Pompa ciepła - błędy projektowe

Błędy na etapie projektowania systemu (doboru urządzeń)


Błędne określenie Ogólnego Zapotrzebowania na Ciepło (OZC Podstawą doboru wszystkich urządzeń i systemów grzewczych jest określenie zapotrzebowania na ciepło wytwarzane i dostarczane do budynku przez system. Jego błędna wartość powoduje zły dobór elementów systemu, które mogą być przewymiarowane lub niedowymiarowane, a więc jest przyczyną błędów w dalszych etapach projektu. W przypadku popełnienia błędu na tym etapie nawet właściwe wykonanie systemu nie gwarantuje jego poprawnego i efektywnego działania.


Niedowymiarowane mocy pompy ciepła

Niedowymiarowana pompa ciepła nie jest w stanie przekazać do budynku wystarczającej ilości ciepła, przez co, szczególnie w okresach gdy temperatura zewnętrzna osiąga bardzo niskie wartości, występuje problem niedogrzania pomieszczeń. Użytkownik pompy ciepła o zbyt małej mocy jest zmuszony do korzystania z innego źródła ciepła w celu dogrzania pomieszczeń. Zakup pompy ciepła o małej mocy może wydać się kuszący z finansowego punktu widzenia, ponieważ można dzięki temu ograniczyć koszty inwestycji, przez co niekiedy użytkownicy rozmyślnie decydują się na takie rozwiązanie. Należy jednak zdać sobie sprawę z tego, że w okresach chłodniejszych konieczne będzie działanie dodatkowego źródła ciepła, które może być mniej efektywne od pompy ciepła (tym bardziej, że COP pompy ciepła jest wysokie), co wpłynie na generowanie dodatkowych kosztów eksploatacyjnych, przewyższających koszty generowane przez pompę wyższej mocy, które mogą spowodować zwiększenie okresu zwrotu inwestycji w system grzewczy w porównaniu do sytuacji gdy zainstaluje się pompę ciepła o mocy właściwie dopasowanej do zapotrzebowania energetycznego obiektu.

 

Przewymiarowanie mocy pompy ciepła

Podstawowym problemem płynącym z przewymiarowania pompy ciepła jest to, że pompa o mocy większej niż potrzeba jest urządzeniem droższym, a więc następuje nieuzasadnione zawyżenie kosztów systemu, przez co wydłuża się okres zwrotu nakładów. Prawdopodobne jest, że przy niskiej temperaturze zewnętrznej, przewymiarowana pompa ciepła będzie pracowała właściwie, tak jak pompa o mocy dobranej prawidłowo. Różnica polegała będzie na tym, że przewymiarowana pompa ciepła będzie wykorzystywała mniejszy procent swojej mocy. W momencie jednak, gdy temperatura zewnętrzna podniesie się do określonego poziomu, może zostać przekroczony zakres regulacji mocy sprężarki, co może spowodować problemy w jej pracy.

 

Źle dobrany wymiennik gruntowy (dolne źródło ciepła)

Dolne źródło ciepła jest bardzo ważnym elementem systemu grzewczego z pompą ciepła, ponieważ to właśnie z niego pobierane jest ciepło służące do ogrzewania budynku. W przypadku pomp ciepła solanka/woda dolnym źródłem ciepła jest grunt. Ciepło z gruntu pobiera się za pomocą pionowych lub poziomych sond (wymienników) gruntowych wypełnionych wodnym roztworem glikolu (tzw. solanką). Zbyt duży wymiennik gruntowy nie stanowi dużego problemu eksploatacyjnego. Głównym problemem w tym przypadku jest zawyżenie kosztów inwestycji, a więc zwiększenie czasu jej zwrotu. Poważny problem pojawia się w przypadku doboru zbyt małego wymiennika gruntowego. Zbyt mały wymiennik gruntowy nie jest bowiem w stanie odebrać od gruntu wystarczającej do ogrzania pomieszczeń ilości ciepła, przez co system z pompą ciepła jest nie wystarczający do zapewnienia właściwej temperatury w ogrzewanym budynku.

 

