JAK ZMNIEJSZYĆ ZUŻYCIE PRĄDU W POMPACH CIEPŁA ?

To pytanie trapi wielu użytkowników pomp ciepła. Nawet jeśli zużycie energii jest do
zaakceptowania , zawsze można postawić pytanie o to ,czy coś jeszcze można zrobić aby
płacić mniej?
Spotkaliśmy się z opinią ,że najmniej kosztuje urządzenie , które jest wyłączone. Z
pewnością jest to najlepsza opcja jeśli chodzi o zużycie energii elektrycznej. My jednak
poszukujemy wersji najtańszego komfortu cieplnego .
Jeśli chodzi o instalacje grzewcze z pompami ciepła jest taka zasada ,że im różnica
temperatur jest mniejsza pomiędzy dolnym ,a górnym źródłem ciepła tym mniej energii
potrzeba do napędu sprężarki.
Co to jest dolne i górne źródło ciepła? Dolne źródło to takie z którego ciepło pobieramy, a
górne to takie do którego ciepło oddajemy. W przypadku pompy powietrznej dolnym
źródłem będzie powietrze zewnętrzne, a górnym woda grzewcza w naszej instalacji.
Dokładnie chodzi o różnicę pomiędzy temperaturą powietrza zewnętrznego a temperatura
zasilania. Dlatego instalacje płaszczyznowe np. podłogówka będą bardziej ekonomiczne od
ogrzewania grzejnikowego. Chociaż temperatura powietrza w obu przypadkach będzie
jednakowa to już temperatura zasilania nie. Obliczeniowa temperatura zasilania dla
podłogówki 35 stopni C a dla grzejników 55 stopni C. Różnica jest bardzo duża wynosząca 20
stopni C.
Ile więcej energii potrzebujemy w przypadku ogrzewania grzejnikowego w porównaniu do
podłogówki?
Wyniki przeprowadzanych wieloletnich badań prowadza do wniosku iż podniesienie
temperatury zasilania instalacji o 1 stopień (temperatura skraplacza)powoduje zwiększenie
zużycia energii do napędu sprężarki w granicach 1,5-2%. Dla różnicy 20 stopni to jest rząd
wielkości 30-40%, przy czym zużycie sprężarki również zwiększa się poprzez zwiększenie
sprężu. Skraplacz jest tym wymiennikiem , który realizuje przekazanie ciepła do górnego
źródła przy pomocy wcześniej sprężonych par czynnika chłodniczego.
Czyli odpowiedź na wcześniej postawione pytanie brzmi; do 40%.
W pompie ciepła mamy jeszcze jeden wymiennik zwany parowaczem lub parownikiem.
Parownik odpowiedzialny jest za pobór ciepła z powietrza zewnętrznego. Obniżenie
temperatury parowania o 1 stopień generuje zwiększenie energii do napędu sprężarki do
4%.
Na temperaturę zasilania instalacji (temperaturę skraplania) możemy wpływać , a na
temperaturę powietrza zewnętrznego już nie. W jednym i drugim wymienniku oprócz
temperatury ważna jest sprawność, czyli zdolność jak największego przejmowania ciepła w
przeliczeniu na jednostkę powierzchni.
Sprawność parowacza w dużej mierze zależy od jego konstrukcji , materiałów z jakich jest
zbudowany a ten aspekt leży poza kompetencjami użytkownika. Sam użytkownik pomimo
uwarunkowań producenckich może mieć znaczący wpływ na wydajność parowacza.
Samo posadowienie pompy ciepła, może wpłynąć znacząco na wydajność parowacza.
Ekspozycja na wiatr np. strona zachodnia- gdzie w Polskich warunkach 60% wiatrów jest
właśnie z tego kierunku- może powodować spowolnienie wentylatora, zacinanie deszczem
lub śniegiem w szczególności w montażu dachowym. Takie warunki pogodowe w połączeniu
z niską temperaturą mogą prowadzić do oblodzenia parownika jak również łopat
wentylatora i w konsekwencji ich uszkodzenia.
