Pompy ciepła – adaptacje istniejących systemów grzewczych

Pompy ciepła – adaptacje istniejących systemów grzewczych

Zaprojektujemy i wykonamy adaptację Państwa ogrzewania z zastosowaniem pompy ciepła. Adaptacja układu grzewczego z zastosowaniem pompy ciepła jest celowa… i ekonomicznie uzasadniona z zachowaniem pewnych warunków:

  1. brak przyłącza gazu sieciowego ,
  2. dobra termoizolacja budynku,
  3. współpraca z alternatywnym źródłem ciepła,

Ad1. Jeśli posiadamy funkcjonujący system grzewczy oparty na gazie sieciowym, bardzo trudno będzie znaleźć uzasadnienie ekonomiczne dla instalacji pompy ciepła. Nie korzystanie z gazu jako paliwa nie likwiduje kosztu gazu. Znaczący element kosztu jakim jest opłata stała w rozliczeniu zużycia gazu pogarsza efektywność inwestycji w pompę ciepła.

Ad2. Termoizolacja budynku to najtańszy i najbardziej efektywny sposób ograniczenia kosztów ogrzewania. Przed wykonaniem projektu adaptacji, wykonujmy termografię termoizolacji budynku kamerą termowizyjną i proponujemy ewentualną modernizację. Bardzo często jest ona niewielka i sprowadza się do dodatkowej izolacji stropu.

Ad 3. Ten ostatni warunek nie jest konieczny, ale takie źródło w postaci kotła na paliwo stałe, na gaz ciekły, olej opałowy lub kominek zwykle już istnieje i może stanowić źródło ciepła szczytowe lub awaryjne.

Najtańszym wyborem pompy ciepła jest pompa ciepła powietrze-woda typu monoblok lub split:

– brak kosztu wykonania dolnego źródła ciepła jak w przypadku pompy solanka-woda,

– brak konieczności wygospodarowania miejsca dodatkowego w budynku na jednostkę PC (górne źródło) w przypadku monoblok.

Obecnie monitorujemy i analizujemy rozwiązanie dla domu jednorodzinnego o powierzchni 165 m2 bez dostępu do gazu sieciowego z ogrzewaniem istniejącym w postaci kominka z płaszczem wodnym i kolektorami słonecznymi do CWU. Dom ogrzewany za pośrednictwem grzejników naściennych. W domu tym zastosowano powietrzną pompę ciepła jako monoblok o mocy max. 9 kW i współpracującą z istniejącym systemem ogrzewania.

Tu można zobaczyć archiwalne i bieżące zużycie energii elektrycznej pompy ciepła na podstawie pomiarów podlicznika.

Układ grzewczy istniejący

 Dom posiadał zasadnicze źródło ciepła w postaci kominka z płaszczem wodnym bez bufora z pompkami obiegowymi na CO i zbiornik CWU. Do ogrzania CWU służą także kolektory rurowe zasilające wężownicę w zasobniku CWU. Dom jest izolowany płytami styropianu 12cm (ściany) i 25 cm wełną mineralną (strop).

Ogrzewanie realizowane jest przez grzejniki aluminiowe żeberkowe.

scheamt 02 [RGB]

 1. Schemat ideowy instalacji CO i CWU przed adaptacją (kliknij aby powiększyć)

Założenia do adaptacji

 Celem zasadniczym adaptacji układu grzewczego z wykorzystaniem pompy ciepła (dalej określanej jako PC) jest uzyskanie efektu grzewczego nie gorszego przy kosztach rocznych nie wyższych jak obecne oraz pełnych kosztach adaptacji nie wyższych niż 15 – 20 tyś zł

Po przeanalizowaniu rynku pomp ciepła pod kątem jakość/cena/efektywność wybrano rozwiązanie pompy powietrznej w systemie monoblok instalowanej na zewnątrz budynku. Urządzenie posiada podzespoły takie jak sprężarka typu scroll, wymiennik ciepła (dolne źródło) znanych producentów.

Połączenie ma charakter biwalentny częściowo równoległy do temp. -10 stC. Oznacza to, że pompa ciepła powinna samodzielnie ogrzać dom do temp -10 st (przy bezwietrznej pogodzie i średniej wilgotności) przy COP nie mniejszym niż 1,5. Podobnie kominek, który samodzielnie ogrzeje dom przy niższych temperaturach.

Powyższa sytuacja w praktyce wystąpi bardzo rzadko, ponieważ kominek używa się
z powodu potrzeby obcowania z żywym ogniem, więc wspomaga on pompę już przy wyższych temperaturach bez względu na konieczność dogrzania szczytowego.

Zakładano nie przerabianie odbioru ciepła tzn pozostawienie tylko grzejników.

Adaptacja

Adaptacja została wykonana według poniższego schematu.

scheamt 01 [RGB]2. Schemat adaptacji istniejącego układu (kliknij aby powiększyć)
 SANYO DIGITAL CAMERA3. Widok bufora z pompami obiegowymi-zmiany adaptacyjne

Jak widać na zdjęciu, wielkość miejsca na bufor + naczynia wzbiorcze nie jest duża i można praktycznie w każdym domu takie miejsce znaleźć. Po lewej stronie widoczny zasobnik na CWU (niebieski). Pompa ciepła została zainstalowana na zewnątrz pod pomieszczeniem z buforem.

