Kotłownia z pompą ciepła - wymagania. Jak duża musi być kotłownia pod pompę ciepła?

Ile miejsca potrzebuje pompa ciepła? Czy musi być instalowana w kotłowni? Jakie wymagania powinna spełniać kotłownia z pompą ciepła? I w końcu, w jakie urządzenia należy ją wyposażyć, aby zapewnić prawidłową pracę pompy ciepła?

Spis treści

1. Jakie jest najlepsze miejsce dla pompy ciepła w domu?
2. Wymagania dla kotłowni z pompą ciepła
3. W co wyposażyć kotłownię z pompą ciepła?
4. Wielkość instalacji c.o. z pompą ciepła
5. Pozostałe wyposażenie instalacji z pompą ciepła
6. Urządzenia zintegrowane

Jakie jest najlepsze miejsce dla pompy ciepła w domu?

Pompa ciepła jest urządzeniem, które może być zainstalowane prawie w każdym pomieszczeniu domu jednorodzinnego. Pompa ciepła nie musi spełniać specjalnych wymogów przeciwpożarowych, ani wymogów dotyczących wentylacji, ponieważ nie zachodzi w niej w proces spalania paliwa i nie wytwarza ona spalin.

Nie ma także wymagań dotyczących budowy komina. Należy jednak pamiętać, że instalując pompę ciepła należy brać pod uwagę:

• generowany hałas podczas pracy pompy ciepła;
• wielkość instalacji;
• dostęp do urządzenia w razie ewentualnej awarii.

Wymagania dla kotłowni z pompą ciepła

Wymagania dla kotłowni z pompą ciepła wynikają przede wszystkim z wytycznych producentów urządzeń, na podstawie których należy wyznaczyć wymiary pomieszczenia. Tu znajdzie się jednostka wewnętrzna pompy ciepła.

Rozróżniamy dwa główne typy konstrukcji pomp ciepła powietrze-woda, które mają wpływ na wyposażenie kotłowni.

Te różnice pomiędzy tymi dwoma typami urządzeń są znaczne. Zatem przy określeniu wymagań dla kotłowni najpierw musimy odpowiedzieć na pytanie: pompa ciepła split czy monoblok - czym się różnią?

Pompy ciepła typu split, podobnie jak klimatyzatory, składają się z dwóch jednostek – zewnętrznej i wewnętrznej, połączonych rurami z czynnikiem chłodniczym. W budynku umieszcza się jednostkę wewnętrzną, więc trzeba właśnie na nią wygospodarować miejsce w kotłowni.

Gdy odległość między jednostkami zewnętrzną i wewnętrzną jest znaczna, konieczne jest dopełnienie układu czynnikiem chłodniczym.

Inaczej wygląda sytuacja w przypadku pomp ciepła typu monoblok, których wszystkie podzespoły są zintegrowane w jednostce przeznaczonej do instalowania na zewnątrz budynku. Jest ona połączona z kotłownią rurociągiem z wodą grzewczą. Podczas montażu urządzenia nie ma więc potrzeby ingerowania w układ wypełniony czynnikiem chłodniczym. Mimo że monobloki mają funkcję zapobiegającą zamarzaniu wody, w przypadku długotrwałych przerw w dostawie energii elektrycznej ryzyko zamarznięcia jednak istnieje. Dlatego zaleca się zabezpieczyć odcinek rurociągu prowadzącego do kotłowni przez zamontowanie termostatycznych zaworów spustowych.

Innym rozwiązaniem jest zainstalowanie w kotłowni awaryjnego zasilania, tak zwanego UPS, które w razie przerw w dopływie energii elektrycznej posłuży do zasilania pompy obiegowej.

Rozwiązaniem, które nie wymaga instalowania dodatkowych zabezpieczeń w kotłowni, jest zastosowanie płynów o niskiej temperaturze krzepnięcia, takich jak wodny roztwór glikolu propylenowego. Należy jednak pamiętać o dostosowaniu przepływu do parametrów glikolu, który ma mniejsze ciepło właściwe niż woda.

W co wyposażyć kotłownię z pompą ciepła?

