pompy ciepła.pdf

rafiliœmy w dziesi¹tkê. Rozpoczêty w poprzednim wydaniu BD

cykl edukacyjny ROK POMPY CIEP£A spotka³ siê z ogromnym

zainteresowaniem. To naprawdê gor¹cy temat. Nasza sonda wœród

cz³onków Klubu Buduj¹cych Dom pokaza³a, ¿e ok. 3%

(jeden na trzydziestu) respondentów zastosowa³o ju¿ w swoich domach

ogrzewanie pomp¹ ciep³a, a 35% (jeden na trzech) rozwa¿a

zastosowanie takiej instalacji. Od podjêcia decyzji „na tak”

powstrzymuj¹ ich najczêœciej dwie obawy.

Pierwsza, to pokutuj¹ce ci¹gle przekonanie, ¿e inwestycja

poch³onie od 70 do 100 tys. z³.

Druga obawa dotyczy braku mo¿liwoœci kontroli rozwi¹zañ

proponowanych przez firmê, bo to wiedza dla inwestora tajemna

i pozostaje mu zdaæ siê na uczciwoœæ i solidnoœæ firmy.

Te obawy mo¿na rozwiaæ czytaj¹c cykl naszych artyku³ów.

Nic tu nie ma trudnego. Wystarczy znaæ cztery dzia³ania arytmetyczne,

¿eby wszystko sprawdziæ i policzyæ. A warto kontrolowaæ i ogarniaæ

w³asnym rozumem propozycje i dzia³ania firm. Doskonale ilustruje to

artyku³ „Case study, czyli oferty z ¿ycia wziête”. Koniecznie przeczytajcie.

Przekonacie siê, ¿e skrupulatna i krytyczna analiza ofert firmowych

pozwala skalkulowaæ koszty inwestycji na poziomie 30 000-40 000 z³.

Nasz cykl ROK POMPY CIEP£A zaczêliœmy od przegl¹du rozwi¹zañ

systemowych instalacji z pomp¹ ciep³a (artyku³ z BD 1-2/07 jest

dostêpny w ca³oœci na www.budujemydom.pl). Teraz zajmiemy siê

wyborem dolnego Ÿród³a ciep³a. To najpowa¿niejsza decyzja

i podejmuje j¹ inwestor.

Dlaczego i dla kogo pompa

ciep³a? Przegl¹d rozwi¹zañ

systemowych

Ciep³a woda u¿ytkowa (c.w.u.)

w systemie z pomp¹ ciep³a

Pompa ciep³a w klimatyzacji.

Ch³odzenie i rekuperacja

2 3

Ÿ ród³o dolne

– co wybraæ?

Pompa ciep³a

a technologia domu

Ÿ ród³o górne – jak rozprowa-

dziæ ciep³o? Ogrzewanie

i dogrzewanie pomp¹ ciep³a

Eksploatacja i konserwacja

systemu z pomp¹ ciep³a

Wymiana kot³a c.o. na pompê

ciep³a – modernizacja

ogrzewania

Pompa ciep³a – wybieramy

i kupujemy. Przegl¹d oferty

rynkowej

Sk¹d braæ ciep³o?

Z powietrza, wody czy

z ziemi? To najwa¿-

niejsza decyzja

w ogrzewaniu pomp¹

ciep³a. To pytanie za

20 000 z³, bo tyle

mo¿e kosztowaæ roz-

wi¹zanie najdro¿sze.

Najtañsze jest za

darmo. Ale licz¹ siê

te¿ inne kryteria

wyboru.

WYBÓR Ÿ RÓD£A DOLNEGO

Ÿród³o dolne

PROF. WIES£AW MARCINIAK

– co wybraæ?

nstalacja grzewcza z pomp¹ ciep³a

sk³ada siê z trzech zasadniczych

czêœci 1 :

Q Ÿród³a dolnego;

Q wêz³a cieplnego, którego najwa¿niej-

szym elementem jest pompa ciep³a;

Q Ÿród³a górnego.

Ÿ ród³o górne grzeje pomieszczenia – to

pod³ogówka, grzejniki lub jedno i drugie.

