Pompy ciepła typu powietrze/woda przystosowane do ogrzewania wody użytkowej w ostatnich latach zdecydowanie zyskały na popularności. W miejscach, gdzie inwestor nie może lub nie chce zdecydować się na zakup kolektorów słonecznych, pompy ciepła stają się rozwiązaniem najbardziej atrakcyjnym.
Wnioski – kiedy praca kotła, a kiedy pompy ciepła (rys. 1)?
Bojler/grzałka elektryczna, kocioł na olej opałowy lub gaz płynny
→ pompa PCWU pracuje przez cały rok/jak najdłużej.
Tradycyjny stojący kocioł gazowy
→ pompa PCWU powinna pracować, gdy współczynnik COP > 2,0 (temp. zewn. >- 6oC)
→ poza sezonem grzewczym kocioł wyłączyć.
Kocioł gazowy kondensacyjny
→ pompa PCWU zapewni niższe koszty podgrzewania przy wsp. COP > 2,5 (temp. zewn. > +3oC).
Kocioł na węgiel i kocioł na drewno
→ pompa ciepła PCWU zapewni niższe koszty podgrzewu poza sezonem grzewczym. W sezonie grzewczym kotły na paliwa stałe wykazują znacznie niższą sprawność w trybie podgrzewania wody użytkowej (straty rozruchowe i postojowe!) → podgrzewanie wody użytkowej przez pompę PCWU: opłacalne poza sezonem grzewczym.
Instalacja solarna w sprzyjających warunkach zapewnia najniższe koszty podgrzewania wody użytkowej → priorytet podgrzewania przez instalację solarną w całym roku.
Zalety dla zastosowania pomp ciepła i instalacji solarnej
Pompa ciepła to:
– wysoki komfort wody użytkowej niezależnie od nasłonecznienia;
– wysoka efektywność pracy w porównaniu do kotłów grzewczych, bojlerów…;
– stosunkowo łatwe prace montażowe;
– możliwość zastosowania przy braku warunków dla zabudowy kolektorów;
– możliwość podłączenia do istniejącego podgrzewacza wody (pompa modułowa);
– niewrażliwość na zmniejszone pobory wody użytkowej (brak przegrzewów);
– możliwość wykorzystania powietrza dla chłodzenia pomieszczenia.
Instalacja solarna to:
– najniższe koszty wytworzenia ciepła (10÷30 razy od urządzeń grzewczych);
– minimalne zużycie energii elektrycznej (pompa obiegowa maks. 30÷50 W);
– nieskomplikowana budowa instalacji (brak sprężarki, palnika, elektroniki…);
– długa żywotność i niezawodność systemu potwierdzona w praktyce;
– długie okresy ochrony gwarancyjnej (dłuższe niż dla typowych urządzeń);
– niskie wymagania dla obsługi, niskie koszty konserwacji i ew. napraw;
– najwyższy efekt ekologiczny – bezpośrednie wykorzystanie energii słonecznej.
Jeśli inwestor zdecydował się na model ogrzewania wody użytkowej pompą ciepła, to następnie z pomocą instalatora powinien dobrać odpowiedni typ urządzenia do swojej instalacji.
Pompa ciepła kompaktowa czy modułowa?
Pompy ciepła do podgrzewania wody użytkowej możemy podzielić ze względu na budowę na:
– kompaktowe (tzn. zabudowane na zasobniku);
– modułowe (pompa ciepła nie ma zintegrowanego zasobnika – należy ją podłączyć pod zasobnik wolnostojący).
Decyzja o wyborze typu urządzenia najczęściej zależy od ilości miejsca i projektowanej instalacji.
Parametry techniczne eksploatacyjne dla pomp ciepła z zasobnikiem i modułowych tego samego producenta najczęściej są zbliżone.
Wielkość zasobnika i moc pompy ciepła
Kolejnym elementem oprócz kosztów uzyskania ciepłej wody jest komfort korzystania z instalacji. W przypadku ogrzewania wody użytkowej zawsze jest to powiązanie mocy urządzenia grzewczego z pojemnością zasobnika buforującego ciepłą wodę użytkową w stosunku do chwilowego zapotrzebowania na ciepłą wodę.
Mała moc urządzenia grzewczego definiuje użycie zasobnika odpowiedniej pojemności.
