Szacowanie zapotrzebowania mocy grzewczej
1. Metoda mocy jednostkowej
Moc grzewcza Q dla temperatury -20oC jest szacowana na podstawie zależności:
Q = F * q
gdzie:
Q – zapotrzebowanie na ciepło w kW
F – ogrzewana powierzchnia w m2
q – moc jednostkowa w kW/m2
Przykład: dom o powierzchni użytkowej 120 m2 wybudowany wg. aktualnych norm, ocieplony posiada zapotrzebowanie na moc grzewczą w temperaturze -20oC równą 120×0,05 czyli 6 kW
| L.p. | Moc jednostkowa [kW/m2] | Uwagi |
|---|---|---|
| 1 | 0,120 | Stare budownictwo bez izolacji termicznej ze zwykłą stolarką |
| 2 | 0,080 | Stare budownictwo z nowoczesnymi oknami zespolonymi |
| 3 | 0,060 | Stare budownictwo z ociepleniem ścian i oknami zespolonymi |
| 4 | 0,050 | Domy wykonane zgodnie z aktualnymi normami |
| 5 | 0,030 | Domy niskoenergetyczne |
2. Zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową
Stosuje się uproszczony przelicznik 0,3 kW na osobę. Moc potrzebną do ogrzania wody dodaje się do zapotrzebowania na moc grzewczą.
Przykład: dom o powierzchni użytkowej, jak wyżej, zamieszkuje rodzina 4 osobowa. Maksymalne zapotrzebowanie na moc grzewczą wyniesie 6 kW + 4×0,3kW czyli 7,2 kW
3. Metoda oceny zużycia paliw
W wypadku gdy w ogrzewany obiekt jest lub był ogrzewany innym urządzeniem zapotrzebowanie na moc grzewcza wyznacza się z ilości zużywanego opału
- dla kotła olejowego Q = V / 250 [kW] ; gdzie V=ilość litrów oleju zużywana przez 1 rok
- dla kotła gazowego Q = V / 230 [kW]; gdzie V=ilość m3 gazu zużywana przez 1 rok
- dla pieca węglowego Q = V / 200 [kW]; gdzie V=ilość węgla kamiennego w kg zużywana przez 1 rok
4. Zalecenia odnośnie doboru pompy powietrze-woda
Pompy ciepła powietrze-woda potrafią przekazywać ciepło nawet w temperaturze -25oC. W praktyce systemy grzewcze pomp powietrze – woda są tworzone ze wspomagającymi źródłami ciepła. Mogą być nimi ogrzewacze elektryczne, kotły gazowe lub olejowe. Wspomagające źródło ciepła jest włączane w temperaturze otoczenia nazywanej punktem biwalencji. Zazwyczaj punkt biwalencji ustala się na poziomie – 7oC. Dla tych warunków zapotrzebowanie na moc grzewczą wynosi ok 70% wartości wyznaczonej metodą 1+2 lub 3+2.
Proszę sprawdzić na charakterystyce COP pompy ciepła moc grzewczą uzyskiwaną dla temperatury biwalencji.
Stosowanie biwaletnego podgrzewania elektrycznego podwyższa roczne koszty eksploatacyjne o ok 5%. Z kolei zapewnienie pełnej mocy przy najniższych temperaturach, które występują sporadycznie, związane jest ze znacznym kosztem inwestycyjnym. Za duża moc pompy daje efekt pracy impulsowej włącz/wyłącz, paradoksalnie powodującej niedogrzanie w zwykłych zimowych temperaturach otoczenia.
Posiadanie alternatywnego źródła ciepła to dodatkowa korzyść – podnosi bezpieczeństwo energetyczne obiektu. W przypadku awarii pompy ciepła (bardzo rzadkie przypadki) drugie źródło może pracować samodzielnie
Przy zapotrzebowaniu na większe moce grzewcze, powyżej 20 kW – zaleca się stosowanie 2 lub większej ilości pomp ciepła połączonych w tzw. kaskadę
Procedura doboru pompy ciepła:
· punkt A – zapotrzebowanie na moc grzewczą budynku Qbd – w temperaturze -20oC
· punkt B – zapotrzebowanie na moc grzewczą w temperaturze +20oC – przyjmuje się równe 0
· linia AB – określa zapotrzebowanie na moc grzewczą w temperaturach od -20oC do + 20oC
· punkt C – określa zapotrzebowanie ma moc do ogrzewania wody na potrzeby higieniczne QCWU
ok 0.3 kW / osobę, punkt C rysujemy nad punktem B dla temperatury + 20oC
· punkt D – nad punktem A po dodaniu zapotrzebowania mocy na CWU
· linia CD – zapotrzebowanie na moc pompy ciepła w temperaturach od -20oC do + 20oC
· linia EE – moc znamionowa dobieranej pompy ciepła Qpc dla zadanej temperatury medium w
obiegu grzewczym
· przecięcie linii CD oraz EE wyznacza punkt biwalencji, który powinien przypadać na
temperaturę ok -7oC
W temperaturach niższych od punktu biwalencji konieczne jest uzupełnienie mocy przez na przykład
grzałkę elektryczną
5. Dobór mocy powietrznej pompy ciepła
Przykład dotyczy budynku o powierzchni 180 mkw z ogrzewaniem podłogowym. Wstępnie obliczono zapotrzebowanie na moc grzewczą = 9 kW. Zainstalowano pompę SUN 03DC o mocy 9.5 kW (A7W35).
