Pompy ciepła na c.w.u. – mały koszt, duży komfort

W ostatnich latach w szybkim tempie wzrasta liczba montowanych pomp ciepła typu powietrze-woda do przygotowania ciepłej wody. Popularność tego rozwiązania wynika z możliwości znacznego zredukowania kosztów eksploatacji instalacji i podwyższenia komfortu. Rozwój w tym obszarze następuje tak szybko, że dziś na rynku dostępnych jest wiele odmian pomp ciepła do przygotowania ciepłej wody. Dzięki temu łatwo można dopasować rozwiązanie do potrzeb i wymagań użytkowników.

Monoblokowe, gdy dysponujemy odpowiednią przestrzenią do montażu

Chyba najbardziej popularnym i jednym z pierwszych rodzajów pomp ciepła do c.w.u. jakie pojawiły się na naszym rynku są monoblokowe pompy ciepła składające się z zasobnika c.w.u. i zamontowanego na nim modułu pompy ciepła. Zaletą tego typu rozwiązania jest prosta i kompaktowa budowa. Montaż polega jedynie na podłączeniu zbiornika do instalacji wody zimnej i ciepł ej oraz ewentualnym doprowadzeniu kanałów powietrza czerpanego i wyrzutowego. Niezbędne jest również podłączenie odpływu skroplin do kanalizacji. Za to układ ziębniczy jest hermetyczny i od razu przygotowany do uruchomienia. Nie wymaga wykonywania jakichkolwiek połączeń czy napełniania czynnikiem. Z reguły również wszystkie czujniki temperatury są podłączone do układu elektronicznego, a przewód zasilający jest dostarczony wraz z urządzeniem. Wystarczy, więc po zamontowaniu zasilić urządzenie z odpowiedniego gniazdka i włączyć.

Split, szczególnie w trudnych przypadkach

Czasem jednak trudno znaleźć odpowiednie miejsce do zamontowania monoblokowej pompy ciepła. Brak możliwości poprowadzenia kanałów lub inwestor nie chce wykonywać otworów od dużej średnicy w elewacji, pobór powietrza zaś z pomieszczenia jest niemożliwy lub niewskazany. W takich przypadkach rozwiązaniem może być zastosowanie pompy ciepła typu split. Dzięki temu w samym pomieszczenia znajduje się jedynie podgrzewacz wody z wbudowanym skraplaczem, a pozostała część układu ziębniczego zainstalowana jest na zewnątrz. Do połączenia obu jednostek wystarczy wykonać jeden otwór o niedużej średnicy, np. 50 mm do poprowadzenia przewodów instalacji ziębniczej i zasilania jednostki zewnętrznej w energię elektryczną. Takie rozwiązanie pozwala znacząco zredukować wymaganą przestrzeń montażową wewnątrz pomieszczenia. Poza tym podczas pracy instalacji hałas będzie emitowany na zewnątrz, a nie wewnątrz pomieszczenia.

Za to wykonanie instalacji wymaga znacznie większej dokładności i dbałości o czystość i szczelność systemu. Poza tym należy pamietać o skutecznej izolacji termicznej przewodów pomiędzy jednostkami.

Pompa ciepła typu split

Czasem jednak trudno znaleźć odpowiednie miejsce do zamontowania monoblokowej pompy ciepła. Brak możliwości poprowadzenia kanałów lub inwestor nie chce wykonywać otworów od dużej średnicy w elewacji, pobór powietrza zaś z pomieszczenia jest niemożliwy lub niewskazany. W takich przypadkach rozwiązaniem może być zastosowanie pompy ciepła typu split. Dzięki temu w samym pomieszczenia znajduje się jedynie podgrzewacz wody z wbudowanym skraplaczem, a pozostała część układu ziębniczego zainstalowana jest na zewnątrz. Do połączenia obu jednostek wystarczy wykonać jeden otwór o niedużej średnicy, np. 50 mm do poprowadzenia przewodów instalacji ziębniczej i zasilania jednostki zewnętrznej w energię elektryczną. Takie rozwiązanie pozwala znacząco zredukować wymaganą przestrzeń montażową wewnątrz pomieszczenia. Poza tym podczas pracy instalacji hałas będzie emitowany na zewnątrz, a nie wewnątrz pomieszczenia.

