pobrać energię z powietrza. Ten zamknięty proces obiegu przebiega w sposób ciągły, aż do momentu, gdy w domu zostaną osiągnięcie pożądane wartości temperatury, a pompa ciepła zostanie odłączona przez termostat znajdujący się w domu.

Tryb letni

W trybie letnim, gdy w domu nie ma zapotrzebowania na ciepło, instalacja aktywowana jest tylko na krótko w celu podgrzania wody użytkowej poprzez odrębny termostat na zbiorniku wody użytkowej. Latem możliwe jest opcjonalnie rzeczywiste chłodzenie domu. Zasada funkcjonowania ulega całkowitemu odwróceniu. Czynnik chłodniczy odparowuje wówczas w podłodze, odbiera ciepło z domu i odprowadza je przez parownik na zewnątrz. Umożliwia to rzeczywiste chłodzenie domu, a więc osiągnięcie ustawionej temperatury wynoszącej 23°C możliwe jest również w przypadku bardzo wysokich temperatur zewnętrznych.

Elementy systemu i parametry eksploatacyjne

Firma Acalor oferuje klientom kompletny system grzewczy poczynając od pompy ciepła, przez zbiornik c.w.u. ze stali szlachetnej, rozdzielacze obwodów grzewczych, system ogrzewania podłogowego (izolacja, rury miedziane, mocowanie), termostaty. Aby system ten pracował jednak właściwie i efektywnie zapewnia też pełen projekt obliczeniowy, montaż i wspiera w pierwszym okresie pracy systemu.  Tak więc całość realizowana jest przez jedną firmę, co daje klientom pewność, że pełna odpowiedzialność za pracę systemu spoczywa właśnie na Acalor.

Koszty eksploatacyjne

Roczny współczynnik efektywności SCOP w praktyce to 4,0 (współczynnik COP wydajności do 4,8).

Efektu ekonomicznego pomp ciepła nie da się jednak zidentyfikować tylko na podstawie COP czy też SCOP. Dla klientów dużo wymowniejsze są mierzone zużycie energii elektrycznej niż reklamowany SCOP. Najbardziej korzystnym projektem z Acalor był BV Albrecht, dom pasywny niedaleko Berlina, który w latach 2005-2007 zużył tylko 5,9 kWh/m²xrok. Średnia wartość zużycia energii elektrycznej w domach klientów ACALOR, wynosiła w roku 2005 tylko 27,1 kWh/m² xrok! Dziś 10 lat później, w obecnie budowanych domach niskoenergetycznych możliwe jest osiągnięcie zużycia nawet poniżej 10 kWh/m² xrok, co oznacza koszt zaledwie 5-7 zł/m² xrok. Najnowsze koszty zużycia w domach z Acalor są na stronie www.ennergy.pl do wglądu (dzisiejsza średnia wynosi 20,kWh\m2 xrok z wodą użytkową).

Zakres mocy pomp ciepła

Acalor oferuje sześć różnych wielkości pomp ciepła, o mocach pomiędzy 3,3 i 9,5 kW.
Przy większym zapotrze­bowaniu na ciepło można zastosować rozwiązanie kaskadowe z kilkoma pompami ciepła. Przykład: do ogrzewania obiektu o powierzchni ok. 2200 m² (obiekt szkoleniowy z salą konferencyjną dla 600 osób, kilkudziesięcioma pokojami) użyto 12 pomp bezpośredniego działania. Inwestycja została zrealizowana i funkcjonuje bezawaryjnie do dziś.

Temperatura w domu regulowana jest termostatem. Dzięki zastosowaniu poszczególnych obwodów grzejnych można zapewnić różne strefy temperatury (np. w  łazience o 2°C cieplej niż w pokoju dziennym, w sypialni nieco chłodniej…). Użytkownik może przy pomocy termostatu samodzielnie ustawić komfortową dla siebie temperaturę i w każdej chwili zmienić ją w zakresie od +5°C do +30°C.

Firma udziela 5 lat rękojmi na wszystkie części, łącznie z elementami ruchomymi i elektrycznymi, możliwość przedłużenia do 10 lat.

