Poprawny dobór powietrznej pompy ciepła

Pompa ciepła jest urządzeniem, które umożliwia przetransportowanie energii zawartej w ośrodku o niższej temperaturze (dolne źródło ciepła) do ośrodka o temperaturze wyższej (górne źródło ciepła). Zapewnienie komfortu cieplnego jest głównym zadaniem każdej instalacji grzewczej, jednak w przypadku pomp ciepła, ciepło do pomieszczeń musi być dostarczone w ekonomiczny sposób.

Dane doborowe

Każdy budynek jest inny, przez co wymaga indywidualnego podejścia. Pompa ciepła jest urządzeniem bardzo wrażliwym na parametry temperaturowe dolnego i górnego źródła ciepła. Dlatego kluczowe jest zebranie wiarygodnych danych doborowych.
Aby poprawnie dobrać źródło ciepła, powinniśmy dysponować, co najmniej, następującymi danymi:
· obciążenie cieplne budynku – zapotrzebowanie na moc grzewczą,
· lokalizacja obiektu – strefa klimatyczna,
· projektowe parametry pracy instalacji grzewczej,
· zapotrzebowanie na cele ciepłej wody użytkowej – liczba użytkowników i rodzaje punktów poboru.
Wszystkie powyższe informacje są zawarte w dokumentacji projektowej. Jeżeli dokumentacja nie jest dostępna, warto rozważyć zlecenie wykonania takiej dokumentacji. W praktyce istnieją również inne metody na przybliżone określenie zapotrzebowania na ciepło budynku. Trzeba jednak pamiętać, że mogą one prowadzić do błędnych wniosków.

Dobór powietrznej pompy ciepła

W celu lepszego zobrazowania aspektów doboru pompy ciepła posłużymy się przykładem. Do analizy przyjęto najbardziej popularną pompę ciepła powietrze-woda marki Bosch. Na rysunku 1 przedstawiono wykresy mocy maksymalnej pompy ciepła Compress 7000i AW w zależności od temperatury zewnętrznej oraz charakterystykę zapotrzebowania budynku na moc dla budynku w III strefie klimatycznej.
Na rysunku zostały oznaczone punkty biwalentne dla dwóch wielkości pomp ciepła. Zakreskowane pole po lewej stronie od tych punktów, wskazuje obszar, w którym pompy ciepła będą wspomagane przez dodatkowe źródło ciepła. Przy temperaturze pracy systemu umożliwiającej włączenie się układu chłodniczego do pracy, pompa ciepła współpracuje ze szczytowym źródłem ciepła.
Jak widać obie pompy ciepła są w stanie pokryć zapotrzebowanie przez większość sezonu grzewczego, a z udziałem dodatkowego źródła ciepła zapewnią całkowite pokrycie zapotrzebowania. Jako źródło szczytowe może być wykorzystana grzałka lub kocioł.
W tym miejscu warto zadać pytanie: czy na sprawność systemu wpływa wyłącznie udział dodatkowego źródła ciepła? Pompa ciepła Compress 7000i AW jest pompą wyposażoną w inwerter, umożliwiający modulację mocy grzewczej w zależności od obciążenia. Praca urządzenia inwerterowego z mocą częściową cechuje się lepszym współczynnikiem COP niż praca tej samej pompy ciepła z mocą maksymalną. Z tego względu dobór pompy ciepła powinien być przeprowadzony w taki sposób, aby częściowe obciążenie jednostki pokrywało się z zapotrzebowaniem odpowiadającym wartościom temperatury zewnętrznej występującym najczęściej w sezonie grzewczym. Przy czym, w tym okresie, zaleca się pracę z obciążeniem do 70%.
W celu dalszej analizy rozpatrywanego przypadku, na rysunku 2 przedstawiono charakterystyki pomp ciepła, uwzględniając ich modulację. Etykiety w kolorze wykresów pomp ciepła stanowią opis stopnia modulacji mocy urządzenia. Dodatkowo znajduje się wykres częstotliwości występowania danej temperatury zewnętrznej dla statystycznego okresu od września do maja dla pewnego miasta w III strefie klimatycznej.
Z wykresu częstotliwości występowania danej temperatury można odczytać, że większość sezonu grzewczego zawiera się w przedziale temperatury od 0 do 6°C. Pokaźna część sezonu grzewczego rozkłada się w przedziale od 6 do 10°C, jednak trzeba mieć na uwadze, że zapotrzebowanie budynku jest w tych okresach stosunkowo niskie w stosunku do zapotrzebowania przy temperaturze ujemnej. Na rysunku 2 można również zauważyć, że pompa ciepła CS 7000i AW 9 OR-S lepiej wpisuje się w zakres obciążenia wynikającego z temperatury o najwyższej częstotliwości występowania.
Okres pracy z obciążeniem poniżej 70% jest też znacznie dłuższy niż w przypadku CS 7000i AW 7 OR-S. Można się więc spodziewać, że większa pompa ciepła, dzięki lepszemu wpasowaniu w charakterystykę budynku, będzie miała lepszy sezonowy współczynnik efektywności, przy jednoczesnym mniejszym udziale dodatkowego źródła ciepła.

1  Charakterystyki maksymalnej mocy pomp ciepła Compress 7000i AW oraz zapotrzebowania budynku w zależności od temperatury zewnętrznej
2  Charakterystyki mocy pomp ciepła Compress 7000i AW z uwzględnieniem modulacji na podstawie zapotrzebowania budynku w zależności od temperatury zewnętrznej
3  Wycinki wydruku z programu doborowego a) CS 7000i AW 9 OR-S b) CS 7000i AW 7 OR-S

Dobór z pomocą programu

Przeprowadzenie tak dokładnego doboru jest czasochłonne. Dodatkowo konieczny jest dostęp do danych meteorologicznych oraz technicznych pompy ciepła. Z pomocą przychodzi oprogramowanie, które dzięki odpowiedniemu algorytmowi dobierze właściwe urządzenie. Program daje też szereg możliwości personalizacji doboru, aby dostosować dane wejściowe do konkretnego przypadku doborowego.
Warto zwrócić uwagę (rys. 3), że porównując oba modele pompy ciepła, przy doborze mniejszej jednostki, oprócz większej ilości energii dostarczonej przez dodatkowe źródło ciepła, większa jest również ilość energii pobranej do napędu sprężarki, przy jej mniejszym udziale w zapotrzebowaniu całkowitym.
Szczególnie nie można zapomnieć o tej właściwości pomp ciepła inwerterowych, w przypadku współpracy ze szczytowym źródłem ciepła, które uchodzi za tańsze od energii elektrycznej, np. kotłem gazowym.
Tu często moc pompy ciepła jest celowo zaniżana. Taki dobór spowoduje, że pompa ciepła będzie eksploatowana z dużym obciążeniem przez znaczną część sezonu grzewczego. Mimo że dodatkowe źródło ciepła nie zostanie uruchomione, to praca pompy ciepła będzie cechowała się gorszym współczynnikiem wydajności. Taka eksploatacja pompy ciepła, będzie prowadziła nie tylko do obniżenia opłacalności instalacji z pompą ciepła, ale też negatywnie wpłynie na jej żywotność.

Bezpłatna prenumerata