Za to wykonanie instalacji wymaga znacznie większej dokładności i dbałości o czystość i szczelność systemu. Poza tym należy pamietać o skutecznej izolacji termicznej przewodów pomiędzy jednostkami. 

Do zamontowania pompy ciepła typu split wymagane są odpowiednie uprawnienia, a instalacja wymaga regularnej kontroli szczelności. Częstotliwość kontroli zależy od ilości czynnika w systemie.

Jak podłączyć PC do istniejącego zasobnika w modernizowanej instalacji?

Często chcemy zmodernizować instalację, ograniczając do minimum zakres prac. Dotyczy to szczególnie systemów, które są względnie nowe, a intencją użytkowników jest ograniczenie kosztów eksploatacji. W takim przypadku często pozostawia się istniejący pojemnościowy podgrzewacz wody zasilany np. z kotła gazowego, olejowego czy węglowego. Do podgrzewacza podłącza się pompę ciepła, która za pomocą niewielkiej pompki obiegowej pobiera chłodną wodę z dolnej części zbiornika i po podgrzania wtłacza ciepłą wodę do górnej części zbiornika (z reguły poprzez króciec cyrkulacji). Dla uzyskania odpowiedniego komfortu w tym przypadku ważne jest, by zasobnik c.w.u. był wyposażony w ten dodatkowy króciec, np. cyrkulacji c.w.u. umieszczony odpowiednio niżej od króćca ciepłej wody. Jest to o tyle ważne, że temperatura wody wypływającej z pompy ciepła może ulegać znacznym wahaniom w zależności od poboru wody z zasobnika.


Gdybyśmy więc kierowali wodę wypływającą z pompy ciepła wprost do króćca i instalacji ciepłej wody okresowo mogłoby to powodować spadek komfortu i niezadowolenie użytkowników. Kierując podgrzaną wodę do króćca umieszczonego nieco niżej redukujemy ryzyko zakłóceń. Jeśli woda będzie cieplejsza od tej w zasobniku popłynie ku górze zbiornika, a jeśli będzie chłodniejsza wówczas opadnie ku dołowi i później znowu zostanie podgrzana.

Typowe obszary zastosowania pomp ciepła do przygotowania c.w.u. 

Zamiast podgrzewacza elektrycznego – ograniczenie kosztów eksploatacji

Jednym z najczęstszych przypadków zastosowania pomp ciepła do przygotowania c.w.u. jest całkowite lub okresowe zastąpienie istniejącego, drogiego w eksploatacji systemu przygotowania ciepłej wody. Najczęściej jest to podgrzewacz elektryczny. Zastosowanie pompy ciepła pozwala w większości przypadków ograniczyć koszty eksploatacji nawet o 2/3. Dla typowego gospodarstwa domowego w skali roku może to być nawet 600-800 zł. Przy czym dla uzyskania jak największych oszczędności, dokonując wymiany starego podgrzewacza na pompę ciepła, należy zadbać również o „otoczenie”. Często stary podgrzewacz jest umieszczony z dala od punktów poboru wody, a cała instalacja ciepłej wody nie jest izolowana termicznie. Co z tego więc, że obniżymy koszt zużycia energii, jeśli nadal dużą część będziemy marnowali. Najlepszym rozwiązaniem jest w tym przypadku umieszczenie pompy ciepła jak najbliżej odbiorników ciepłej wody oraz modernizacja, a przede wszystkim izolacja termiczna instalacji c.w.u. Należy przy tym stosować wymagane grubości izolacji. Tylko pełna modernizacja instalacji przyniesie maksymalne korzyści i pozwoli połączyć komfort z oszczędnością. W przeciwnym razie może się okazać, że co prawda użytkownik płaci mniej, ale nadal długo czeka na ciepła wodę, ponieważ jej temperatura spada w nieizolowanych rurach.

