Jak i gdzie można zamontować pompę ciepła na c.w.u.?

Studium przypadku, czyli różne obiekty o różnym przeznaczeniu, a zasadność zastosowania PC

Niniejszy artykuł pokazuje pompy ciepła w zupełnie innym ujęciu: od strony rodzaju obiektu, sposobu jego użytkowania i zapotrzebowania na c.w.u. Oczywiście specyfika obiektu bardzo determinuje zasadność lub brak zasadności zastosowania w nim pomp ciepła na c.w.u. Przyjrzyjmy się zatem różnym budynkom…

Dom jednorodzinny – montaż na poziomie domu

Najczęstszy sposób montażu pompy ciepła w nowych budynkach. Podczas montażu należy pamiętać o wyprowadzeniu powietrza zasilającego i wyrzutowego na zewnątrz budynku z odpowiednimi odległościami (tak, aby uniknąć recyrkulacji powietrza). Rozwiązanie tego typu stosowane jest najczęściej w sezonie poza grzewczym. Poniżej ustalonej temperatury pracy powietrza zasilającego podgrzewanie wody użytkowej jest przekazywane drugiemu urządzeniu grzewczemu (ogrzewanie za pomocą dodatkowej wężownicy lub grzałką elektryczną).

Dom jednorodzinny – montaż na poddaszu

Wielu właścicieli domów zwraca uwagę, że na nieocieplonym poddaszu temperatura latem jest zdecydowanie wyższa niż temperatura powietrza na zewnątrz budynku. Istnieją dwa rozwiązania dla takiego zastosowania – zamontowanie samej pompy ciepła na poddaszu i przekazywanie ciepła za pomocą rurociągu wodnego do kotłowni ze zbiornikiem wody użytkowej lub przesyłanie ciepłego powietrza z poddasza poprzez kanały powietrzne. Każdy z tych systemów ma swoje zalety, ale i zagrożenia. Montując pompę ciepła na poddaszu wymagany przepływ powietrza osiągamy bez żadnego problemu. Straty ciepła na przedłużonym rurociągu wodnym będą zdecydowanie mniejsze niż w przypadku przesyłu powietrza (w przypadku dobrze zaizolowanych rur wody). Zagrożeniem takiej instalacji jest jednak zbyt wysoka temperatura powietrza (większość producentów dopuszcza pracę urządzeń do około 40°C temperatury zasilania ze względu na obciążenie sprężarki poprzez zbyt wysokie ciśnienie odparowania czynnika) oraz zbyt mała kubatura poddasza. Dodatkowo w okresach zimowych woda zawarta w skraplaczu, jeśli temperatura powietrza spadnie poniżej 0°C, może ulec zamrożeniu. W drugim przypadku, tj. montażu pompy ciepła piętro lub niżej istnieje ryzyko zbyt dużych oporów przetłaczania powietrza, tj. zbyt małej średnicy kanału lub jego długości. Częstym pomysłem jest wykorzystanie kanałów wentylacyjnych (rezerwowych). Niestety kanały tego typu najczęściej nie mają odpowiedniego przekroju, przez co nie jesteśmy w stanie osiągnąć prawidłowego wydatku do poprawnej pracy urządzenia.

Dom jednorodzinny – montaż w piwnicy

W tym przypadku największym zagrożeniem jest montaż urządzenia w pobliżu składu węgla i nie odizolowanie urządzenia. Pompa ciepła zasysając powietrze okresowo z pomieszczenia zanieczyszcza parownik, zdecydowanie pogarszając wymianę ciepła i parametry swojej pracy. Dodatkowym problemem jest wilgoć panująca w piwnicach – jest to zwłaszcza widoczne, gdy piwnica jest zbyt niska i pod pompę ciepła zostaje miejscowo pogłębiona. Takie rozwiązanie nie powinno być dopuszczone ze względu na korozję – w tym przypadku proponowany jest układ rozłączny – zasobnika wody i pompy modułowej.

Pompa ciepła z gruntowym wymiennikiem ciepła

Jedno z częstszych zapytań zwolenników efektywności energetycznej – odradzane jednak przez producentów. Pompa ciepła do wody użytkowej w celu poprawnej pracy potrzebuje w zależności od mocy grzewczej około 300-500 m3/h przepływu powietrza (a przy trochę większych modelach nawet 800 m3/h). Wentylator w urządzeniu jest zaprojektowany dla założonego projektowo wydatku na stosunkowo małe opory przepływu powietrza (zwykle kilka metrów rury o średnicy 150-200 mm z dodatkowym filtrem). Przetłoczenie powietrza zasilającego urządzenie przez gruntowy wymiennik ciepła wiąże się z dużym dodatkowym nakładem mocy wentylatora na uzyskanie potrzebnego wydatku przy zdecydowanie zwiększonych oporach. Z ekonomicznego punktu widzenia jest więc to zadanie nieopłacalne ekonomicznie (podsumowanie kosztów inwestycji w GWP, dodatkowy wentylator, zwiększenie zużycia energii potrzebnej do zasilania dodatkowego wentylatora). Inaczej sytuacja wygląda, gdy urządzenie małej mocy korzysta w okresie zimowym z dużych objętościowo przestrzeni zakopanych pod ziemią (garaże, piwnice, magazyny, jaskinie). Jednak nie są to typowe zastosowania w małych domach (rozwiązania tego typu można zauważyć przy jednostkach chłodniczych na podziemnych parkingach w galeriach handlowych i biurowcach).