20140924_1148264. Pompa ciepła – monoblok

 Zasada funkcjonowania nowego układu

Bufor zasilany jest z pompy ciepła bezpośrednio tzn wnętrze bufora wypełnione jest glikolem, który ogrzewa pompa ciepła (PC). Z bufora ciepło odbierane jest na grzejniki oraz górna wężownicę zasobnika CWU przez płaszcz opasujący bufor. Kominek ogrzewa wnętrze bufora pośrednio przez wężownicę w buforze.

Ogrzewanie zasobnika CWU przez PC

W celu ograniczenia kosztów adaptacji oraz kosztów eksploatacji nowego układu, nie zastosowano wymiennika płytowego + pompki obiegowej w układzie PC – CWU. Ciepło do zasobnika CWU „transportowane” jest przez pompkę CWU (patrz rys.2) z płaszcza w buforze. Zastosowano tu prosty i tani w wykonaniu aczkolwiek skomplikowany w zamyśle układ termostatów regulowanych, który działa następująco:

– temperatura w zasobniku CWU spada poniżej zadanej jako minimalna – włącza się PC i ładuje bufor,

– temperatura w buforze osiąga nastawioną np. 50stC – wyłącza się PC, włącza się pompka CWU i wyłącza pompka CO (jeśli pracuje) – priorytet dla CWU .

– temperatura w zasobniku CWU osiąga zadaną maksymalną np. 45stC – wyłącza się pompka CWU i załącza pompka CO, jeśli była w opcji PRACA.

W układzie ładowania ciepła do CWU pracują: 3 przekaźniki termostatyczne kapilarne, czujnik temperatury CWU z PC zamontowany na zasobniku CWU o zmodyfikowanej zmianie rezystancji sterowanej temperaturą bufora.

Ogrzewanie CWU przez kolektory nie ulega zmianie. Jest to układ niezależny.

Ogrzewanie grzejników CO

Sterowanie ogrzewaniem w domu odbywa się z zastosowaniem sterownika zainstalowanego w salonie, który radiowo załącza pompkę CO. Sterownik jest programowalny. Dodatkowo na grzejnikach są regulatory temperatury. Na sterowniku PC można wykorzystać jeden z wielu programów grzewczych zależnych od zmian temperatury zewnętrznej.

Testy

Testowany powyższy układ nie działał zadowalająco. Problemem był pośredni odbiór ciepła z bufora poprzez płaszcz. Powierzchnia wymiany a także nierównomierny przepływ wody w płaszczu powodował, że stopień wymiany ciepła był zbyt mały i grzejniki nie ogrzewały się do temperatury w buforze. Drugim problemem była zbyt mała wymiana ciepła z kominka do bufora realizowana na wewnętrznej półwężownicy w buforze. Zdarzało się, że temperatura płaszcza w kominku osiągała niebezpieczną temperaturę a w buforze temperatura nie przekraczała 55stC.

Modyfikacja

Należało zmodyfikować układ w taki sposób, by woda z bufora bezpośrednio zasilała grzejniki i wężownicę CWU.  Należało zatem zastosować sprzęgło hydrauliczne (wymiennik płytowy) między PC a buforem, ponieważ w układzie PC musiał być glikol.

Zdecydowano się na inne, prostsze rozwiązanie. Schemat tej modyfikacji widać poniżej

scheamt 03 [RGB]5. Schemat zmian układu zasilania bufora

W całym układzie CO oraz wężownicy CWU jest glikol (kolor niebieski). Teraz PC „ładuje” ciepło do bufora, które jest przepompowywane bezpośrednio na CWU oraz CO. Ciepło z kominka oddawane jest do bufora równolegle przez półwężownicę oraz płaszcz, w którym oczywiście nadal płynie woda (kolor czerwony). Należało dodać elektrozawór na obwodzie PC otwierany wraz załączaniem pompy obiegowej PC. Powoduje on, że po wyłączeniu PC gorący glikol nie jest „wpychany” do PC przez pracujące pompki obiegowe CO lub CWU, co powodowałoby straty ciepła. Dodatkowo w układzie CO znajduje się 70l glikolu. W ekstremalnych sytuacjach zapewni to bezpieczeństwo instalacji przed zamarznięciem. Ponadto glikol nie powoduje korozji elementów stalowych w układzie CO.

Tak zmodyfikowany układ  działa prawidłowo szybko reagując na potrzeby grzewcze. Odbiór ciepła z kominka także jest bardzo dobry.

W celu zmniejszenia kosztów ogrzewania, zainstalowane zostanie ogrzewanie wielkopowierzchniowe. W salonie – na ścianie wewnętrznej, na piętrze – na ścianach kolankowych. Umożliwi to obniżenie parametru glikolu do max. 32-35stC.

Zaleta zasilania zasobnika CWU z bufora a nie bezpośrednio z PC

Ujawniła się dodatkowa zaleta zasilania CWU z bufora a nie bezpośrednio z PC. Podczas dni słonecznych i chłodnych wieczorów i nocy, temperatura wody w CWU jest znacznie wyższa niż potrzeba, której służy. Wówczas, po dodaniu dodatkowego termostatu włączającego pompkę obiegową CWU, ciepło z zasobnika CWU jest przenoszone do bufora. Stamtąd wieczorem zasila grzejniki.

Wiedząc o tym, można rozważyć zastosowanie większego bufora. Stanowi on także dodatkowy odbiór ciepła z kolektorów chroniąc je przed stanem awaryjnym z powodu niemożności odbioru ciepła przez zasobnik CWU.

Projektowanie stron internetowych Gliwice- Kaliszan.pl