W instalacji z kotłem stałopalnym – podwyższenie komfortu przy niskich kosztach eksploatacji

Drugim bardzo ważnym obszarem zastosowania pomp ciepła do ciepłej wody są instalacje z kotłami stałopalnymi. Według szacunków nawet w kilku milionach gospodarstw woda do mycia jest podgrzewana za pomocą kotła stałopalnego. Dotychczas prostą technicznie, ale kosztowną eksploatacyjnie alternatywą był elektryczny podgrzewacz wody. Z oczywistych względów większość użytkowników kotłów stałopalnych nie mogła sobie pozwolić na wykorzystanie tej metody. Z tego powodu, nawet latem codziennie rozpalają w kotle, by móc podgrzać wodę. Jest to widoczne choćby w wielu miejscowościach turystycznych, nad którymi często wieczorem unosi się gryzący dym. Jest to uciążliwa sytuacja zarówno dla samych użytkowników, jak i sąsiadów. Codzienne rozpalanie kotła jest pracochłonne, szczególnie w dni upalne, gdy trudno osiągnąć odpowiedni ciąg kominowy. Oczywiście znacznie łatwiejsza jest obsługa kotłów z podajnikami, szczególnie zasilanych peletami i wyposażonych w zapalarkę. Mimo wszystko obsługa żadnego kotła stałopalnego w okresie letnim nie należy do przyjemnych czynności. Sąsiedzi i goście też nie są zadowoleni z tej metody podgrzewania wody. Nawet, gdy ktoś korzysta z dobrej jakości paliwa to i tak po okolicy rozchodzi się nieprzyjemny dym, który na dodatek rozkłada się tuż nad dachami domów, szczególnie w dni pochmurne. Skutecznym rozwiązaniem tego problemu jest właśnie montaż pomp ciepła ze zbiornikami wyposażonymi dodatkowo w wężownicę do współpracy z kotłem. Dzięki temu w okresie od wiosny do jesieni woda jest w sposób czysty i komfortowy podgrzewana za pomocą pompy ciepła. W sezonie grzewczym zaś zasobnik ciepłej wody jest zasilany z kotła stałopalnego. Z reguły zbiornik ten ma dużą pojemność, np. 270-300 l co pozwala dodatkowo zoptymalizować pracę kotła, wykorzystać większą moc i wydłużyć czas pracy w poszczególnych cyklach. Jest to ważne szczególnie na początku i na końcu sezonu grzewczego.
W kontekście zalet połączenia kotła stałopalnego z pompą ciepła wydaje się, że to rozwiązanie powinno być szeroko promowane. Dzięki temu udałoby się znacząco zredukować niską emisję w okresie letnim, nie powodując jednocześnie drastycznego wzrostu kosztów utrzymania wielu rodzin.

Wykorzystanie ciepła odpadowego

W wielu przypadkach pompy ciepła do przygotowania ciepłej wody są stosowane z myślą o wykorzystaniu ciepła odpadowego, czyli energii, która w przeciwnym razie nie byłaby wykorzystana i zostałaby odprowadzona do otoczenia. Przykładem są choćby kotłownie pracujące przez cały rok, zasilające na przykład instalację ciepła technologicznego jak basen czy nagrzewnica powietrza. W pomieszczeniu kotłowni z reguły przez cały rok panuje podwyższona temperatura, a znaczne ilości energii są odprowadzane instalacją wentylacyjną. Warto, więc wykorzystać to źródło ciepła.

W tego typu instalacjach w zależności od potrzeb pompa ciepła stanowi wstępny lub ostateczny podgrzewacz ciepłej wody. Gdy jest to podgrzewacz wstępny, wówczas woda jest później dogrzewana do zadanej temperatury w kolejnym podgrzewaczu zasilanym przez kocioł.

W innych przypadkach, np. gdy zużycie wody występuje rano i wieczorem pompa ciepła powoli ogrzewa zapas wody w ciągu dnia, a kotłownia dodatkowo „pilnuje” komfortu w godzinach poboru wody, dogrzewając ją szybko w razie potrzeby.