Przedszkola i szkoły

Szkoły charakteryzują się nierównym w ciągu roku poborem energii służącej do przygotowania wody użytkowej. Wolne weekendy oraz okres wakacyjny zmuszają projektantów do zastanowienia się nad optymalnym sposobem podgrzewu wody użytkowej. Rozległość budynku oraz zróżnicowany pobór ciepłej wody użytkowej (ubikacje, prysznice przy salach gimnastycznych oraz kuchnie na stołówkach) skłaniają do zaprojektowania zdecentralizowanego systemu ogrzewania wody użytkowej – w przypadku łazienek wyłącznie z umywalkami i ubikacjami stosowane są zbiorniki małej pojemności z nadbudowaną pompą ciepła – osobna instalacja podgrzewania wody użytkowej przy każdym zgrupowaniu sanitariatów. W ten sposób możemy uniknąć budowy długich rurociągów wody użytkowej z cyrkulacją, która w takich budynkach może odpowiadać nawet do 70-80% energii potrzebnej do wyprodukowania ciepłej wody.

Fitness, siłownie, sale gimnastyczne oraz sale weselne

Są to miejsca o zwiększonym zapotrzebowaniu na ciepłą wodę użytkową, a jednocześnie o dużych potrzebach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych. Pompa ciepła do wody użytkowej w znaczący sposób może ułatwić osiągnięcie założonych efektów komfortu zapewniając więcej niż jedną korzyść wykorzystaniem jednego urządzenia.

Sklepy wielkopowierzchniowe

Duże sklepy, zwłaszcza te z asortymentem spożywczym częściej mają większe zapotrzebowanie na chłodzenie niż ogrzewanie. Jednocześnie w wielu przypadkach (np. stanowiska mięsne) wymagają dużego rozbioru wody użytkowej w ciągu dnia. Pompa ciepła zamontowana w pobliżu miejsca wykorzystania wody spełni jednocześnie drugą funkcję schłodzenia powietrza.

Piekarnie, restauracje 

W budynkach o podanej funkcjonalności osoba wykonująca instalację pompy ciepła musi zwrócić szczególną uwagę na zanieczyszczenie powietrza oraz jego temperaturę. W przypadku kuchni zasilające powietrze ma bardzo dobre parametry – jest zarówno ciepłe (o idealnym parametrze dochodzącym do 30-35oC) oraz wilgotne. Minusem jest duża ilość tłuszczów i pyłów w powietrzu. Dlatego zawsze w przypadku instalacji tego typu należy stosować odpowiedniej klasy filtry (przeciwtłuszczowe, np. typu węglowego oraz przeciwpyłowe). Należy jednocześnie pamiętać, że filtry powinny być często zmieniane lub czyszczone, ponieważ zabrudzenie filtra powoduje zwiększenie oporów przepływu powietrza, co jednocześnie wpływa na wydatek przepływającego powietrza w parowniku pompy ciepła i jednoczesne obniżenie punktu parowania – a więc spadek współczynnika efektywności energetycznej urządzenia i wzrost kosztów ogrzewania wody.

Serwerownie, spiżarnie, magazyny żywności

Miejsca tego typu potrzebują obniżonej temperatury i odpowiedniej wilgotności (powietrze nie powinno być zbyt wilgotne). Pompa ciepła w tym przypadku oprócz uzyskania ciepłej wody na cele sanitarne dla pracowników może wspomóc instalację klimatyzacyjno-wentylacyjną. Należy zwrócić uwagę, że jeśli schłodzenie pomieszczenia kosztuje nas jednostkę energii elektrycznej, jednocześnie musimy dla tego samego budynku przygotować wodę użytkową, na którą zużywamy kolejną jednostkę energii, to w przypadku powyższego zastosowania pompy ciepła możemy jedną jednostką energii wykonać obydwie prace przez jedno urządzenie.

Budynki biurowe 

Budynki biurowe charakteryzują się stosunkowo niewielkim zapotrzebowaniem na wodę użytkową liczoną w stosunku do przebywającej w nich liczby osób. Zdecydowanie więc wystarczające może być dla niewielkiej mocy grzewczej pompy ciepła korzystanie z powietrza wywiewanego (które w zależności od kubatury budynku będzie na poziomie kilkuset do kilku tysięcy m3/h). W okresie letnim po przełączeniu przepustnic, schłodzone powietrze może być wrzucane poprzez wentylację do pomieszczeń.