Moc pompy ciepła

Moc dolnego źródłaniedostatecznaodpowiedniazbyt dużaniedostatecznaniedogrzanie budynkuniedogrzanie budynkuniedogrzanie budynku, zawyżone koszty inwestycjiodpowiednianiedogrzanie budynku, pompa wyłącza się sygnalizując zbyt niskie ciśnienieprawidłowy stan pracyprawidłowy stan pracy, zawyżone koszty inwestycji   Z powyższej tabeli widać, że równie ważny jest dobór mocy pompy ciepła, jak również mocy jej dolnego źródła, ponieważ złe dobory każdego z tych elementów skutkują niewłaściwą pracą systemu lub/i niepotrzebnym zawyżeniem kosztów inwestycji. Zły dobór wymiennika gruntowego niesie za sobą niebezpieczeństwo zbyt dużego wychłodzenia gruntu (dolnego źródła) skutkującego utrudnieniem jego regeneracji. Utrudniona regeneracja dolnego źródła powoduje z kolei spadek temperatury wejściowej pompy ciepła, a co za tym idzie, spadek jej mocy nominalnej. Pompa o obniżonej mocy nominalnej, w celu wytworzenia zadanej ilości energii musi wydłużyć swój czas pracy, przez co sprężarka przez dłuższy czas pobiera elektryczność, a więc koszty jej eksploatacji rosną. Jest to bardzo niepożądane zjawisko lecz o wiele gorsze wydają się być następstwa tego stanu dla gruntu, ponieważ dłużej pracująca pompa ciepła bardziej obciąża dolne źródło, które jeszcze szybciej traci temperaturę. Tym sposobem następują kolejne spadki temperatury i mocy, co w ostateczności może doprowadzić nawet do zamrożenia dolnego źródła i przerwy w pracy pompy ciepła. Zły dobór wymiennika gruntowego przeważnie spowodowany jest przyjęciem złych współczynników pozyskiwania ciepła z gruntu (współczynników mocy cieplnej gruntu) wyrażonych w W/m, przeważnie za wysokich, co skutkuje niedowymiarowaniem wymiennika gruntowego. Jest to efekt niedostatecznej znajomości geologii gruntu (brak rozpoznania geolologicznego) i jego właściwości cieplnych. Należy bowiem pamiętać, że zazwyczaj kolektory pionowe przechodzą przez kilka odmiennych pod względem geologicznym warstw gruntu, dlatego najlepiej jest stosować doświadczalne metody oszacowania możliwości cieplnych odwiertów, wykorzystując informacje z pierwszych odwiertów, które mogą służyć jako kontrolne. Dla systemów o dużej mocy grzewczej opłacalne może okazać się nawet wykonanie pomiaru przewodności cieplnej gruntu w celu precyzyjnego określenia potrzebnej długości kolektora gruntowego wykonane przez profesjonalną firmę.

 

Błędy w doborze górnego źródła ciepła

Źle dobrany zasobnik c.w.u.

Pompa ciepła jest urządzeniem grzewczym pracującym na niskich parametrach, co oznacza, że jest ona przystosowana do wytwarzania niższych temperatur niż kocioł grzewczy. Wobec tego zasobnik wodny powinien posiadać wężownicę o większej powierzchni wymiany ciepła niż zasobnik dobierany dla kotła grzewczego lub być wyposażony w zewnętrzny wymiennik płytowy. Zły dobór zasobnika c.w.u., polegający przeważnie na zastosowaniu zasobnika o zbyt małej powierzchni odbioru ciepła, będzie skutkował zbyt niską temperaturą c.w.u..

Nieprawidłowe zwymiarowanie instalacji c.o.

Tak jak zauważono wcześniej, pompa ciepła pracuje na niskich parametrach, niższych od kotłów grzewczych, a więc temperatura wody w instalacji grzewczej powinna być jak najniższa. Jest to bardzo ważne, ponieważ przy niższych parametrach pompa ciepła pracuje z wyższą sprawnością (wyższym COP) niż przy temperaturach wyższych, co jest spowodowane małą różnicą temperatur w przypadku systemu o niskich parametrach, a więc jej działanie jest efektywniejsze. W systemach pomp ciepła zaleca się więc stosowanie ogrzewania płaszczyznowego (podłogowego, sufitowego, ściennego) i rezygnację z tradycyjnych grzejników, przystosowanych do zasilania kotłowego, czyli wysokotemperaturowego. W przypadku systemu z pompą ciepła grzejniki byłyby zasilane niższą temperaturą, a więc ich powierzchnia grzewcza musiałaby być znacznie większa niż przy zasilaniu kotłowym. Podłączanie pompy ciepła do instalacji grzewczej pracującej na wysokich parametrach jest więc błędem, powodującym spadek COP przekładający się na wzrost kosztów eksploatacyjnych systemu, a więc zwiększenie czasu zwrotu urządzeń lub też niedogrzanie pomieszczeń spowodowane zbyt małą powierzchnią wymiany ciepła grzejników.

Niewłaściwie dobrane elementy instalacji wewnętrznej zasilania/powrotu systemu rozprowadzenia ciepła

Poważnym błędem mogą też być nieprawidłowe średnice rur zasilania i powrotu we wszystkich odcinkach instalacji rozprowadzania ciepła, co może być przyczyną m.in. spadku nominalnego przepływu po stronie skraplacza, co spowoduje niedogrzanie budynku, albowiem instalacja nie będzie w stanie przenieść zbyt małym przepływem odpowiednich ilości energii lub też wzrostu prądu pracy, a więc obciążenia elektrycznego, co spowoduje zwiększenie zużycia sprężarki, a więc wyższy pobór elektryczności, czyli zwiększenie kosztów eksploatacji urządzenia. Dobrze jest pamiętać o tym, że przy wymianie kotła na pompę ciepła czasem wymagane jest zwiększenie przepustowości (średnicy) rur, a więc należy liczyć się z koniecznością ich wymiany.

 

Opracowanie redakcja.

Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą redakcji.