Spis treści
- Boom na pompy ciepła
- W komplecie z zasobnikiem
- Do współpracy z osobnym podgrzewaczem
- Efektywność pracy
- Inne ważne parametry pompy
- Bezpieczeństwo i komfort pracy
- Czerpanie i wyrzut powietrza
- Dobre miejsce na pompę
- Niezbędne podłączenia
- Automatyka sterowania
W dobie rosnących cen mediów i związanego z tym wzrostu kosztów utrzymania wiele osób zaczyna szukać rozwiązań, dzięki którym można obniżyć rachunki za wodę, ciepło, prąd czy gaz. Jednym ze sposobów zmniejszenia wydatków ponoszonych na podgrzewanie wody użytkowej są powietrzne pompy ciepła przeznaczone wyłącznie do tego celu. Przyjrzyjmy się im bliżej.
i
Boom na pompy ciepła
W ostatnim czasie pompy ciepła zyskały na popularności, a szczególnie ich wersje, które wykorzystują energię promieniowania słonecznego zakumulowaną w powietrzu. Nie potrzebują kosztownego i pracochłonnego w budowie wymiennika – tak zwanego dolnego źródła ciepła – który jest potrzebny w przypadku pomp ciepła gruntowych i wodnych. To znacznie upraszcza montaż i sprawia, że powietrzna pompa ciepła może być bez większego kłopotu zamontowana w domu już zamieszkanym, poddawanym modernizacji, a nie tylko w nowym. Decydują się na nią inwestorzy, którym zależy na tym, aby mieć nowoczesne, ekologiczne źródło ciepła, zapewniające komfort korzystania z ciepłej wody użytkowej i jednocześnie tanie w eksploatacji. Podgrzewana przez pompę ciepła woda jest gromadzona w dużym zasobniku, gdzie pompa utrzymuje jej wymaganą temperaturę, żeby była dostępna zawsze od razu po odkręceniu kranu.
Powietrzna pompa do c.w.u. będzie dobrym rozwiązaniem przede wszystkim wówczas, gdy woda użytkowa do mycia i kąpieli jest przygotowywana niezależnie od systemu ogrzewania. Tak zdarza się, gdy ogrzewanie domu nie jest centralne, tylko zapewniają je ogrzewacze miejscowe – grzejniki elektryczne lub piece akumulacyjne.
Polecamy: Namawiają cię na pompę ciepła z dotacją? Dowiedz się, jakie będziesz płacił rachunki
Warto o niej pomyśleć podczas modernizacji instalacji, bo z powodzeniem zastąpi elektryczny bojler czy podgrzewacz przepływowy. Choć też jest zasilana energią elektryczną, to będzie przygotowywać ciepłą wodę niższym kosztem dzięki temu, że wykorzystuje darmowe ciepło zakumulowane w powietrzu.
Powietrzna pompa do c.w.u. może być także uzupełnieniem systemu grzewczego z kotłem c.o. Można ją polecić zwłaszcza wtedy, gdy jest to kocioł na paliwo stałe, bo wtedy nie ma potrzeby uruchamiania kotła poza sezonem grzewczym tylko po to, żeby podgrzewał wodę do mycia. Praca pompy ciepła jest w tym czasie bardziej ekonomiczna niż kotła.
W pracy pompy ciepła wykorzystywane są przemiany termodynamiczne krążącego w niej płynu o odpowiednich właściwościach, tak zwanego czynnika roboczego. Jego ważną właściwością jest to, że intensywnie paruje (wrze) we względnie niskiej temperaturze. Dzięki temu odbiera ciepło z otoczenia nawet, gdy jego temperatura (w tym przypadku powietrza) wynosi zaledwie kilka stopni. Odbywa się to w parowniku, przez który przepływa powietrze zasysane przez wentylator wbudowany w pompę ciepła.
Powietrze ochładza się, oddając ciepło czynnikowi roboczemu, który zmienia swój stan skupienia z ciekłego w gazowy.
Dalej w sprężarce na skutek sprężania czynnika roboczego (w postaci pary) rośnie jego temperatura o kilkadziesiąt stopni.
