Biblioteka

Systemy z pompą ciepła i kotłem

Dodano: wtorek, 25 maja 2010 08:26

Przyjmuje się, że zużycie energii na wytwarzanie c.w.u. to zaledwie 10-30% energii zużywanej na ogrzewanie domu jednorodzinnego. Ale w domu energooszczędnym będzie to już 50%, a w pasywnym nawet 80%.

Schemat-energiaW liczbach bezwzględnych zużycie energii na potrzeby c.w.u. dla rodziny 4-osobowej wynosi ok. 4000 kWh rocznie, podczas gdy ogrzewanie domu (ok. 150 m2) zamieszkanego przez tę rodzinę, zbudowanego w standardowej technologii, wymaga ok. 20 000 kWh rocznie. W porównaniu z ogrzewaniem, koszt wytwarzania ciepłej wody użytkowej jest więc względnie niewielki, zatem i oszczędności z tytułu niskiej ceny wytwarzania 1 kWh nie będą "powalające".

Zaopatrzenie domu w c.w.u. jest więc zagadnieniem mniejszej wagi ekonomicznej niż c.o., ale jednak właściwe jego rozwiązanie ma duży wpływ na komfort życia. Ostatecznie o wyborze konkretnych rozwiązań decydują koszty inwestycji i komfort użytkowania. Pod pojęciem komfortu kryją się wymagania dotyczące temperatury wody, jej wystarczającej ilości i dostępności na zawołanie.

Temperatura c.w.u.

Z punktu widzenia efektywności pracy pompy ciepła im niższa jest wymagana temperatura c.w.u., tym lepiej. Pamiętamy, że wysokie wartości współczynnika COP osiąga się dla ogrzewania podłogowego, dla którego w instalacji c.o. wystarczy ogrzać wodę do 30°C. Dla potrzeb ciepła woda użytkowa musi mieć wyższą temperaturę. Choć "fizycznie" wystarczająca jest temperatura ciepłej wody na poziomie 40-50°C, to przepisy mówią, że powinna ona mieć nie mniej niż 55°C.

Takie wymagania wynikają z troski o niedopuszczenie do rozwijania się groźnych dla zdrowia bakterii legionella. Bakterie te giną w temperaturze ok. 60°C. Nie ma jednak potrzeby utrzymywania tak wysokiej temperatury c.w.u. cały czas, wystarczy cyklicznie, przynajmniej raz na tydzień, podgrzać c.w.u. powyżej tej granicy. Wiele pomp ciepła osiąga taką temperaturę, ale rozwiązaniem najprostszym jest wyposażenie zbiornika c.w.u. w grzałki elektryczne (o mocy 6-9 kW), które od czasu do czasu podgrzewają wodę do +60°C.

Sprawność (współczynnik efektywności, COP) to najważniejszy parametr charakteryzujący pompę ciepła. Jest to stosunek energii dostarczanej do energii pobranej z sieci elektrycznej. Im jest on wyższy tym pompa pracuje wydajniej, a koszty eksploatacji są niższe. W praktyce oznacza to, że pompa ciepła ma tym wyższą sprawność im mniejsza jest różnica temperatur między dolnym źródłem ciepła (np. temperatura gruntu), a górnym źródłem ciepła (np. temperatura wody w instalacji ogrzewania podłogowego). Po prostu pompa ciepła musi wykonać mniejszą pracę przenosząc ciepło do podłogówki (35 °C) niż do grzejników (50 °C).

Objętość zbiornika i moc grzewcza

Pompa ciepłaZnając zwyczaje domowników, określamy dobowe zużycie c.w.u. przez każdego z nich i przez całą rodzinę. Zwykle otrzymuje się 50-100 l c.w.u. na jedną osobę w ciągu doby. Zakładając temperaturę c.w.u. na poziomie 40-50°C, możemy obliczyć ilość energii cieplnej potrzebnej do ogrzania c.w.u., a stąd również moc urządzenia grzewczego. Pamiętajmy, że moc (kW) to nie to samo co energia (kWh). Moc jest to zdolność do wytworzenia określonej energii w założonym przedziale czasu. Na przykład urządzenie o mocy 1 kW w ciągu jednej godziny wytwarza energię 1 kWh.

Z uwagi na względnie niską temperaturę pracy pompy ciepła (50-60°C) w trybie grzania c.w.u., trzeba się liczyć z długim czasem nagrzewania wody do temperatury ok. 45°C. Stąd wynika potrzeba stosowania zbiorników c.w.u. o dużej pojemności, aby po kąpieli w wannie (zużycie 150-180 litrów wody) nie trzeba było napełniać całkiem pustego zbiornika i czekać kilka godzin, aż woda osiągnie temperaturę wystarczającą do kolejnego skorzystania z wanny. Zwykle przyjmuje się moc grzewczą dla c.w.u. na poziomie 0,25-0,5 kW na jedną osobę.

Zatem dla rodziny czteroosobowej otrzymujemy 1-2 kW. Przy tak niewielkiej mocy zbiornik c.w.u. powinien mieć pojemność nie mniejszą niż dobowe zużycie c.w.u. przez rodzinę, czyli 200-400 l. Zbiorniki c.w.u. o mniejszej pojemności wymagają stosowania wyższej mocy grzewczej (np. 5 kW) lub trzeba się pogodzić z dyskomfortem długiego czekania na ciepłą wodę po kąpieli w wannie.

Warto podkreślić, że nie zawsze instalatorzy są dobrymi doradcami, gdyż na ogół "wyrośli" na technice kotłowej i niekiedy nie potrafią się przestawić na myślenie w standardach pompy ciepła. Otóż w przypadku instalacji z kotłem typowa objętość zasobnika c.w.u. dla domu jednorodzinnego wynosi ok. 150 litrów. Przy mocy kotła 20 kW lub więcej możliwe jest szybkie nagrzanie 150 litrów wody. Natomiast pompa ciepła przy znacznie niższej mocy, rzędu 8-10 kW, nagrzewa zwykle zbiornik c.w.u. o pojemności 300 litrów i więcej. Odpowiednio wydłuża się czas nagrzewania.

Ponieważ pompa ciepła pracuje cały czas ze stałą mocą (w przeciwieństwie do kotła, w którym moc jest "modulowana"), to pojemność zbiornika c.w.u. i rozmiary wymiennika ciepła (wężownicy) należy dobrać odpowiednio do pompy ciepła, by mogła bezawaryjnie pracować. Należy dążyć do tego, żeby czas podgrzewania wody w zasobniku c.w.u., ze względu na prawidłową pracę sprężarki pompy ciepła, nie był krótszy niż 10 minut. Nie powinien też być zbyt długi, bo w czasie grzania c.w.u. nie będzie ogrzewana woda w instalacji c.o. (tzw. priorytet c.w.u., czyli pompa ciepła w pierwszym rzędzie pracuje na rzecz c.w.u., a w "wolnych chwilach" na rzecz c.o.).

Z tych kilku uwag wynika, że zarówno dobór objętości zasobnika ciepłej wody użytkowej, jak i warunków pracy - temperatura włączania podgrzewania wody (np. +40°C) oraz temperatura wyłączania (np. +55°C) - to zagadnienia niebanalne i powinny być określone w sposób przemyślany przez fachowca.

opr.: prof. Wiesław Marciniak
zdjęcie: clima comfort