Dobór pojemności zasobnika

Większość pomp ciepła do przygotowania ciepłej wody ma układ ziębniczy o względnie małej mocy rzędu 2-2,5 kW. Większa moc wiązałaby się z potrzebą zastosowania znacznie większego parowacza, wentylatora, kanałów, itd. Instalacja zajęłaby jeszcze więcej miejsca w budynku. Stosowane najczęściej rozwiązanie jest więc pewnym kompromisem, który pozwala nie zwiększać niepotrzebnie wielkości pompy ciepła i kanałów, zapewniając jednocześnie podgrzanie wody w rozsądnym czasie. Dla zbiornika o pojemności około 300 l podgrzanie wody trwa co najmniej 5-7 godzin. Jest to więc typowe rozwiązanie, w którym urządzenie powinno przygotować zapas wody, gdy nie ma nas w domu i zapewnić odpowiedni komfort, gdy chcemy skorzystać z wieczornej czy porannej kąpieli. Zrozumiałym jest, więc, że pojemność zasobnika powinna zapewnić zapas wody co najmniej na wieczorny „szczyt kąpielowy”. Warto, więc założyć co najmniej 50 l pojemności zasobnika na osobę. W przypadku komfortowego wyposażenia łazienek (np. wanna o dużej pojemności czy panel prysznicowy z kilkoma dyszami) nawet więcej.

Sterowanie 

Jeśli chcemy uzyskać najniższe koszty eksploatacji pompa ciepła powinna pracować w godzinach występowania najwyższych wartości temperatury powietrza, a w przypadku korzystania z taryfy dwuczłonowej również w trakcie obowiązywania niższej ceny za energię elektryczną. Warto, więc wybrać model, który jest wyposażony w sterownik z programatorem i ustawić godziny pracy sprężarki na środek dnia z uwzględnieniem również okresu występowania niższej ceny energii (13-15 lub 15-17).

Często sterownik pompy ciepła zarządza również pracą dodatkowego źródła ciepła, np. grzałki czy kotła szczytowego. Praktycznie grzałka elektryczna powinna być uruchamiana wyłącznie wtedy, gdy sprężarka nie może pracować czyli poniżej minimalnej temperatury zewnętrznej lub w celu szybszego dogrzania wody, np. gdy w domu są goście i zapas wody w zbiorniku jest niewystarczający. W takim przypadku wieczorem możemy skorzystać z funkcji oznaczonej różnymi symbolami, np. „Turbo”, „Boost” czy innymi. Z reguły w tym celu trzeba wybrać odpowiednią kombinację przycisków co spowoduje równoległą pracę sprężarki i grzałki, dzięki czemu szybciej dogrzejemy wodę w zbiorniku.

Współpraca z innymi źródła energii odnawialnej

Osoby, które chcą maksymalnie ograniczyć koszty eksploatacji stosują często pompę ciepła w połączeniu, np. z kolektorami słonecznymi czy ogniwami fotowoltaicznymi.

W celu zastosowania kolektorów słonecznych zbiornik jest wyposażony w wężownicę o powierzchni rzędu 1,4-1,5 m2 co w połączeniu z pojemnością około 300 l pozwala podłączyć, np. dwa kolektory płaskie o powierzchni około 2 m2 każdy. Dzięki temu w dni słoneczne zamiast sprężarki o mocy około 700-800 W pracować będzie jedynie pompa obiegowa o mocy co najmniej dziesięciokrotnie niższej. Dzięki temu zużycie energii elektrycznej będzie bardzo niskie. Nie można oczywiście w takim przypadku mówić o szybkim zwrocie kosztów inwestycji, ale część osób decyduje się na takie rozwiązanie, chcąc korzystać w przyszłości z jak najniższych kosztów eksploatacji.