Następnie jako gorąca para trafia na skraplacz, który oddaje ciepło wodzie użytkowej i jednocześnie skrapla się do postaci cieczy (skraplacz może być zanurzony w zbiorniku albo go otaczać). Po skropleniu się czynnik chłodniczy przepływa do zaworu rozprężnego, gdzie obniża się jego ciśnienie, a dalej – już w postaci cieczy – przepływa do parownika.
Cykl się powtarza. W ten sposób możliwe jest podgrzewanie wody do temperatury przekraczającej 50oC, a pompy ciepła do c.w.u. zapewniają nawet 65oC.
W komplecie z zasobnikiem
Pompy ciepła do c.w.u. zapewniają przygotowywanie wody użytkowej niezależnie od ogrzewania pomieszczeń. Zazwyczaj są w zestawie z dużym zasobnikiem wody, wówczas są zamontowane na nim i stanowią kompletne urządzenie, które ustawia się wewnątrz budynku. Dla danego modelu pompy ciepła zwykle są oferowane zbiorniki w dwóch, trzech wielkościach – od 200 do 300 litrów, choć można też spotkać mniejsze, dzięki czemu łatwiej dopasować odpowiednią pojemność do konkretnego domu i potrzeb jego mieszkańców. Aby uprościć dobór, niekiedy podawana jest optymalna liczba mieszkańców, dla której dany model pompy ciepła zapewni pod dostatkiem wody do mycia i kąpieli.
Na wyposażeniu pompy ciepła jest grzałka elektryczna, zamontowana w zasobniku. Jej zadaniem jest szybkie dogrzewanie wody, gdy potrzebna jest jej duża ilość, na przykład do kolejnych kąpieli w dużej wannie. Inną opcją jest współpraca z dostępnym źródłem ciepła, może to być na przykład kocioł gazowy, olejowy, na paliwo stałe albo układ solarny pozyskujący energię słoneczną za pomocą kolektorów słonecznych. Wówczas trzeba wybrać pompę ciepła do c.w.u., w której zasobnik jest dodatkowo wyposażony w wężownicę przygotowaną do współpracy z dodatkowym źródłem ciepła. Tworzy się w ten sposób układ hybrydowy, w którym pompa ciepła wstępnie podgrzewa wodę użytkową, a kocioł – w razie potrzeby – ją dogrzewa.
i
Do współpracy z osobnym podgrzewaczem
Powietrzne pompy ciepła do c.w.u. oferowane są też w wersji bez skonfigurowanego z nimi fabrycznie zasobnika. Warto zainwestować w takie rozwiązanie, gdy w domu mamy już niezależny podgrzewacz wody użytkowej i chcemy zmienić sposób jego zasilania, aby wykorzystywać do tego celu energię odnawialną. Ten rodzaj pompy ma formę modułu, który można zawiesić na ścianie, na przykład nad podgrzewaczem c.w.u.. Rozdzielenie pompy od zbiornika może znacznie ułatwić montaż, szczególnie gdy do dyspozycji mamy niewielkie, niskie, nieustawne pomieszczenie. Przed połączeniem podgrzewacza z pompą ciepła trzeba się upewnić, że jego parametry (pojemność, powierzchnia wymiany ciepła) są odpowiednie do takiej współpracy.
Efektywność pracy
Przed wyborem konkretnego modelu pompy ciepła warto przeanalizować kilka ważnych parametrów wpływających na ekonomikę i komfort jej pracy. Pompa ciepła, choć pozyskuje darmową energię z otoczenia, potrzebuje też zasilania energią elektryczną. O tym, ile tej energii będzie zużywać, mówi współczynnik efektywności energetycznej COP. Im jego wartość jest wyższa, tym mniej energii elektrycznej potrzeba do zasilania pompy, czyli tym tańsza będzie jej eksploatacja. Przykładowo: przy COP równym 3 do wytworzenia 3 kWh energii cieplnej pompa potrzebuje 1 kWh energii elektrycznej. Wartość ta nie jest jednak dla danego modelu pompy ciepła stała, a zmienia się wraz z temperaturą powietrza, z którego pompa odbiera ciepło, oraz temperaturą, do jakiej podgrzewa wodę.
Czytaj także: Pompa ciepła i ogrzewanie podłogowe - takie połączenie się opłaca
Im w mniej korzystnych warunkach pracuje pompa, czyli im niższa jest temperatura otoczenia, a temperatura zasilania czynnika opuszczającego zasobnik c.w.u. wyższa, tym bardziej spada wartość współczynnika COP, czyli pompa pobiera więcej energii elektrycznej.