Na wykresie kolorem czerwonym jest zaznaczona znamionowa moc grzewcza uzyskiwana przy temperaturach otoczenia od -20 do + 20 st C i temperaturze wody zasilającej 35 stC. Widzimy, że charakterystyka powietrznej pompy ciepła jest nachylona odwrotnie niż zapotrzebowanie budynku – kolor niebieski. Prawidłowy dobór pompy ciepła to przecięcie linii w okolicach -10.. – 7 stopni. Poniżej tej temperatury moc pompy ciepła jest niewystarczająca. Uzupełniamy ja źródłem biwalentnym. Najczęściej będzie to grzałka elektryczna ewentualnie rozpalony w mroźne dni kominek. Szacuje się, że zastosowanie grzałki elektrycznej powiększa koszty eksploatacyjne rocznie średnio o 5%.
Przy temperaturze -20 stC mamy deficyt mocy 3.7 kW – to powinno być uzupełnione przez grzałkę elektryczną lub inne źródło. Przy -10 st.C i powyżej pracuje sama pompa ciepłą bez grzałki. Przy wyższych temperaturach mamy nadwyżkę mocy ale mniej więcej do temperatury 0 stC, możemy ją obniżyć dzięki inwertorowi i dopasować do zapotrzebowania. Powyżej temperatury 0 stC pompa będzie „taktować”- tu przydaje się bufor aby ograniczyć częstość włączeń i wyłączeń
6. Szacowanie kosztów eksploatacyjnych
Szacowane kosztów można przeprowadzić w sposób uproszczony z błędem do 10% wg. następującej metody, zakładającej, że przeciętnie dom jest ogrzewany przez 2000 godzin a podgrzewanie wody użytkowej na jedną osobę to rocznie 1300 kWh energii
Dom o powierzchni użytkowej 120 m2, wybudowany wg aktualnych norm, z zapotrzebowaniem jednostkowym na moc grzewczą równą 0,050 kW / m2, zamieszkały przez 4 osobową rodzinę
- jest ogrzewany przeciętnie przez 2000 godzin rocznie
- na ogrzewanie zużyje ok 120 x 0,050 x 2000 czyli 12 000 kWh energii
- energia potrzebna dla podgrzania wody użytkowej dla 4 osobowej rodziny to 4 x 1 300 czyli 5 200 kWh
- zapotrzebowanie roczne to 12 000 + 5200 = 17 200 kWh
- koszt roczny ogrzewania elektrycznego dla taryfy G11 to 17 200 x 0,6 i wynosi ok 10 320 zł
- koszt roczny energii elektrycznej przy zastosowaniu pompy ciepła powietrze-woda to 10 320 : 3, zatem około 3 500 zł
Wykres COP - jak czytać
Wykres COP jest najważniejszą charakterystyką pompy ciepła. Znając COP oraz moc znamionową urządzenia – czyli moc trwałą pobieraną z elektrycznej sieci energetycznej możemy ocenić i porównać urządzenia od różnych dostawców.
- – wykres COP
- – tabela COP
- – tabela z obliczonymi mocami grzewczymi pompy w różnych warunkach
WYKRES COP
– powietrze +2oC, woda 35oC: 2 x 3.7 = 7.4 KW
Tabela - wersja liczbowa
Moc Grzewcza
Kaskadowe łączenie pomp ciepła
Często stosuje się równoległe łączenie pomp ciepła co w efekcie daje zsumowanie mocy grzewczych. Zastosowanie dwóch pomp mniejszych zamiast jednej o większej mocy daje wymierne korzyści. Naturalne jest łączenie w kaskadę pomp w przypadku konieczności uzyskania większych mocy lub gdy pompy ciepła są jedynym urządzeniem w naszym systemie ogrzewania.