Energiê ciepln¹ dostarcza do Ÿród³a gór-

nego pompa ciep³a. Jest to energia pobie-

rana przez pompê ciep³a z powietrza, wo-

dy lub gruntu za pomoc¹ instalacji nazy-

wanej Ÿród³em dolnym . Fachowcy twier-

dz¹, ¿e nie pompa ciep³a, lecz Ÿród³o dol-

ne decyduje o jakoœci ca³ego systemu

grzewczego. Du¿o w tym racji – pompa

ciep³a to w istocie sprê¿arka, której fi-

zyczna zasada pracy jest zawsze taka sa-

ma. Jej mo¿liwoœci i ograniczenia wyni-

kaj¹ wiêc g³ównie z praw fizyki, nieza-

le¿nych od starañ konstruktora i produ-

centa.

Ka¿da pompa ciep³a zawsze zrobi swoje –

„przepompuje” ciep³o ze Ÿród³a dolnego

do górnego, jeœli tylko Ÿród³o dolne jest

odpowiednio wydajne. Jeœli Ÿród³o dolne

jest Ÿle wybrane, Ÿle zaprojektowane lub

Ÿle wykonane, nawet najlepsza pompa

ciep³a nic nie pomo¿e.

JEST Z CZEGO WYBIERAÆ

Wiemy ju¿, ¿e sprawnoœæ ogrzewania

pomp¹ ciep³a, okreœlana wspó³czynni-

kiem COP jest tym wiêksza, im mniejsza

jest ró¿nica temperatury ∆ T miêdzy Ÿró-

d³em górnym (T 2 ) a Ÿród³em dolnym

(T 1 ) tj. COP ~ . Jest to zale¿noœæ in-

tuicyjnie oczywista, gdy¿ pompowanie

ciep³a „pod górkê” tj. z materii ch³odniej-

szej do cieplejszej, wymaga tym wiêkszej

pracy im wy¿sza jest „górka”, czyli im

wiêksza jest ró¿nica temperatur ∆ T .

W przypadku zastosowania ogrzewa-

nia pod³ogowego (jest to rozwi¹zanie

Ÿród³o górne

pompa ciep³a

Ÿród³o dolne

1 Ogólny schemat systemu ogrzewania z pomp¹ ciep³a

3 2007 195

T 2

∆

ROK POMPY CIEP£A

dwie studnie

jest nieco gorsza ni¿ dla wody grunto-

wej (COP = 4 ÷ 5). Wy¿sze s¹ koszty

inwestycyjne, k³opotliwe jest zaanga¿o-

wanie du¿ej powierzchni dzia³ki (dla

kolektora poziomego), ale jest to roz-

wi¹zanie o wysokim stopniu niezawod-

noœci, gdy¿ uk³ad zamkniêty jest nie-

wra¿liwy na zanieczyszczenia czy ewen-

tualne zmiany warunków hydrogeolo-

gicznych.

Najtañsze, bo nie wymagaj¹ce ¿adnych

prac inwestycyjnych jest wykorzystanie

powietrza jako dolnego Ÿród³a. Naj-

wiêkszym mankamentem tego rozwi¹-

zania s¹ sezonowe i pogodowe zmiany

temperatury powietrza, przy czym naj-

gorsze warunki s¹ w zimie, kiedy pom-

pa ciep³a jest mocno eksploatowana,

a jej sprawnoœæ spada w miarê obni¿ania

siê temperatury powietrza (dla T poni-

¿ej -10°C wspó³czynnik COP wynosi za-

ledwie 2 ÷ 3). Jako dolne Ÿród³o mo¿e

te¿ byæ wykorzystane powietrze we-

wn¹trz domu (5 ÷ 20°C), ale dotyczy to

ograniczonych zastosowañ pompy cie-

p³a wy³¹cznie do wytwarzania c.w.u. lub

do klimatyzacji (w roli rekuperatora).

kolektor p³aski

2 Klasyfikacja Ÿróde³ energii cieplnej pobieranej

przez pompê ciep³a

zalecane) temperatura T 2 wynosi ok.