Aby móc porównać współczynnik COP dla różnych pomp ciepła, podawany jest on dla określonych warunków, czyli zgodnie z normą PN EN 16147 dla temperatury powietrza 20oC i podgrzania wody od 10oC do 55oC (oznaczenie A20/W10-55).
Dla tych parametrów podawana jest też moc cieplna urządzenia, a także pobór mocy elektrycznej (w kW) i zużycie energii elektrycznej (w kWh/rok), co może być pomocne w oszacowaniu kosztów eksploatacji urządzenia. Te informacje najlepiej odczytać z karty technicznej danego modelu pompy ciepła.
Powinna być też do niego dołączona etykieta energetyczna z określoną klasą efektywności energetycznej. Dla pomp ciepła przygotowujących ciepłą wodę użytkową jest to zwykle klasa A lub najwyższa A+. Podaje się ją dla deklarowanego profilu obciążeń, czyli zdefiniowanej w normie wymaganej dobowej wydajności urządzenia (na przykład profil L to 200 l/dobę, a XL – 350 l/dobę).
Dla każdego profilu obciążeń urządzenie podgrzewające wodę powinno wykazywać określoną efektywność energetyczną jej podgrzewania (ηwh). Podaje się ją w procentach. Im wyższa jest ta wartość, tym lepsza efektywność energetyczna urządzenia, a więc udział energii cieplnej pobranej z powietrza jest wyższy, a to przekłada się na niższe koszty eksploatacji urządzenia.
Z etykiety energetycznej odczytamy również dane na temat hałasu, jaki towarzyszy pracy urządzenia, a także poboru energii elektrycznej.
i
Inne ważne parametry pompy
Warto też sprawdzić, jaką moc ma pompa ciepła i jaki jest czas podgrzewania zasobnika c.w.u. Te dwie wielkości będą wpływały na komfort korzystania z ciepłej wody na co dzień. Im pompa ciepła będzie miała większą moc, tym podgrzanie całej objętości zasobnika c.w.u. będzie krócej trwało. Jednak znaczne przewymiarowanie urządzenia sprawi, że będzie ono droższe w zakupie, a jego praca mniej ekonomiczna. Trzeba więc znaleźć rozwiązanie optymalne, zwykle zakłada się samodzielną pracę pompy do określonej temperatury, na przykład 7 lub 10oC, i dla niej oblicza się potrzebną moc urządzenia.
Pompy ciepła do c.w.u. mają moc na poziomie kilku kilowatów. Podgrzewanie wody w kilkusetlitrowym zbiorniku może trwać nawet kilka godzin. Przykładowo: pompa ciepła o mocy 1,8 kW podgrzeje wodę w 200-litrowym zasobniku przez nieco ponad 4 godziny, ale gdyby miała moc 2,5 kW – już niecałe 3 godziny. Aby przyspieszyć ten proces, pompa ciepła może być wspomagana przez grzałkę elektryczną. Dodanie 1,5 kW z grzałki spowoduje skrócenie czasu podgrzewania do mniej więcej 2 godzin.
Bezpieczeństwo i komfort pracy
Zbiornik c.w.u. musi być odpowiednio zaizolowany, aby przechowywana w nim woda jak najdłużej pozostawała ciepła. W tym celu może być zastosowana na przykład pianka poliuretanowa.
Wewnętrzne ścianki zasobnika muszą być odporne na długotrwały kontakt z ciepłą wodą i korozyjne działanie zawartych w niej jonów. Dlatego stalowe powierzchnie pokrywa się wysokiej jakości emaliami, na przykład ceramicznymi, które stanowią dobre zabezpieczenie przed korozją, a niekiedy do produkcji wykorzystuje się stal nierdzewną. Dodatkową ochronę stanowi montowana wewnątrz zbiornika anoda magnezowa, a czasem także tytanowa. Trzeba pamiętać o ich systematycznej kontroli i wymianie. W każdej instalacji służącej gromadzeniu c.w.u. musi być przewidziana możliwość okresowego przegrzewania wody, czyli chwilowego podniesienia jej temperatury do 70oC. Jest to potrzebne ze względów higienicznych i ma na celu wyeliminowanie bakterii Legionella, które mają idealne warunki do namnażania się w instalacjach ciepłej wody użytkowej, gdzie zwykle panuje temperatura 40-50oC. Szczególnie sprzyjające warunki są w zbiornikach, gdzie przez dłuższy czas nie ma przepływu (stagnacja wody). W danych technicznych urządzenia powinna się znaleźć informacja, w jaki sposób jest to realizowane. Na przykład podgrzewanie wody do 65oC może zapewniać moduł pompy ciepła, a powyżej – grzałka elektryczna lub inne źródło ciepła.