Korzystnym rozwiązaniem jest również połączenie pompy ciepła z ogniwami fotowoltaicznymi. Biorąc pod uwagę to, że oddając do sieci 1 kWh energii będziemy mogli w zamian rozliczyć 0,8 kWh, lepszy rezultat osiągniemy, produkując energię elektryczną na bieżące potrzeby. Jak jednak tego dokonać  wiedząc o tym, że instalacja fotowoltaiczna osiąga największa moc w środku dnia, gdy jesteśmy poza domem i nie możemy skorzystać z odbiorników energii elektrycznej. Korzystnym rozwiązaniem jest właśnie połączenie instalacji fotowoltaicznej z pompą ciepła do wody użytkowej. Po pierwsze jej moc odbiorcza jest zbliżona do szczytowej mocy typowych układów fotowoltaicznych stosowanych w domach jednorodzinnych. Po drugie moc odbiorczą pompy ciepła możemy w pewnym stopniu dopasować do możliwości instalacji fotowoltaicznej. Przykładowo, gdy osiąga ona moc około 700-800 W możemy uruchomić sprężarkę, a gdy moc instalacji wzrasta, dodatkowo grzałkę elektryczną.

Współpracę pompy ciepła z instalacją fotowoltaiczną można łatwo zsynchronizować. W prostym rozwiązaniu można zaprogramować godziny grzania wody na środek dnia, gdy instalacja ma szansę osiągnąć wysoką moc. Zawsze jednak może się okazać, że w tym czasie niebo będzie zachmurzone i niewiele energii będziemy mogli pozyskać. Z tego powodu jeszcze lepszym rozwiązaniem jest łączenie automatyki instalacji fotowoltaicznej ze sterownikiem pompy ciepła. Dzięki temu  po osiągnięciu odpowiedniej mocy elektrycznej najpierw nastąpi automatyczne włączenie sprężarki, a potem ewentualnie również grzałki elektrycznej.

Pobór powietrza

Z pomieszczenia
Z pewnością najprostszym rozwiązaniem jest podłączenie pompy ciepła do instalacji wodnych i pozostawienie jej bez dodatkowych kanałów do poboru powietrza z zewnątrz. W tym przypadku nie musimy wiercić w ścianach, ani montować kratek wentylacyjnych czy izolować przewodów. Rozwiązanie to ma jednak swoje ograniczenia. Z pewnością jest korzystne wyłącznie dla okresu letniego, chyba że w pomieszczeniu występują zyski ciepła, np. kotłownia, pomieszczenie techniczne basenu. W przeciwnym przypadku może się okazać, że poza okresem letnim temperatura w pomieszczeniu gwałtownie spada i nie możemy z niego korzystać.

Oczywiście pomieszczenie musi być czyste, w żadnym przypadku nie można stosować tego rozwiązania w kotłowni węglowej. Poza tym dla uniknięcia gwałtownego spadku temperatury należy wybrać pomieszczenie o odpowiednio dużej kubaturze. Dla typowej pompy ciepła o mocy około 2 kW z zasobnikiem około 300 l wymagane jest pomieszczenie o pojemności co najmniej 20 m3.

UWAGA: czasem inwestor planuje montaż tego typu pompy ciepła właśnie w celu schłodzenia pomieszczenia, np. w niewielkim zakładzie produkcyjnym. Oczywiście pompa ciepła będzie pobierała energię z pomieszczenia, ale to nie zawsze będzie oznaczało, że temperatura znacząco spadnie. Przede wszystkim trzeba wziąć pod uwagę moc chłodniczą pompy ciepła. Z reguły nie przekroczy ona 2 kW. To moc porównywalna z niewielkim klimatyzatorem przeznaczonym do jednego pomieszczenia o niewielkiej powierzchni. Jeśli w pomieszczeniu występują intensywne zyski ciepła, to nie można liczyć na gwałtowny spadek temperatury po zastosowaniu pompy ciepła o takiej mocy.

Po drugie pompa ciepła będzie mogła pozyskiwać i przekazywać ciepło pod warunkiem, że będzie występował pobór ciepłej wody. Zastosowanie pompy ciepła ma, więc uzasadnienie w budynku, w którym zużywa się znaczne ilości wody.

Chcąc zastosować pompę ciepła bez kanałów wentylacyjnych powinniśmy zwrócić szczególną uwagę na poziom hałasu generowany przez urządzenie. Z reguły są to naprawdę ciche jednostki, ale warto to sprawdzić zanim zostanie ona zamontowana. Informację na ten temat można znaleźć na etykiecie energetycznej. Oczywiście poziom hałasu w pomieszczeniu będzie zależał od wielu czynników, ale chcą uzyskać jak najlepszy efekt, należy wybierać spośród urządzeń o jak najniższym poziomie hałasu.