Wodne ogrzewanie podłogowe a podłogówka z Acalor – porównanie komfortu termicznego pomieszczeń

W przypadku konwencjonalnych pomp ciepła, ciepło przenoszone jest od pompy ciepła za pośrednictwem wymiennika ciepła do odrębnego obiegu wody. System ten z kolei ogrzewa dom. Wymiana ciepła w wymienniku ciepła powoduje duże straty, dodatkowy obieg wody wymaga pompy wodnej, pracochłonnego sterowania i regulacji, jak również dużej liczby termostatów. Te wymagające intensywnej konserwacji komponenty w przypadku Acalor w ogóle nie występują.

Aby ogrzewanie podłogowe z ciepłą wodą było w stanie przekazywać energię w pożądanych miejscach pomieszczenia, potrzebuje medium koniecznie o wyższej temperaturze. Ponieważ ciepło tracone jest również na drodze do ogrzewanej powierzchni, na zasilania musi być zadana wyższa temperatura niż konieczna jest do ogrzewania wybranego obszaru. Moc grzewcza spada też na drodze wody w pętlach grzewczych. Sztuka instalatora polega na tym, by wyrównać te straty i różnice temperatury w różnych miejscach pomieszczenia dzięki wyrafinowanemu poprowadzeniu wężownic grzewczych w jastrychu. W praktyce zawsze będą istniały różnice temperatury, które kompensowane są dopiero przez ruch nagrzanego powietrza. Konwekcja to fachowe określenie tego procesu. Powietrze jako jeden z ważniejszych składników do życia zostaje w ten sposób nadużyte do transportu ciepła.

W przypadku ogrzewania Acalor dokonuje się eleganckiego obejścia tego problemu dzięki kondensacji bezpośredniej. Temperatura w jastrychu ustalana jest przez ciśnienie gazu ogrzewania, przy którym zaczyna on kondensować. Ponieważ ciśnienie w połączonym systemie wszędzie jest jednakowe, gaz zaczyna się skraplać w najchłodniejszym miejscu i przy tym je ogrzewa. Dzięki tej sztuczce ciepło transportowane jest do najbardziej potrzebującego miejsca, przy czym gaz grzewczy w drodze do tego miejsca nie traci swej energii.

Jeśli np. przez okno na podłogę świeci słońce, to gaz grzewczy „przejdzie” przez ten obszar bez działania. Przy drzwiach balkonowych zwiększą się straty ciepła, zredukowana więc temperatura doprowadzi w tym miejscu do wzmożonej kondensacji gazu grzewczego i tym samym do ukierunkowanego transportu ciepła do tego słabego punktu. Rezultatem jest równomierne nagrzanie jastrychu i dzięki temu przyległych części budynku oraz powietrza w pomieszczeniach. Domy ogrzane przez Acalor charakteryzują się brakiem różnic temperatury powietrza w pomieszczeniu i dzięki temu klimatem pomieszczeń pozbawionym efektu konwekcji. Jest to optymalny klimat pomieszczeń w ogóle, a zwłaszcza ważny dla alergików!

Dom jednorodzinny pod Kłobuckiem z pompą ciepła Acalor

Acalor w Polsce ma jeden obiekt pokazowy, w czerwcu zaś zaczął pracować pierwszy system z pompą bezpośredniego działania w domu młodego małżeństwa pod Kłobuckiem. Dom z bala, zbudowany w góralskim stylu jest wprost idealny do ogrzewania płaszczyznowego. Dodatkowo właściciele to młodzi ludzie, otwarci na nowe technologie, szczególny gdy za nimi przemawia aspekt ekonomiczny w postaci niskich kosztów ogrzewania.
Obiekt ten redakcja InstalReportera miała okazję  obejrzeć na własne oczy i przyznać musimy, że jakość wykonania systemu i sama prostota jego działania zrobiły na nas wrażenie. W systemach z ogrzewaniem podłogowym wypełniony gazem, a nie wodą, współpracujących w jednym zamkniętym układzie z pompą ciepła najistotniejsze jest zrozumienie istoty działania i tak naprawdę przestawienie toku myślenia: tu proces przekazywania ciepła zachodzi zupełnie inaczej niż w ogrzewaniu wodnym to jest całe clou zagadnienia.
Kolejna inwestycja w systemie Acalor będzie wykonana w okolicach Łasku. Jest to rezydencja o powierzchni ponad 600 m2 wraz z podgrzewanym basenem.

 

 

Instalnews - bezpłatny biuletyn e-czasopisma InstalReporter 12/2017 4/2017 6/2016