Tam też znajdziemy wytyczne dotyczące dopuszczalnych wartościach ciśnienia i temperatury wody oraz wymaganych zabezpieczeniach instalacji hydraulicznej.
Czerpanie i wyrzut powietrza
W górnej części obudowy pompy ciepła do c.w.u. znajdują się dwa otwory – wlot i wylot powietrza, z którego pompa odbiera ciepło. Mogą być zakończone jedynie ażurowymi osłonami, gdy powietrze jest pobierane i oddawane do pomieszczenia, w którym ustawiona jest pompa ciepła. Osłony te ukierunkowują strumienie powietrza w taki sposób, aby się nie mieszały. Ma to zapobiegać zasysaniu przez pompę powietrza, które dopiero co przepłynęło przez nią, bo przez to stało się ono zimniejsze, więc pogarszałoby to efektywność pracy pompy.
Można też zastosować bardziej rozbudowany układ, w którym kanały powietrzne będą rozgałęzione (możliwy pobór powietrza z pomieszczenia i z zewnątrz, a także wydmuch powietrza do pomieszczenia lub poza budynek) i wyposażone w przepustnice. Przy niskiej temperaturze na zewnątrz wykorzystywane jest powietrze wewnętrzne, a gdy temperatura na zewnątrz jest dodatnia – pobiera się je spoza budynku, by zapewnić najbardziej optymalne warunki pracy pompy ciepła.
Kanały powietrzne mogą być wyprowadzone pionowo w górę albo poziomo, z wykorzystaniem kolan 90o. Ich dopuszczalna maksymalna długość jest określona dla konkretnej pompy ciepła. Warto przy tym pamiętać, że każde kolano znacznie ją skraca. Przykładowo: dopuszczalna długość kanałów w poziomie może wynosić 8 m, a po zastosowaniu dwóch kolan skraca się do 5 m. Gdy istnieje obawa, że w kanałach powietrznych może wykraplać się wilgoć, powinno się je zaizolować. W ten sposób można też ograniczyć hałas związany z przepływem powietrza.
i
Dobre miejsce na pompę
Zanim wybierze się konkretny model pompy ciepła, warto też zapoznać się szczegółowo z wymaganiami dotyczącymi jej montażu. Zwykle producenci podają dokładne wytyczne montażowe: minimalną wysokość pomieszczenia, odległość od ścian i sufitu.
Choć sama pompa ciepła do c.w.u. jest urządzeniem kompaktowym, to przy jej lokalizacji trzeba uwzględnić rozprowadzenie kanałów powietrznych, a także wymagania dotyczące kubatury i wentylacji, zapewniające jej prawidłową pracę. Jeśli pracuje na powietrzu spoza pomieszczenia, w którym się znajduje, trzeba spełnić wymagania dotyczące wysokości pomieszczenia. Nad pompą i wokół niej musi być odpowiednio dużo wolnej przestrzeni na kanały powietrzne, a także być zapewniona możliwość łatwego demontażu.
Z kolei gdy pompa ma pracować na powietrzu wewnętrznym, konieczne jest zapewnienie odpowiedniej kubatury pomieszczenia i jego skutecznej wentylacji. Przez pompę przepływa strumień powietrza z intensywnością 250-500 m3/h, który jest schładzany o kilka stopni. By nie czuć dyskomfortu związanego z uczuciem przeciągu, a także towarzyszącemu przepływowi powietrza szumowi, na ustawienie tak pracującego urządzenia powinno się przeznaczyć wydzielone, duże pomieszczenie niemieszkalne z dobrze działającą wentylacją. Może to być na przykład przestrzeń poddasza, piwnica, garaż lub inne pomieszczenie gospodarcze.