Cechy sterowania kaskadowego:
- uzyskanie wystarczającej mocy grzewczej przy najniższych temperaturach zewnętrznych
- naprzemienna praca pomp przy mniejszym zapotrzebowaniu mocy – wydłużenie trwałości
- niewrażliwość instalacji grzewczej na awarie, zwiększenie niezawodności
Do sterowania kaskadowego fabrycznie przystosowane są pompy SUN
Pompy ciepła powietrze - woda
Postęp technologiczny ostatnich lat dotyczył w szczególności pomp powietrze-woda. Sprężarki EVI potrafią stosunkowo efektywnie pracować w temperaturach -25 a nawet -30oC w zależności od modelu. Napęd inwerterowy pozwala na płynną regulację mocy (modulację) w zakresie dochodzącym niejednokrotnie od 20 do 120% mocy znamionowej i płynną pracę sprężarki bez jej wyłączeń.
Informacje przytaczane na temat powietrznych pomp ciepła a także literatura na ten temat są na ogół nieaktualne. Ostatnie 10 lat odmieniło ten typ pomp w przyjazne, efektywne i łatwe w zastosowaniu urządzenia do transportu ciepła z powietrza do naszego systemu grzewczego. Dodatkowe funkcje ogrzewania wody użytkowej (c.w.u.) i schładzania (wody lodowej) nie są problemem
Podstawowe układy pracy pompy powietrze-woda
Typ MONOBLOK – wszystkie elementy układu pompy: sprężarka, wymienniki ciepła, zawór rozprężny, układ sterujący znajdują się w zamkniętej obudowie instalowanej najczęściej na zewnątrz budynków. Występują rozwiązania monoblok o stosunkowo niskiej mocy, instalowane wewnątrz budynków, posiadające przewody czerpni i wyrzutni powietrza. Spotykane są wersje, gdzie zabudowane są również pompa obiegowa i przepływowy podgrzewacz elektryczny. Podstawowy układ z czynnikiem jest fabrycznie napełniony i uznawany jako hermetyczny. Powietrzne pompy ciepła typu MONOBLOK mogą być instalowane przez montera wod-kan bez uprawnień F-Gazy. Urządzenia te nie podlegają również rejestracji Dozorze Technicznym ani tez nie podlegają okresowej kontroli szczelności.
Typ SPLIT – pompa jest zbudowana z dwóch jednostek: zewnętrznej z parownikiem i wentylatorami oraz wewnętrznej ze skraplaczem, pompą obiegową i ogrzewaczem elektrycznym przepływowym. Jednostkę wewnętrzną i zewnętrzną łączą przewody napełnione czynnikiem chłodniczym. Monter takich instalacji musi posiadać uprawnienia F-Gazy. Urządzenia takie najczęściej podlegają rejestracji w Centralnym Rejestrze Operatorów (CRO) oraz okresowej kontroli szczelności. Kryterium dodatkowych restrykcji podane jest w punkcie „Restrykcje prawne”
Rodzaje powietrznych pomp ciepła
Praktyczne znaczenie ma poniższy podział:
Pompy niskotemperaturowe EVI – możliwa praca w temperaturach otoczenia -25 a nawet -30oC. Sprężarki do tych pomp stosują dodatkowy zawór rozprężny, który część czynnika chłodniczego kieruje do dodatkowego elementu obiegu – wymiennika ciepła. Następuje w nim odparowanie czynnika, który zostaje następnie wprowadzony do sprężarki. Ten proces nosi nazwę EVI – Enhanced Vapor Injection (tłum. zoptymalizowany wtrysk par).
Pompy inverterowe DC – stosowany przemiennik częstotliwości (falownik) do zasilania sprężarki oraz wentylatorów. Pompa obiegowa ze sterowaniem PWM oraz elektroniczny zawór rozprężny z silnikiem krokowym. W efekcie urządzenie dostosowuje moc grzewczą do aktualnego zapotrzebowania (modulacja mocy), rozruchy są łagodne, ilość cykli włącz/wyłącz spada co ma przełożenie na zwiększenie trwałości i niezawodności sprężarki. Cykle odszraniania są przeprowadzane szybko i sprawnie.
Pompy do podgrzewania wody użytkowej (c.w.o.) – specjalizowane pompy do współpracy z wężownicami zbiorników ciepłej wody
Pompy do ogrzewania wody basenowej – to powszechnie stosowane sposoby podgrzewania wody w basenach przydomowych jak i komercyjnych