Pobór powietrza z zewnątrz
W tym przypadku do pompy ciepła podłącza się dwa kanały. Jednym z nich pompa ciepła pobiera powietrze z zewnątrz, a drugim usuwa je po odebraniu od niego energii. Z oczywistych względów kanał, którym usuwamy powietrze powinien być umieszczony poniżej rury przeznaczonej do poboru powietrza. Dzięki temu unikniemy zawracania strumienia chłodnego powietrza.

Podłączając kanały wentylacyjne, trzeba przede wszystkim przestrzegać zaleceń zawartych w instrukcji instalacji urządzenia. Chodzi o zachowanie wymaganej średnicy i nieprzekraczanie zalecanej długości przewodów. W zależności od modelu wartości te są bardzo zróżnicowane od kilku, przez 10-20, aż po nawet 40 m. Oczywiście im krótsze przewody i im mniejsza liczba kolan i innych oporów miejscowych, tym niższe koszty inwestycji i eksploatacji.

W szczególności jeśli pompa ciepła ma być użytkowana przez cały rok, wówczas kanały wentylacyjne powinny być zaizolowane materiałem paroszczelnym. Dzięki temu unikniemy kondensacji pary z ciepłego powietrza na powierzchni zimnego kanału.

UWAGA: dokonując montażu kanałów wentylacyjnych, należy przewidzieć możliwość ich łatwego demontażu. W większości modeli pomp ciepła jest to niezbędne do wykonania przeglądu urządzenia, a w szczególności oczyszczenia parowacza.

Osprzęt hydrauliczny

Podłączając zbiornik pompy ciepła do instalacji wodnej, należy pamiętać o zastosowaniu zaworu bezpieczeństwa o nastawie dostosowanej do maksymalnego ciśnienia roboczego zbiornika. Z reguły jest 6,7 lub 10 bar.

Dodatkowo chcąc uniknąć cyklicznego otwierania się zaworu bezpieczeństwa i upuszczania wody podczas każdego cyklu rozgrzewania zasobnika warto zastosować odpowiedniej pojemności naczynie wzbiorcze. Przy czym ciśnienie poduszki gazowej należy dostosować do ciśnienia wody zimnej w instalacji.

Ważną czynnością jest też zapewnienie swobodnego odpływu skroplin. Z reguły pompa ciepła jest wyposażona w odpowiedni króciec, czasem z wyprowadzonym od razu przewodem elastycznym. Przewód należy sprowadzić nad syfon kanalizacyjny. Przy czym końcówka przewodu odpływu skroplin powinna znajdować się nad syfonem tak, by nawet w przypadku niedrożności syfonu skropliny nie zalewały wnętrza pompy ciepła.

Przeglądy roczne, czyli co sprawdzać? 

W trakcie pracy pompy ciepła przez wymiennik ciepła, parowacz przepływa znaczny strumień powietrza. Najczęściej jest od 300 do 500 m3/h. Urządzenie pracuje co najmniej 5-7 godzin dziennie. W skali roku przez parowacz przepływa, więc duża ilość powietrza, wraz z zawartymi w nim zanieczyszczeniami. Część z nich osiada na powierzchni wymiennika ciepła, powoli ograniczając przepływ powietrza i skuteczność wymiany ciepła. Z tego powodu co roku powinno się wykonać przegląd urządzenia. W tym celu należy zdemontować obudowę urządzenia i oczyścić parowacz oraz sprawdzić stan i przepłukać odpływ skroplin. Poza tym należy sprawdzić stan i ewentualnie wymienić anodę magnezową (jeśli występuje w danym modelu) oraz zmierzyć i ewentualnie wyregulować ciśnienie poduszki gazowej w naczyniu wzbiorczym, a także sprawdzić stan zaworu bezpieczeństwa.

Instalnews - bezpłatny biuletyn e-czasopisma InstalReporter 4/2017 6/2016 2/2016