Czytaj także: Pompa ciepła i grzejniki - czy to ma sens? Czy pompa ciepła opłaca się przy grzejnikach?
Pompa nie powinna pobierać powietrza z miejsca, w którym zamontowane są urządzenia z otwartą komorą spalania ani składowane substancje łatwopalne, trujące lub żrące. Zasysane powietrze powinno być czyste, pozbawione pyłów, tłuszczów. Na kanale wlotowym powinien znaleźć się filtr, który trzeba będzie regularnie czyścić.
Niezbędne podłączenia
W pobliżu pompy ciepła musi być doprowadzona instalacja elektryczna, zwykle wymagane jest zasilanie jednofazowe (230 V). Podłącza się ją poprzez gniazdo z bolcem. Powinna być na osobnym obwodzie elektrycznym, zabezpieczonym wyłącznikiem nadprądowym i różnicowoprądowym.
Praca pompy ciepła jest nierozłącznie związana z powstawaniem skroplin, które trzeba z niej odprowadzać do kanalizacji. Ułożenie odpływu powinno zapewnić swobodny, grawitacyjny spływ kondensatu, a na odpływie do kanalizacji powinien znaleźć się syfon, który będzie zapobiegał przenikaniu przykrych zapachów do pomieszczenia. Zwykle stosuje się elastyczny wężyk, który umieszcza się w kratce podłogowej, zlewie lub specjalnie przygotowanym odpływie kanalizacyjnym.
Na obudowie pompy znajdują się fabrycznie zamontowane króćce do podłączenia instalacji hydraulicznej. Na instalacji doprowadzającej wodę zimną powinny być zamontowane zawory: bezpieczeństwa (standardowo 6 barów) i zwrotny. Jak każda instalacja ciśnieniowa wymaga też zabezpieczenia przeponowym naczyniem wzbiorczym, które umożliwia kompensację zwiększonej objętości wody podczas jej podgrzewania. Przy wysokim ciśnieniu wody w instalacji może być konieczność zamontowania również reduktora ciśnienia. Na wlocie zimnej wody zalecane jest zamontowanie filtra siatkowego, zatrzymującego zanieczyszczenia mogące się w niej znaleźć.
Na obudowie pompy ciepła może też znaleźć się króciec do podłączenia cyrkulacji, którą stosuje się w przypadku rozległych instalacji, z wieloma punktami czerpalnymi. Krążąca stale w obiegu ciepła woda jest dostępna w bardzo krótkim czasie, zaraz po odkręceniu kranu.
Trzeba też przestrzegać zakazu bezpośredniego podłączania niektórych zbiorników do instalacji z miedzi. Może to dotyczyć wybranych zbiorników ze stali nierdzewnej. Konieczne jest wówczas zastosowanie specjalnych przekładek rozdzielających materiał, z którego wykonany jest zbiornik, od instalacji miedzianej, co zapobiega tworzeniu się ognisk korozji.
Automatyka sterowania
Jak w przypadku większości nowoczesnych urządzeń grzewczych, również pracą powietrznych pomp ciepła można sterować automatycznie, za pomocą intuicyjnych aplikacji zainstalowanych na smartfonie lub tablecie. Dzięki temu łatwo programuje się pracę urządzenia, czyli podgrzewania wody wtedy, kiedy jest to potrzebne, a nie na zapas, gdy nikt z niej nie skorzysta, zanim wystygnie i trzeba będzie ją ponownie podgrzewać. Ale możliwości inteligentnego sterowania pracą systemu na tym się nie kończą. Regulator pompy ciepła może automatycznie wybierać najkorzystniejszy, a więc najtańszy lub najlepszy pod względem ekologicznym sposób podgrzewania wody, jaki jest w danym momencie dostępny. Do systemu można też włączyć sterowniki instalacji fotowoltaicznej. Niektóre z urządzeń są kompatybilne z instalacjami inteligentnego domu. Można je wtedy zintegrować w jednym systemie i wspólnie nimi zarządzać.