• Zasobnik c.w.u - musi być inny niż klasyczne zasobniki w kotłowniach z kotłami grzewczymi i kolektorami słonecznymi – to znaczy wyposażony w wymiennik ciepła (wężownicę) o zwiększonej powierzchni. Jest to spowodowane tym, że temperatura wody grzewczej uzyskiwana w przypadku pomp ciepła jest niższa niż wytwarzana na przykład przez kocioł gazowy.

Gdy powierzchnia wężownicy w zasobniku jest zbyt mała, podnosi się temperatura wody grzewczej w skraplaczu pompy ciepła, czego efektem może być sytuacja, w której zabezpieczenia w układzie chłodniczym wyłączą sprężarkę, zanim zostanie osiągnięta zadana temperatura wody w zasobniku c.w.u. Problem ten może się pojawiać zwłaszcza w ciepłe dni, kiedy wydajność pompy ciepła jest największa. Pamiętajmy, aby dobrać moc pompy ciepła do potrzeb.

Przy doborze zasobnika c.w.u. należy się kierować specyfikacją producentów pomp ciepła, którzy z reguły podają wymaganą minimalną powierzchnię wężownicy. Jak w każdej innej kotłowni zasobnik c.w.u. powinien być wyposażony w zawór bezpieczeństwa o nastawie 6 bar oraz naczynie przeponowe o odpowiedniej pojemności.

W wielu przypadkach konieczne jest również zastosowanie reduktora ciśnienia. W większych instalacjach, gdzie jest wymagana duża pojemność zasobnika c.w.u., a pompy ciepła są połączone w kaskadzie, może się pojawić problem ze znacznym oporem hydraulicznym wężownicy w zasobniku. W takich sytuacjach rozwiązaniem może być zastosowanie zewnętrznego wymiennika płytowego, który będzie warstwowo ładował zasobnik c.w.u. W tym przypadku niezbędne będzie zastosowanie dodatkowej pompy obiegowej do ciepłej wody użytkowej. Warto też wiedzieć, jakie są ogólne wymagania dla instalacji pompy ciepła.

• Bufor c.o. do pompy ciepła - pełni w kotłowni funkcję sprzęgła hydraulicznego z magazynem ciepła. Najważniejsza zasada działania zasobnika buforowego w instalacji z pompą ciepła to taka, aby pompa ciepła włączała się rzadziej. Podobnie jak sprzęgło hydrauliczne bufor c.o. umożliwia rozdzielenie hydrauliczne obiegu pompy ciepła (tak zwanego obiegu pierwotnego) oraz instalacji c.o. (obiegu wtórnego). W rezultacie pompy obiegowe w obiegu pierwotnym i wtórnym mogą pracować z inną wydajnością, zapewniając odpowiedni przepływ medium grzewczego w pompie ciepła bez względu na zapotrzebowanie na ciepło w instalacji c.o.

Jest to szczególnie istotne w instalacjach ogrzewania podłogowego wyposażonych w rozdzielacze z zaworami termoelektrycznymi, w których ze względu na brak zapotrzebowania na ciepło większość pętli może zostać zamknięta.

Ponieważ bufor c.o. ma znacznie większą pojemność niż klasyczne sprzęgło hydrauliczne, pełni również funkcję magazynu ciepła. Dzięki temu jest w stanie odebrać ciepło z pompy ciepła, gdy zapotrzebowanie na nie ze strony instalacji c.o. jest niewielkie. W ten sposób zapewnia wymagany minimalny czas pracy pompy ciepła bez przerw w cieplejsze dni, zmniejszając zużycie sprężarki.

Ponadto, bufor zabezpiecza resztę instalacji przed wychłodzeniem podczas rewersyjnego obiegu pompy ciepła w procesie odszraniania. Jest to szczególnie istotne w przypadku instalacji grzejnikowej, która ma znacznie mniejszą bezwładność cieplną niż ogrzewanie podłogowe.

