Dobór odpowiedniej mocy pompy ciepła jest kluczowy dla efektywnego i wydajnego funkcjonowania systemu ogrzewania i chłodzenia w danym budynku. Wybór zbyt małej mocy może prowadzić do niedostatecznego ogrzewania, natomiast zbyt dużej mocy może prowadzić do nadmiernego zużycia energii. Oto kilka kroków, które pomogą Ci dobrać odpowiednią moc pompy ciepła:
-
Określenie Potrzeb Cieplnych:
- Zidentyfikuj całkowite zapotrzebowanie cieplne budynku. Obejmuje to straty cieplne związane z izolacją budynku, wielkość pomieszczeń, ilość okien i drzwi, a także wszelkie inne źródła ciepła (np. sprzęty elektroniczne).
-
Analiza Klimatu Lokalnego:
- Znajomość klimatu lokalnego jest kluczowa. W miejscach o niższych temperaturach zimą, konieczna może być większa moc pompy ciepła. Pamiętaj, aby uwzględnić temperatury ekstremalne, które mogą występować sporadycznie.
-
Sprawność Sezonowa (COP):
- Przyjrzyj się sprawności sezonowej pompy ciepła (Coefficient of Performance, COP). Wartość COP informuje o ilości ciepła dostarczanego do budynku w porównaniu do ilości zużytej energii elektrycznej. Im wyższy COP, tym bardziej efektywna jest pompa ciepła.
-
Wielkość Powierzchni Grzewczej:
- Ustal, ile metrów kwadratowych budynku ma być ogrzewanych. To jedno z podstawowych kryteriów przy doborze mocy.
-
Izolacja Budynku:
- Sprawdź, jak dobrze budynek jest izolowany. Lepsza izolacja oznacza mniejsze straty ciepła i potencjalnie mniejszą moc potrzebną do ogrzewania.
-
System Dystrybucji Ciepła:
- Rozważ rodzaj systemu dystrybucji ciepła w budynku (np. ogrzewanie podłogowe, grzejniki). Różne systemy mają różne wymagania co do temperatury dostarczanego ciepła.
-
Konsultacja z Profesjonalistą:
- Skonsultuj się z profesjonalistą ds. HVAC (Ogrzewanie, Wentylacja, Klimatyzacja). Specjalista może przeprowadzić dokładniejszą analizę i pomóc w doborze odpowiedniej mocy pompy ciepła.
Pamiętaj, że optymalne dobranej mocy pompy ciepła pozwala na efektywne korzystanie z urządzenia, co przekłada się na niższe koszty eksploatacyjne i mniejsze obciążenie środowiska.
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