Coraz częściej budynki jednorodzinne wyposaża się w system wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła. Strumienie nawiewanego i wywiewanego powietrza są w nim przeliczone i stale kontrolowane, tak by zapewnić skuteczną wymianę powietrza we wszystkich pomieszczeniach. Jeśli chcemy zamontować powietrzną pompę ciepła, powinno się to uwzględnić przy planowaniu systemu wentylacji i tak zlokalizować wlot oraz wylot kanału powietrznego podpiętego do pompy ciepła, aby nie zakłócać działania wentylacji.
W przypadku niektórych pomp ciepła dopuszcza się możliwość wpięcia ich w system wentylacji mechanicznej. Wówczas niezbędne są automatyczne przepustnice zwrotne, które pozwalają skierować strumień powietrza do odpowiednich kanałów.
Zimą powietrze wywiewane z pomieszczeń po przepłynięciu przez rekuperator (i tak mające wyższą temperaturę niż zewnętrzne) jest kierowane na pompę ciepła i dopiero wyrzucane poza budynek.
Z kolei latem świeże powietrze z zewnątrz w pierwszej kolejności trafia do pompy ciepła, tam się schładza i dopiero w dalszej kolejności przepływa na wymiennik ciepła rekuperatora i dalej do pomieszczeń.
Współpraca obu urządzeń jest możliwa przy określonych parametrach (wydajność centrali wentylacyjnej na poziomie 200-250 m3/h) i wymaga zaplanowania sposobu komunikacji między nimi. Najlepiej w tej kwestii poradzić się projektanta instalacji.
1. Automatyczne odmrażanie
W pomieszczeniu, w którym ustawimy pompę ciepła, powinna być zawsze dodatnia temperatura. Pompa nie powinna zasysać powietrza, gdy jego temperatura spadnie poniżej zera. Będzie to bowiem powodowało problemy związane z zamrożeniem parownika. Pojawienie się lodu na tym elemencie będzie zaburzało i zmniejszało przepływ powietrza, co wpłynie na pogorszenie efektywności urządzenia. W takich warunkach pompa nie tylko będzie dostarczała mniej ciepła, ale też część energii będzie musiała być zużywana na jego odmrażanie. Wiele pomp jest wyposażonych w systemy automatycznego usuwania lodu z parownika, uruchamiane dla określonych wartości temperatury.
2. Ochrona przed przegrzaniem lub zamarznięciem
Innym problemem, jaki może wystąpić, to zbyt niska lub zbyt wysoka temperatura wody w zasobniku c.w.u. Zabezpieczeniem układu przez gwałtownym spadkiem temperatury jest funkcja włączenia grzałki elektrycznej w momencie, gdy temperatura wody w zasobniku znacznie się obniży, na przykład spadnie poniżej 4oC. Z kolei ochroną przed nadmiernym wzrostem temperatury jest wyłącznik odcinający zasilanie grzałki elektrycznej, gdyby temperatura w zasobniku przekroczyła na przykład 80oC.
3. Ekspresowe podgrzanie wody
To możliwość szybkiego podgrzania wody w zasobniku, na przykład gdy okazjonalnie w domu wystąpiło większe zapotrzebowanie na c.w.u. (na przykład przyjechali goście).
i
i
Możliwe jest też zastosowanie bardziej skomplikowanego rozwiązania z kanałami powietrznymi, które umożliwiają pracę pompy na powietrzu spoza budynku lub z innego pomieszczenia. Kanały te, zwykle o średnicy 15-20 cm, trzeba wyprowadzić przez ścianę, a ich trasa powinna być możliwie prosta, z jak najmniejszą liczbą załamań. Można rozważyć różne opcje ich ułożenia.
Warto przy tym wykorzystać fakt, że nie dość, że wydmuchiwane z pompy powietrze jest ochłodzone (5-10 stopni), to równocześnie pozbawione wilgoci. Dlatego może być w pewnym stopniu pomocne w klimatyzowaniu wybranych pomieszczeń, a także ich osuszaniu.
Dopuszczalne są opcje mieszane - pobieranie powietrza następuje z pomieszczenia, w którym ustawiona jest pompa ciepła, a wydmuchiwanie do zlokalizowanej po sąsiedzku spiżarni lub domowej siłowni, gdzie będzie obniżać temperaturę i dawać efekt klimatyzacji, albo do pralni lub suszarni, gdzie obniży poziom wilgotności powietrza.