Również montaż niski , poniżej 30 cm ponad gruntem lub dachem może spowodować
zablokowanie wentylatora poprzez nawiewanie śniegu.
Ekspozycja słoneczna gdzie w przypadku ciemnych obudów prowadzi do przegrzania
parowacza i zablokowania pracy w upalne dni. Produkcja ciepłej wody będzie wtedy
niemożliwa.
Montaż we wnękach w szczelnych obudowach i za blisko ściany budynku powoduje
ograniczenie przepływu powietrza przez lamele parownika.
Montaż w pobliżu pól uprawnych lub dość często uczęszczanych dróg nieutwardzonych,
powodujących zakurzenie.
Należy szczególna uwagę zwrócić na czystość parownika , ponieważ zapylenie zmniejsza
znacznie jego wydajność , tworzy środowisko do rozwoju pleśni i grzybów jak również w
okresie jesienno-zimowy generuje szybsze oszronienie.
Zanieczyszczony parownik nie należy w żadnym wypadku czyścic przy użyciu myjki
ciśnieniowej. Grozi to uszkodzeniem mechanicznym lameli parownika jak również
zniszczeniem wentylatora.
Najlepszym sposobem jest przedmuchanie lameli sprężonym powietrzem od strony ściany.
Zagniecione blaszki lamelowe parownika można wyprostować specjalnym grzebieniem.
Czyszczenie parownika raz w roku podczas przeglądu serwisowego jest niewystarczające dla
wydajnej pracy wymiennika.
Każdy parownik ulega oszronieniu w temperaturze powietrza poniżej +5 stopni. Najbardziej
ekonomicznym sposobem odszraniania parownika to odszranianie przy użyciu gorących par
czynnika chłodniczego poprzez odwrócenie obiegu na zaworze 4 drogowym nawrotnym.
Skuteczne odszronienie wymaga podania ciepła w ilości około 30% mocy pompy ciepła w
krótkim okresie czasu około 10 minut. Najlepiej byłoby aby cykli odszronień w ciągu doby
było jak najmniej powiedzmy 1 odszronienie na 1-1,5 godziny. Należałoby zaobserwować jaki
maksymalny okres przerwy pomiędzy odszronieniami nie generuje niepełnego odszronienia.
Okres pomiędzy odszronieniami nie może powodować zbyt dużego narostu szronu a w
konsekwencji spadku wydajności parownika. W żadnym wypadku nie należy dopuścić do
niepełnego odszronienia i narastania lodu w dolnej części parownika. Ilość zużytej energii do
odszraniania będzie zależna od gęstości szronu a ta z kolei może się wahać pomiędzy
200-900 kg/m3. Z pewnością lód będzie bliski najwyżej gęstości .
Gęstość szronu osadzającego się na lamelach parownika, zależy również od prędkości
strumienia powietrza przepływającego przez te lamele, a prędkość strumienia zależy od
ilości obrotów wentylatora. Najwyższe obroty wentylatora sterownik pompy generuje przy
największym obciążeniu. Przy dobrze dobranej pompie ciepła czas pracy w warunkach
maksymalnego obciążenia jest stosunkowo niewielki odpowiadający ilościom godzin
grzewczych poniżej -7 stopni Celsjusza powietrza zewnętrznego. Inaczej sprawa wygląda w
przypadku pompy ciepła źle dobranej, o zaniżonej mocy. Czas ten może wynosić powyżej
60% i więcej. W konsekwencji może to doprowadzić do pracy pompy tylko na potrzeby
odszraniania.
W procesie odszraniania bardzo ważny jest moment inicjacji tego procesu. Nie wszyscy
producenci pomp udostępniają parametry serwisowe do korekcji odszraniania.
W pompach Ricom Easylife i Ricom Pro istnieje możliwość korekcji procesu odszraniania.
I najważniejsza chyba zasada to zład wody , który pozwoli na szybki defrost przy nieznacznym
spadku temperatury wody grzewczej w granicach kilku stopni.