Wielkość instalacji c.o. z pompą ciepła

Bufor, dzięki dużej pojemności cieplnej zaopatruje również w ciepło instalację c.o. podczas przełączenia się pompy ciepła w tryb przygotowania c.w.u., ustawiony zwykle jako priorytet. Warto zauważyć, że większość pomp ciepła powietrze-woda ma funkcję aktywnego chłodzenia. W mniejszych instalacjach bufor c.o. można wtedy wykorzystać do magazynowania chłodu w okresie letnim. W tym przypadku należy dobrze zaizolować króćce bufora oraz wszystkie rurociągi, w których będzie płynęła woda lodowa, aby zapobiec wykraplaniu się wody na ich powierzchni. Należy również wyposażyć instalację w odpowiednią, dostosowaną do pracy na niskich parametrach armaturę.

Aktywne chłodzenie pomieszczeń za pomocą pompy ciepła powietrze-woda może się odbywać za pośrednictwem ogrzewania podłogowego lub klimakonwektorów. Choć oczywiście klimakonwektor do pompy ciepła ma zarówno zalety, jak i wady. W przypadku klasycznych grzejników ich zbyt mała powierzchnia oraz brak elementów wymuszających konwekcję powodują, że nie nadają się one do chłodzenia pomieszczeń w okresie letnim. Gdy do chłodzenia wykorzystuje się instalację ogrzewania podłogowego, należy zadbać o to, aby temperatura podłogi nie obniżyła się poniżej punktu rosy, bo to spowodowałoby wykraplanie się na jej powierzchni pary wodnej znajdującej się w powietrzu. W budynkach modernizowanych zdarzają się sytuacje, w których inwestor chce korzystać również ze starego źródła ciepła.

Jeżeli istnieje konieczność rozdzielenia obiegów grzewczych pompy ciepła oraz starego źródła, można wybrać bufor o większej pojemności, wyposażony w wężownicę. Ponieważ kotły grzewcze mogą pracować na wyższych temperaturach zasilania niż pompa ciepła, należy zastosować takie rozwiązanie, aby czynnik grzewczy o wysokiej temperaturze nie przepływał przez skraplacz pompy ciepła, gdy oba urządzenia pracują równolegle.

W przypadku większych buforów c.o. można wykorzystać zjawisko stratyfikacji termicznej w celu zasilania mieszanych instalacji c.o., w których część pomieszczeń jest ogrzewana grzejnikami, a reszta podłogówką. Odbiorniki o wyższych parametrach zasilania, czyli grzejniki, podłącza się do króćców znajdujących się w górnej części bufora c.o., a ogrzewanie podłogowe do tych w jego dolnej części.

Pozostałe wyposażenie instalacji z pompą ciepła

Pompy ciepła, podobnie jak kotły gazowe, pracują w układzie zamkniętym, dlatego wymagane jest zastosowanie przeponowego naczynia wzbiorczego. Jego wielkość jest uzależniona od pojemności i zakresu temperatury czynnika grzewczego w instalacji c.o.

Nie można również zapomnieć o zaworze bezpieczeństwa, zwłaszcza wtedy, gdy w buforze została umieszczona dodatkowa grzałka elektryczna.

Na rynku są dostępne rozwiązania zintegrowane, tak zwane grupy bezpieczeństwa, które zawierają manometr, odpowietrznik, zawór bezpieczeństwa oraz króciec do podłączenia naczynia wzbiorczego.

W większości przypadków zadaniem pompy ciepła jest ogrzewanie pomieszczeń oraz przygotowywanie ciepłej wody użytkowej. Pompy ciepła powietrze-woda są zwykle wyposażone w elektroniczną pompę obiegową, której obroty są regulowane przez sterownik w celu utrzymania optymalnych parametrów pracy układu chłodniczego. Do przełączania obiegu między instalacją c.o. a wężownicą w zasobniku c.w.u. w kotłowni instaluje się zawór strefowy trójdrogowy. W ten sposób pompa ciepła, przełączając się na obieg c.w.u., jest w stanie wykorzystać całą swoją moc cieplną, aby jak najszybciej ogrzać wodę w zasobniku c.w.u. Po ogrzaniu wody w zasobniku c.w.u. do zadanej temperatury zawór strefowy przełącza się na obieg instalacji c.o.