Założenia:
- Czasy podgrzewania podane dla podgrzewania pełnej objętości poszczególnych podgrzewaczy
- Moc grzewcza pomp ciepła dla temperatury powietrza pobieranego 15 oC
- Bieżące straty ciepła dla podgrzewania wody uwzględnione w wysokości 5%
- Moc cieplna instalacja solarnej dla 2 kolektorów płaskich 1,82 m2, dla średniego nasłonecznienia 500 W/m2
Projektowo najczęściej przyjmuje się w urządzeniach o mocy grzewczej 1,5-2,5 kW przyjęcie 50-60 litrów wody zmagazynowanej w zasobniku w przeliczeniu na 1 domownika.
Istnieje jednak wyjątek od powyższego prostego przeliczenia – duże chwilowe zapotrzebowanie na ciepłą wodę. Jest to związane np. z wanną o dużej pojemności. W tym przypadku ze względu na stosunkowo niską temperaturę wody ogrzewaną przez pompę ciepła (woda w zasobniku bez mieszania z zimną wodą najczęściej będzie odpowiednia do bezpośredniego wykorzystania, czyli pojemność zasobnika = ilości wody do wykorzystania) należy przyjąć, że maksymalny pobór wody (np. 200-litrowa wanna) stanowić będzie minimum 2/3 pojemności zasobnika. W takiej instalacji warto również zastosować automatyczne źródło ciepła o większej mocy dogrzewające c.w.u. w przypadku większych rozbiorów wody.
Możliwość podłączenia dodatkowych urządzeń grzewczych
Pompy ciepła zintegrowane z zasobnikiem najczęściej występują w 3 konfiguracjach:
A) bez możliwości wpięcia dodatkowego źródła grzewczego za wyjątkiem grzałki elektrycznej – stosowane głównie w krajach cieplejszych lub w urządzeniach z niewielkim zasobnikiem, w instalacjach o małym poborze ciepłej wody użytkowej;
B) z możliwością podpięcia dodatkowego źródła grzewczego (z wykorzystaniem wężownicy zanurzonej w zasobniku);
C) z możliwością podpięcia 2 dodatkowych źródeł grzewczych.
Etykiety energetyczne i klasy efektywności energetycznej
Dyrektywa (2010/30/EU) → wymóg oznaczania pomp ciepła etykietami energetycznymi (od 09.2015) +
Dyrektywa ErP (ecodesign, 2009/125/EC) w przypadku sprężarkowych pomp ciepła:
→ wymóg uzyskiwania klasy efektywności (> A);
→ wymóg poziomu hałasu (< 60 dB(A) do 6 kW).
Etykiety energetyczne, które w najbliższym czasie pojawią się na rynku bardzo promują rozwiązania łączące kolektory słoneczne z pompami ciepła.
W takich układach należy zwrócić uwagę na rozmieszczenie skraplacza pompy ciepła. Jeśli zasobnik wody, na którym jest nabudowana pompa ciepła ma współpracować z kolektorami słonecznymi bardzo opłacalne będzie pozostawienie tzw. „zimnej strefy solarnej” w zasobniku. Pozwoli to na oszczędności rzędu nawet 30-40% w skali roku.
Korzyści dodatkowe – chłodzenie jako efekt uboczny
Zarówno w pompie ciepła kompaktowej, jak i modułowej możemy użyć powietrze wyrzutowe z pompy ciepła do schładzania pomieszczeń.
Do tego celu należy użyć przepustnicy z obejściem. Za pomocą dźwigni możemy zmienić kierunek przepływu powietrza. W samej pompie ciepła powietrze ulega wyłącznie schłodzeniu i wykropleniu. W takich sytuacjach należy pamiętać wyłącznie o okresowym czyszczeniu i odgrzybianiu rurociągów powietrza oraz parowacza pompy ciepła (podobnie jak w klimatyzacji samochodowej).
Praca całoroczna – praca z centralą wentylacyjną
Jeśli w budynku została zainstalowana centrala wentylacyjna możemy wykorzystać ją do odebrania ciepła wyrzutowego z budynku w okresie zimowym (powietrze za centralą wentylacyjną ma temperaturę średnią ok. 5/7°C, przy temperaturze zewnętrznej -15/-20°C). W okresie letnim natomiast powietrze schłodzone przez pompę ciepła będzie wtłaczane do pomieszczeń.
Podsumowanie
W tym momencie na rynku grzewczym konkurencja w zakresie pomp ciepła do ogrzewania wody użytkowej jest bardzo duża. Każdy liczący się producent urządzeń grzewczych posiada w swoim portfolio pompy ciepła do ogrzewania wody użytkowej. Instalator z inwestorem przed wyborem urządzenia konkretnego producenta powinni jednak najpierw określić cechy pompy ciepła – pojemność zasobnika, moc urządzenia, możliwości sterowania, które będzie zarządzać instalacją.