30°C (ok. 300 K). Najcieplejszym Ÿró-

d³em dolnym mo¿e byæ sztuczne Ÿród³o

ciep³a, takie jak œcieki, woda powrotna

w systemach ciep³owniczych, inne cie-

cze, gazy lub powietrze ogrzewane w ja-

kimœ procesie technologicznym. Mo¿li-

woœci takich rozwi¹zañ istniej¹ w prze-

myœle lub budownictwie komunalnym,

natomiast bardzo rzadko zdarzaj¹ siê w

domach jednorodzinnych. Pozostaj¹

nam Ÿród³a naturalne (odnawialne) wy-

mienione na rys. 2 i przedstawione

schematycznie na rys. 3 . Najwy¿sz¹

temperaturê ma woda gruntowa, ok.

10°C, niezale¿nie od g³êbokoœci i pory

roku. Rozwi¹zanie z wod¹ gruntow¹ ja-

ko dolne Ÿród³o jest wiêc bardzo ko-

rzystne pod wzglêdem sprawnoœci

( COP osi¹ga wartoœci 5÷6), niezbyt

drogie inwestycyjnie, ale wymaga

sprawdzenia parametrów wody, której

zanieczyszczenia mog¹ powodowaæ ko-

rozjê wymiennika ciep³a lub powstawa-

nie osadów. Kolektor gruntowy to kil-

kaset metrów zakopanej w ziemi rury

nape³nionej glikolem. Mo¿e byæ pozio-

my (p³aski lub spiralny) zakopany na

g³êbokoœæ ok. 1,5 m pod powierzchni¹

gruntu lub pionowy w odwiertach

o g³êbokoœci do 200 m.

Glikol kr¹¿¹cy w kolektorze gruntowym

ma zwykle temperaturê od -2 do +5°C,

w pierwszym przybli¿eniu przyjmuje

siê 0°C. Sprawnoœæ systemów z kolekto-

rem gruntowym nape³nionym glikolem

kolektor spiralny

WODA GRUNTOWA

– DWIE STUDNIE

To najprostsze rozwi¹zanie. Grunt,

a wiêc równie¿ woda gruntowa, na g³ê-

bokoœci wiêkszej ni¿ 6 m ma w zasadzie

sta³¹ temperaturê, która wynosi w Pol-

sce ok. 10°C, niezale¿nie czy jest zima,

czy lato (mo¿na siê liczyæ ze zmianami

w przedziale 7 ÷ 12°C). Najtañszym in-

westycyjnie sposobem pobierania ciep³a

z gruntu jest pompowanie wody z g³ê-

bokoœci poni¿ej 6 m (oczywiœcie, lustro

wody gruntowej mo¿e byæ na poziomie

wy¿szym , np. 1 lub 2 m pod powierzch-

ni¹ gruntu). Budujemy dwie studnie –

czerpaln¹ do poboru wody, ch³onn¹ do

odprowadzenia (zrzutu) wody sch³odzo-

nej, która wyp³ywa z pompy ciep³a.

W typowych warunkach geologicznych,

gdy woda jest czerpana z warstwy wodo-

noœnej na g³êbokoœci 6 ÷ 15 m, koszt

budowy takich dwóch studni wynosi

ok. 2000 z³. Odleg³oœæ pomiêdzy stud-

ni¹ czerpaln¹ i ch³onn¹ powinna byæ jak

najwiêksza (co najmniej 15 m), ¿eby

ch³odna woda zrzucana nie miesza³a siê

z wod¹ czerpan¹, niekorzystnie obni-

¿aj¹c jej temperaturê.

Obie studnie musz¹ korzystaæ z tej sa-

mej warstwy wodonoœnej, przy czym

kolektor pionowy

powietrze

3 Podstawowe rodzaje dolnego Ÿród³a

196 2007 3

studnia czerpalna powinna znajdowaæ

siê przed ch³onn¹ wzglêdem kierunku

przep³ywu wody w tej warstwie. Chodzi

o to, by woda sch³odzona nie wraca³a do

studni czerpalnej.

Wydajnoœæ pompowania wody grunto-

wej powinna wynosiæ ok. 1,5 m 3 /h

(szczegó³owe obliczenia w ramce obok),

do czego wystarcza pompa samozasysa-

j¹ca o mocy 200 W (jeœli lustro wody

jest nie g³êbiej ni¿ 6 m). Nie zawsze wa-

runki gruntowo-wodne s¹ korzystne dla

tego rozwi¹zania.