Ponieważ przepływ czynnika grzewczego w układach z pompami ciepła musi być znacznie większy niż w systemach z konwencjonalnymi urządzeniami grzewczymi, trzeba dobrać zawór o odpowiednio większym współczynniku KVS. Nie należy się kierować jedynie średnicą przyłącza, ponieważ w sprzedaży są dostępne zawory strefowe o różnej konstrukcji, odpowiedniego przepływu przy zalecanym spadku ciśnienia.

Kolejnym ważnym elementem kotłowni jest separator zanieczyszczeń z filtrem magnetycznym. Instaluje się go na rurociągu powrotnym do pompy ciepła, aby chronić pompę obiegową i skraplacz przed zanieczyszczeniami z instalacji c.o. Ten element jest szczególnie istotny w kotłowniach modernizowanych. Jest bowiem bardzo prawdopodobne, że nawet po płukaniu starej instalacji c.o. nie zostaną z niej usunięte wszystkie zanieczyszczenia stałe. W nowych budynkach, po pewnym czasie, w instalacji c.o. również pojawią się osady i zanieczyszczenia stałe, które mogą się przedostać do pompy ciepła, powodując spadek jej wydajności, a w skrajnych przypadkach nawet awarie. Nie wolno zapominać, że każdy separator zanieczyszczeń wymaga okresowej konserwacji elementu filtracyjnego w celu usunięcia zgromadzonych zanieczyszczeń. Dostępne są separatory z wbudowanymi odpowietrznikami, ale ponieważ separator montuje się na powrocie, gdzie temperatura czynnika grzewczego jest niższa, odpowietrzanie instalacji jest mniej efektywne. Dzieje się tak dlatego, że rozpuszczalność gazów w wodzie wzrasta wraz ze spadkiem jej temperatury. Dlatego najlepiej zamontować oddzielny odpowietrznik albo separator powietrza ulokować na rurociągu zasilającym, gdzie temperatura czynnika grzewczego jest wyższa.

Wszystkie podzespoły kotłowni z pompą ciepła należy połączyć rurociągami o średnicy większej niż w kotłowni z tradycyjnym kotłem gazowym. Różnica temperatury zasilanie-powrót w przypadku pomp ciepła jest mniejsza niż w przypadku kotłów, więc do utrzymania wymaganej mocy cieplnej konieczny jest znacznie większy przepływ. To wpływa na straty ciśnienia na instalacji. Wartość wymaganego przepływu jest podawana przez producentów pomp ciepła. Jeżeli pompa ciepła jest wyposażona w pompę obiegową, producenci często podają też zalecane średnice rurociągów łączących pompę ciepła z resztą instalacji. Nie bez znaczenia jest też materiał, z którego będzie wykonana instalacja. Rury miedziane i stalowe mają inny opór hydrauliczny niż rury z tworzywa oraz inną grubość ścianek. Przy doborze rur należy się kierować średnicą nominalną, a nie zewnętrzną. Kompletując pozostałą armaturę odcinającą i regulującą, należy, podobnie jak w przypadku zaworu strefowego, zwrócić uwagę na współczynnik KVS.

Urządzenia zintegrowane

Na rynku są dostępne urządzenia, w których większość koniecznych elementów wyposażenia kotłowni została fabrycznie zintegrowana i zamknięta w jednej obudowie. Są to tak zwane moduły hydrauliczne, występujące w różnych wersjach wyposażenia. Najbardziej rozbudowane mają zintegrowany zasobnik c.w.u. i – ze względu na swój wygląd – są w środowisku instalatorskim często nazywane „lodówkami”. Urządzenia tego typu są droższe, ale zamontowanie ich jest mniej czasochłonne. Moduł hydrauliczny jest rozwiązaniem kompaktowym, dlatego świetnie sprawdza się w budynkach jednorodzinnych z ograniczoną powierzchnią do zabudowy kotłowni. Ponieważ ma standardowe wyposażenie, nie nadaje się do bardziej rozbudowanych kotłowni oraz innych niekonwencjonalnych rozwiązań.

Przeczytaj także:

• Powietrzna pompa ciepła - fakty i mity na temat jej działania
• Fundament pod pompę ciepła - jaki być powinien? Z czego wykonać fundament pod pompę ciepła?
• Czym grozi źle dobrana moc pompy ciepła?