Widzimy więc ,że nie posiadając wpływu na warunki atmosferyczne (temperatura,
wilgotność, opady, wiatr) poprzez odpowiedni montaż jednostki zewnętrznej mamy
bezpośredni wpływ na oddziaływanie tych czynników na parownik, element najważniejszy w
pozyskaniu ciepła dla naszej instalacji.
Wróćmy jeszcze do skraplacza , wymiennika który oddaje ciepło do instalacji. Wiemy już ,że
obniżenie temperatury wody zasilającej o 1 stopień generuje nam zmniejszenie zużycia
energii elektrycznej do napędu sprężarki o 1,5-2%. Wiemy ,że ogrzewanie podłogowe
niskotemperaturowe oszczędza do 40 % tej energii. A co jeśli nie mamy możliwości montażu
ogrzewania podłogowego? Możemy zamontować klimakonwektory ale w praktyce są one
rzadko używane ze względu na wysoką cenę.
Czy jesteśmy skazani na przepłacanie w przypadku instalacji grzejnikowej np. pozostawionej
po wymianie kotła na pompę ciepła?
Nie koniecznie. Może być drożej w porównaniu z ogrzewaniem podłogowym ale nie aż 40%
a np.10-15 %.
Pierwsze co możemy zrobić to dobrać grzejniki do temperatury obliczeniowej 50/40 stopni
Celsjusza. Opinia ,że grzejniki im większe tym lepsze nie jest prawdziwa. Grzejniki powyżej 2
metrów długości pracują lepiej kiedy są podłączone diagonalnie ( po przekątnej), a nie
zawsze istnieje taka możliwość podłączenia. Poza tym lepiej jest zastosować dwa grzejniki
mniejsze gdzie tabelaryczna suma ich mocy równa się mocy jednego większego. Temperatura
pomieszczenia jest bardziej wyrównana, sprawność dwóch jest lepsza jak jednego większego
oraz regulacja przepływu na zaworach termostatycznych jest łatwiejsza. Poza tym przy
zastosowaniu dwóch grzejników jeden może być pozostawiony bez głowicy termostatycznej
jako obejście pompy obiegowej. Taki grzejnik (1/2 mocy pomieszczenia )nigdy go nie
przegrzeje.
Następna rzecz niemniej istotna ,a często pomijana, to ustawienie odpowiedniego przepływu
przez każdy grzejnik. Najprościej zrobić to przy pomocy zaworów termostatycznych z
odpowiednią kryzą i podziałką ( zawory z regulacją wstępna). Jeśli chcielibyśmy być bardzo
precyzyjni użyjmy zaworów dynamicznych, które nie są wrażliwe na zmiany ciśnienia w
instalacji w skutek np. zamykania się zaworów termostatycznych w innych grzejnikach.
Następnie izolacja rur w pomieszczeniu maszynowni jak również tych które przechodzą przez
pomieszczenia nieogrzewane i na zewnątrz przy czym rodzaj izolacji i grubość ścianki
odgrywają tu rolę zasadniczą. Ktoś mógłby zapytać , po co izolować rury w pomieszczeniu
maszynowni skoro tam jest ciepło?
Przeważnie jest za ciepło właśnie dlatego ,że izolacja termiczna jest niedostateczna, a
przegrzane pomieszczenie choćby maszynowni jest stratą.
Kolejna rzecz to wysprzęglenie pompy ciepła od instalacji odpowiedniej konstrukcji i
pojemności buforem. Pozwala ono na prace pompy ciepła bez zakłóceń, najbardziej
optymalną bez zakłóceń .
I kolejna to dopasowanie pompy obiegowej instalacyjnej (za buforem) pod względem strat
ciśnienia i przepływu oraz ustawienie odpowiedniego trybu pracy (pompa elektroniczna).