Podstawowym przeciwwskazaniem mo-

¿e byæ g³êboki poziom lustra wody

gruntowej, co zmusza do stosowania

dro¿szych rozwi¹zañ – pomp g³êbino-

wych i g³êbokich wierceñ. Uwaga – na

studnie g³êbsze ni¿ 30 m wymagane jest

pozwolenie wodnoprawne. Jest te¿ dru-

gi warunek (nie zawsze przestrzegany),

¿e trzeba niezale¿nie od g³êbokoœci

studni mieæ pozwolenie wodnoprawne

na czerpanie wody w iloœci wiêkszej ni¿

15 m 3 /dobê.

Jest to warunek na ogó³ spe³niany „na

styk”, gdy¿ przy pompowaniu w tempie

JAKA POMPA WODNA W SYSTEMIE WODA-WODA?

Policzmy, w jakim tempie trzeba pompowaæ wodê

gruntow¹, aby pobieraæ z niej wystarczaj¹c¹ iloœæ

ciep³a. Do ogrzewania wspó³czeœnie zbudowane-

go domu jednorodzinnego, czyli domu spe³niaj¹-

cego obecne normy termoizolacji, potrzebna jest

moc grzewcza 50 W/m 2 . Zatem zapotrzebowanie

na moc ciepln¹ do ogrzewania domu o po-

wierzchni 200 m 2 wynosi ok. 10 kW (200 m 2 x

50 W/m 2 ). Ÿ ród³o ciep³a o takiej mocy dostarczy

w ci¹gu godziny 10 kWh energii cieplnej. Za³ó¿my

COP = 5, zatem z wody jest pobierane 4/5 ener-

gii grzewczej tj. 8 kWh (pozosta³a 1/5 pochodzi

wprost z energii elektrycznej zasilaj¹cej sprê¿ar-

kê). Przeliczmy to na kalorie. Trzeba sobie przypo-

mnieæ ze szko³y, ¿e 1 cal (kaloria) = 4,2 J (d¿ula),

a 1 J = W·s.

Zatem 8 kWh = 8000 W·3600 s = 28 800 000 J,

st¹d 28 800 000 J : 4,2 J = 6 857 000 cal

≈ 6 900 kcal ciep³a. Ile do tego potrzeba wody?

Jeœli za³o¿ymy, ¿e czerpiemy z gruntu wodê

o temperaturze 10°C i sch³adzamy do 5°C,

to ka¿dy litr wody oddaje: 1000 cm 3 ·(10 ÷ 5°C)

= 5 kcal.

Jeœli 1 litr wody gruntowej odda 5 kcal ciep³a,

a w ci¹gu godziny potrzebujemy do ogrzania

domu 6900 kcal, to iloœæ wody, jak¹ trzeba wpom-

powaæ w ci¹gu godziny wynosi 6900 kcal : 5 kcal/l

= 1380 l, czyli wydajnoœæ pompowania powinna

wynosiæ ok. 1,4 m 3 /h lub inaczej 23 l/min. To pro-

ste obliczenie wskazuje, jakiej pompy potrzebuje-

my. Otó¿ wydajnoœæ ok. 30 l/min. zapewnia ma-

lutka pompa samozasysaj¹ca o mocy rzêdu

100-200 W. A znane s¹ przypadki, gdy do pompy

ciep³a pobieraj¹cej 1,1 kW mocy elektrycznej

zastosowano pompê wodn¹ o mocy 1,2 kW!

To wielki b³¹d, takie dziesiêciokrotne „przewymia-

rowanie” pompy wodnej powoduje, ¿e za pr¹d zu-

¿ywany na czerpanie wody zap³acimy tyle samo,

co za energiê elektryczn¹ zu¿ywan¹ przez pompê

ciep³a. Podobnie nieoptymalne jest korzystanie

ze wspólnej pompy wodnej – do wody u¿ytkowej

i do studni czerpalnej dla ogrzewania pomp¹

ciep³a.