Budynki pasywne – wykorzystanie wentylacji mechanicznej

Bardzo podobny sposób wykorzystania powietrza odpadowego z wentylacji jak w przypadku budynków biurowych. Różnicą jest wydatek powietrza wywiewanego z budynku. W tym przypadku wielkość powietrza jest ograniczona ze względu na wilgotność w pomieszczeniach w okresie zimowym i wynosi najczęściej 200-300m3/h. W przypadku pompy ciepła może być to zbyt mała wydajność (jeśli urządzenie ma mieć co najmniej w okolicach 2 kW mocy grzewczej). W przypadku takiej mocy wymagany będzie minimalny przepływ powietrza przez urządzenie o wielkości 350-500m3/h. Rozwiązaniem jest wykorzystanie całości powietrza zza centrali wentylacyjnej i domieszanie powietrza zewnętrznego.

Hodowla ryb, akwaria wodne

Pompy ciepła do zastosowań tego typu muszą posiadać wymiennik wodny przystosowany do danego typu wody (np. do wody słonej urządzenia powinny mieć zabudowany wymiennik z tytanu lub bardzo wysokiej jakości stali nierdzewnej). Co ciekawe sprzedaż pomp ciepła w tych sytuacjach nie służy wyłącznie do ogrzewania. W akwarystyce oświetlenie bardzo mocno nagrzewa zbiorniki wodne, narybek (np. pstrąga) w hodowlach wymaga bardzo stabilnej temperatury, stąd pompa ciepła w zależności od potrzeb ogrzewa lub chłodzi akwaria lub zbiorniki wodne.

Montaż pompy ciepła w budownictwie wielorodzinnym (łazienka, szafa)

Bardzo małe jednostki mogą mieć zastosowanie również w typowym budownictwie mieszkaniowym małometrażowym. Montaż takiego urządzenia ma jednak sens wyłącznie, gdy w budynku nie ma sieci ciepłowniczej lub przyłącza gazowego.

Montaż pompy ciepła w domu letniskowym

W domach letniskowych (wykorzystywanych głównie w sezonie letnim) najczęściej stosowane są urządzenia z możliwością zdalnego sterowania instalacją. Użytkownik nie musi w tym momencie utrzymywać przez cały czas zadanej temperatury wody w zbiorniku – urządzenie jest uruchamiane przed przyjazdem użytkownika w celu natychmiastowego zapewnienia komfortu.

Wykorzystanie ciepła odpadowego w przemyśle

Podgrzewanie wody technologicznej jest obecne w wielu dziedzinach przemysłu. Jednym z częstszych zastosowań są duże straty ciepłego i wilgotnego powietrza w pralniach (magle i prasowalnie). Jednocześnie istnieje duże zapotrzebowanie na ciepłą wodę do pralni. Innym przykładem może być fabryka kopert, gdzie prasa wytwarza duże odpadowe ilości pary – co po zmieszaniu ze świeżym powietrzem stanowi idealne zasilanie powietrznej pompy ciepła ogrzewającej zasobniki z wodą użytkową. Projektując taki układ, należy mieć świadomość, że instalacja tego typu może wymagać dodatkowych filtrów lub specjalnych zastosowań. Z doświadczeń – w jednej z pralni, gdzie została zamontowana pompa ciepła do odzysku ciepła w powietrzu, „latało” bardzo dużo nitek i lekkich frakcji tkanin. Zabijały one parownik, doprowadzając w temperaturach otoczenia sięgających 30°C pompę ciepła do odszraniania (przepływ był tak zdławiony, że czynnik chłodniczy schładzał powietrze do temperatury poniżej 0°C). Innym przykładem zagrożenia mogą być maszynownie przy basenach. Powietrze ma bardzo dobre parametry do odzysku ciepła, jednak dodawanie chloru do instalacji może spowodować jego unoszenie się w powietrzu, a następnie zassanie przez pracującą pompę ciepła i degradację aluminiowo-miedzianego parownika. Uszkodzenia związane z chlorem przyjmują wygląd wielu mikronieszczelności – przez co wymagana jest wymiana całych elementów (np. całego parownika i otaczającego rurociągu).

Pompy ciepła do wody użytkowej mają bardzo wiele niestandardowych zastosowań. W kolejnych latach wraz ze świadomością najlepszego wykorzystania energetycznego ciepła odpadowego powinniśmy obserwować jeszcze więcej nietypowych instalacji. 

Rys. i fot. Hewalex
Instalnews - bezpłatny biuletyn e-czasopisma InstalReporter 1/2018 12/2017 4/2017