Dodajmy jeszcze regulację pogodową pompy ciepła z prawidłowo dobrana krzywa grzewcza
do obiektu. Ten proces może być żmudny ale konieczny w celu uzyskania ekonomicznej
pracy. Warto poświęcić tyle czasu ile potrzeba aby dopasować krzywa grzewczą
perfekcyjnie. W przypadku zastosowania termostatu pokojowego różnica temperatury
pomiędzy temperatura komfortowa, a obniżoną nie powinna przekraczać 1-1,5 stopnia
natomiast histereza w granicach 0,5-07 stopnia. Wpływ termostatu pokojowego na
temperaturę zasilania nie powinien być większy jak 1 stopień , najlepiej w ogóle nie załączać
tej opcji lub ustawić na 0.
To chyba najważniejsze elementy , które kształtują temperaturę zasilania instalacji
grzejnikowej w taki sposób abyśmy uzyskali komfort cieplny w każdych warunkach przy jak
najniższej jej wartości.
Na koniec nie możemy pominąć ważnej kwestii, mianowicie, przygotowania ciepłej wody. W
żadnym wypadku nie należy bagatelizować tej funkcji pompy ciepła i kosztów z nią
związanych. W przypadku kotłów stałopalnych zasobnik 200l dla rodziny 4 osobowej mógłby
być nawet za duży . Wysoka temperatura zasilania nawet 85 stopni w porównaniu do
napływającej zimnej wody z sieci od 4-10(zima -lato) powodowała uzupełnienie CWU w
10-15 minut. Woda zmagazynowana i oczekująca na użycie mogła mieć nawet 70 stopni i
więcej. Przy zmieszaniu wody zimnej 200l i 10 stopni z woda 200 l i 70 stopni otrzymalibyśmy
400l wody gotowej do kąpieli 40 stopni. Przy szybkim uzupełnieniu otrzymujemy niemal
ciągły strumień CWU.
W przypadku pomp ciepła gdybyśmy chcieli zasilać wężownicę zasobnika CWU taka samą
temperaturą jak grzejniki 50 stopni moglibyśmy uzyskać taka sama temperaturę CWU lecz
trwałoby to bardzo długo nawet przy zwiększonej powierzchni wężownicy. Jeśli przyjmiemy
najniższa temperaturę komfortu CWU na poziomie 38-40 stopni i histerezę 7 stopni to
będziemy potrzebować około 55 stopni temperatury wody grzewczej w wężownicy
zasobnika i około 1h .
Taki zapas i taki czas przygotowania ciepłej wody dla 4 osobowej rodziny mógłby być za mały
szczególnie przy korzystaniu z wanny . Podniesienie temperatury zasilania powodowałoby
zwiększenie zużycia energii elektrycznej szczególnie przy załączaniu się grzałek elektrycznych.
Ekonomiczne byłoby zwiększenie pojemności wodnej zasobnika o 50 lub 100%.
Jeśli chodzi o koszty energii związane z przygotowaniem ciepłej wody należy przyjrzeć się
bacznie cyrkulacji CWU oraz dezynfekcji termicznej.
Jeśli chodzi o cyrkulację należy do niezbędnego minimum ją ograniczyć lub zmienić zasady
inicjacji cyrkulacji(cyrkulacja wyzwalana chwilę przed kąpielą) Strata ciepła z powodu
cyrkulacji może spowodować nie tylko zwiększenie zużycia prądu ale także znaczne
zwiększenie ilości startów sprężarki i przyśpieszone jej zużycie. Podobnie będzie działać
mała wartość histerezy dla CWU.
Dezynfekcja termiczna ustawiona domyślnie często raz w tygodniu jest okresem za częstym.
W instalacjach używanych co dziennie zainfekowanie bakteriami legionelli jest raczej
znikome. Najniebezpieczniejsza jest instalacja z odcinkami stagnującej ciepłej wody. Czas
dezynfekcji termicznej powinien być skorelowany z uruchomieniem pompy cyrkulacyjnej
CWU celem dezynfekcji termicznej rur.
Podsumowując wszystkie działania jakie zostały tu wymienione mają za zadanie ograniczenie
strat jak również intensyfikację przekazania ciepła w celu uzyskania komfortu cieplnego przy
jak najniżej temperaturze zasilania. Te działania oczywiście będą miały sens tylko wtedy
kiedy instalacja zostanie prawidłowo zwymiarowana, obliczona i wykonana.