Zwykle pompa wodna u¿ywana do wody u¿ytko-

wej ma moc oko³o 1 kW, a wiêc o wiele za du¿¹

dla potrzeb systemu grzewczego z pomp¹ ciep³a.

Na wypadek awarii którejœ pompy, warto jednak

zamontowaæ zawór umo¿liwiaj¹cy pracê jednej

z pomp w obu funkcjach do czasu naprawy

drugiej.

REKLAMA

ROK POMPY CIEP£A

Bezpieczne parametry

wody gruntowej

parametr

wartoœæ

graniczna

wartoœæ pH

7 do 9

siarczany SO 4

<70 mg/l

wolny chlor Cl 2

<0,5 mg/l

chlorki

<300 mg/l

azotany NO 3

<100 mg/l

twardoœæ CaCO 3

<300 mg/l

wolny kwas wêglowy H 2 CO 3

<20 mg/l

¿elazo

<3 mg/l

mangan

<2 mg/l

utlenialnoœæ 02

<2 mg/l

amoniak NH3

<2 mg/l

Uwaga. Ka¿dy producent mo¿e indywidualnie okreœliæ

parametry graniczne dla swojego urz¹dzenia. Na

przyk³ad u niektórych producentów ograniczenia na

¿elazo i mangan wynosz¹ odpowiednio <0,2 mg/l

oraz <0,1 mg/l – jak dla wody pitnej.

4 Przyk³adowy uk³ad pêtli kolektora poziomego

1,5 m 3 /h oznacza maksymalnie 10 go-

dzin pracy pompy wodnej na dobê.

Te graniczne parametry mo¿na odnieœæ

do pompy ciep³a o mocy 7 ÷ 8 kW. Dla

pompy ciep³a o wiêkszej mocy wydaj-

noœæ pompowania wody musi byæ wiêk-

sza ni¿ 1,5 m 3 /h, zatem warunek czerpa-

nia wody w iloœci wiêkszej ni¿ 15 m 3 /dobê

zostanie przekroczony i trzeba wyst¹piæ

o pozwolenie.

Czêsto wyra¿ane s¹ obawy o nied³ugi

czas ¿ycia studni – zarówno czerpalnej,

której wydajnoœæ z czasem mo¿e siê ob-

ni¿yæ, jak te¿ zrzutowej, której ch³on-

noœæ mo¿e nie byæ wystarczaj¹ca po pew-

nym czasie. Jednak ewentualnej degra-

dacji studni wierconej nie nale¿y spo-

dziewaæ siê wczeœniej ni¿ po 15 ÷ 20 la-

tach. Jeœli ju¿ tak siê stanie, to nie bêdzie

wielkim problemem finansowym ani

technicznym wywiercenie nowych stud-

ni, zatem tym ograniczeniem nie powin-

niœmy siê nadmiernie przejmowaæ. In-

nym k³opotem systemu woda-woda mo-

¿e byæ z³a jakoœæ wody – du¿a zawartoœæ

¿elaza i manganu jak równie¿ bardzo wy-

soka twardoœæ (tabela). Do producenta

pompy ciep³a nale¿y ocena, czy z³e parame-

try jakoœciowe wody mog¹ istotnie wp³yn¹æ

na niszczenie lub z³¹ pracê pompy ciep³a.

GroŸne i, niestety, doœæ czêste w naszych

warunkach jest nadmierne za¿elazienie wo-

dy. ¯elazo nie jest szkodliwe dopóki siê nie

utleni. Osad tlenku ¿elaza mo¿e „zatkaæ”

wymiennik, tak¿e studniê ch³onn¹. Dlatego

w przypadku mocno za¿elazionej wody nie-

zmiernie wa¿ne jest, by ca³y uk³ad od pobo-

ru wody w studni czerpalnej do zrzutu

w studni ch³onnej by³ szczelny i nie „nabie-

ra³” powietrza.

Niektórzy producenci oferuj¹ opcjonal-

nie parowniki w specjalnym wykona-

niu, odpornym na korozyjne dzia³anie

wody o „z³ych” parametrach. Stosuje siê

te¿ dodatkowy wymiennik ciep³a od-

porny na „z³¹” wodê. W obiegu wtór-

nym takiego wymiennika, poœrednicz¹-

cym miêdzy wod¹ ze studni a parowni-

kiem pompy ciep³a, kr¹¿y woda z 10%

zawartoœci¹ etylenu.

1,5 do 5 razy wiêksz¹ ni¿ powierzchnia

domu. Zatem do tego rozwi¹zania nie-

zbêdna jest du¿a powierzchnia dzia³ki

(np. ok. 600 m 2 dla domu o powierzchni

ogrzewanych pomieszczeñ ok. 150 m 2 , je-

œli grunt jest suchy i piaszczysty). Rury

kolektora s¹ wype³nione roztworem wod-

nym glikolu. Dawniej stosowano roztwór

wodny soli (solankê). Nazwa solanka zwy-

czajowo jest dalej u¿ywana, choæ mo¿e

odnosiæ siê do glikolu. W parownikach

pompy ciep³a glikol oddaje ciep³o och³a-

dzaj¹c siê o ok. 4 K. Œrednia temperatura

glikolu w kolektorze wynosi ok. 0°C, cho-

cia¿ po s³onecznym lecie mo¿e osi¹gn¹æ

nawet +10°, a podczas srogiej zimy mo¿e

wych³odziæ siê do kilku stopni poni¿ej ze-

ra. Trzeba pamiêtaæ, ¿e ciep³o odbierane

przez glikol z gruntu pochodzi g³ównie

z promieni s³onecznych – transport cie-

p³a z g³êbszych warstw ziemi ku po-

wierzchni jest zjawiskiem pomijalnie s³a-

bym. Dlatego bardzo wa¿na jest mo¿li-

woœæ pe³nej regeneracji cieplnej gruntu

w lecie, przed nastêpnym sezonem grzew-

czym. Nie ma wiêc sensu zakopywanie

kolektora na g³êbokoœciach wiêkszych ni¿

1,8 m, gdzie s³abo dochodzi ciep³o s³o-

neczne. Nie wolno te¿ utrudniaæ penetra-

cji energii s³onecznej przez np. zabetono-

wanie powierzchni gruntu nad kolekto-

rem. Warto tu zauwa¿yæ, ¿e energia s³o-

neczna przenika do gruntu g³ównie z wo-

d¹ deszczow¹. Brak mo¿liwoœci pe³nej re-

generacji cieplnej gruntu przez lato to ry-

zyko obni¿enia temperatury glikolu w zi-

mie poni¿ej granicznej wartoœci dla danej

pompy, co spowoduje wy³¹czenie siê

KOLEKTOR

POZIOMY P£ASKI

Wykonuje siê z rur PE o œrednicy 1 cala,

uk³adanych w wykopie o g³êbokoœci ok.

1,5 m, czyli poni¿ej strefy przemarzania,

ale nie g³êbiej ni¿ 2 m. Jest to zwykle kil-

ka pêtli, czyli odcinków rur o d³ugoœci ok.

100 m 4 . Podzia³ rury kolektora przyk³a-

dowej d³ugoœci 500 m na piêæ równole-

g³ych pêtli d³ugoœci 100 m ma na celu

zmniejszenie oporów przep³ywu, aby

pompa obiegowa wymuszaj¹ca przep³yw

glikolu nie musia³a osi¹gaæ du¿ych mocy,

zmniejszaj¹c tym samym efektywn¹

sprawnoœæ systemu ogrzewania. Przy od-

stêpach miêdzy rurami rzêdu 0,5 ÷ 0,8 m

z jednego m 2 gruntu z kolektorem otrzy-

muje siê moc 10 ÷ 40 W, w zale¿noœci od

rodzaju gleby. Gliniasty i wilgotny grunt

oddaje wiêcej ciep³a (30 ÷ 40 W), ni¿

piaszczysty, suchy (10 ÷ 20 W). St¹d przy

za³o¿eniu, ¿e do ogrzewania domu potrzeba

ok. 50 W na jeden metr kwadratowy

powierzchni pomieszczeñ, kolektor p³a-

ski powinien zajmowaæ powierzchniê

198 2007 3

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: