Pompy ciepła. Co zrobić żeby zarobić?
|
ABC ogrzewania i klimatyzacji
Instalacja bez tajemnic Co to jest pompa ciepła powietrze-powietrze? Czy kierować się przy wyborze tego typu urządzeń? Co to jest inwerterowa regulacja wydajności chłodniczej? Jak wykonać instalację chłodniczą? Pompy ciepła typu woda-woda obecne są na polskim rynku juz dłuższy czas i znajdując coraz szersze zastosowanie w ogrzewnictwie. Jak do tej pory większego zastosowania nie znalazły pompy ciepła typu powietrze-powietrze. Chociaż coraz częściej pojawiają się urządzenia tego typu mogące pełnić rolę podstawowego źródła ciepła budynku. W niniejszym artykule pragnę przedstawić kilka wskazówek dla instalatorów, może i projektantów, które zagwarantują właściwy dobór i instalację urządzeń. Wskazówki nie będą niczym odkrywczym dla rasowych chłodników, jednak dla osób, które z chłodnictwem nie miały zbyt wiele do czynienia, mogą stanowić cenne wiadomości. O ile pompa ciepła czerpiąca energię cieplną z gruntu czy wody stanowi kompaktowy, pełny układ chłodniczy, o tyle pompa ciepła czerpiąca energię cieplną z powietrza zewnętrznego jest zwykle układem chłodniczym rozdzielonym, w którym agregat sprężarkowy wraz z wymiennikiem ciepła zainstalowany jest na zewnątrz budynku, a jednostka wewnętrzna (bądź więcej jednostek wewnętrznych) zainstalowana jest w poszczególnych ogrzewanych pomieszczeniach. By zapewnić poprawne działanie, instalacja chłodnicza musi spełniać dużo więcej warunków niż instalacja wodna. O tym poniżej. Pompy ciepła czerpiące energię cieplną z powietrza zewnętrznego podzielić można na następujące grupy: * ogrzewające powietrze, * ogrzewające wodę, * odzyskujące energię cieplną z powietrza wentylacyjnego. W niniejszym opracowaniu zajmę się pompami ciepła służącymi do ogrzewania pomieszczeń lub uzyskania cieplej wody użytkowej. Poniżej przedstawię kilka najistotniejszych informacji o tym jak urządzenie dobrać i jak je zainstalować, by inwestor-użytkownik nie powiedział po pewnym czasie podczas eksploatacji, że mógł zainstalować kocioł węglowy i byłoby lepiej. Pompa ciepła powietrze-powietrze ma stanowić jedyne źródło ciepła. Musi być wiec niezawodne i energooszczędne. Obecnie na rynku królują urządzenia bazujące na dwóch typach czynników chłodniczych: R407C oraz R410A. R407C jest czynnikiem będącym mieszaniną czterech freonów, których temperatura odparowania różni się pomiędzy sobą. Lepszy pod tym względem jest R410A - mieszanina dwóch freonów, których temperatura odparowania w warunkach atmosferycznych jest zbliżona. R410A posiada lepsze właściwości termodynamiczne. Pomimo że urządzenia na ten czynnik są droższe od urządzeń na R407C, w przypadku pompy ciepła należy wybrać urządzenie na R410A. By pompa ciepła uzyskiwała większą sprawność, jej sprężarka powinna posiadać inwerterową regulację wydajności chłodniczej. Dlaczego jest to aż tak ważne? Średnio urządzenie grzewcze wykorzystuje około 30 - 40% swojej mocy grzewczej (w przypadku pompy ciepła wydajności skraplania). Zwykle urządzenie pracuje na zasadzie włącz-wyłącz, czyli średnio sprężarka pracuje przez 30 - 40% ogólnego czasu włączenia urządzenia, cyklicznie włączając się i wyłączając. Sprężarka z inwerterową regulacją wydajności chłodniczej dostosowuje swoją wydajność do zapotrzebowania. W dużym uproszczeniu możemy przyjąć, że pracuje z 33% obciążeniem w związku z czym, w jej instalacji płynie freon z prędkością o 66% niższą od nominalnej. Ponieważ opory hydrauliczne są proporcjonalne do prędkości przepływu do kwadratu, w urządzeniu ze sprężarką inwerterową będą one niższe od urządzenia tradycyjnego o około 90%. Mając na uwadze trzykrotnie dłuższy czas pracy sprężarki inwerterowej, oszczędności tylko z tytułu oporów hydraulicznych sięgają 33% ogólnych kosztów eksploatacyjnych. Do tego dochodzi niższy prąd rozruchu, co ma duże znaczenie zwłaszcza przy nieco większych urządzeniach oraz korzyści eksploatacyjne. I rzecz najważniejsza. Pompa ciepła powinna uzyskiwać efektywność pracy większą niż 2,5 przy temperaturach powietrza zewnętrznego do -20°C. Oznacza to, że przy temperaturze powietrza zewnętrznego -20°C, z jednego kW energii elektrycznej pobranej z sieci energetycznej, uzyska 2,5 kW energii cieplnej. Instalacje freonowe muszą być wykonane z rur chłodniczych. Ma to znaczenie z kilku powodów: są one ciągnione na oleju syntetycznym i dodatkowo oczyszczane (obecne czynniki chłodnicze współpracują z olejami syntetycznymi; czynniki chłodnicze po zmieszaniu z olejem mineralnym lub niektórymi zanieczyszczeniami mogą prowadzić do utraty właściwości smarnych, a co za tym idzie zniszczenia sprężarki, której koszt waha się od jednego do nawet dziesięciu tysięcy złotych). Rury chłodnicze posiadają atest wytrzymałości do 41,5 bara. Ciśnienie pracy w pompie ciepła rzędu 35 barów nie jest niczym nadzwyczajnym. Jeśli nawet zwykła ciepłownicza rura miedziana wytrzyma takie ciśnienie, to może nastąpić jej mikroperforacja i powolna migracja czynnika chłodniczego z instalacji. Ważnym aspektem jest izolacja rurociągów. W klimatyzacji przyjmuje się zwykle izolację rur otulinami antyroszeniowymi (parochronnymi) i termochronnymi o grubości ścianki 9 mm. Jednak podczas chłodzenia różnica temperatur pomiędzy rurą a powietrzem zewnętrznym nie przekracza raczej 30°C. Podczas grzania może przekroczyć 90°C. W związku z powyższym, grubość ścianki izolacji instalacji chłodniczej prowadzonej na zewnątrz budynku nie powinna być niższa niż 20 mm (jest też zależna od średnicy rury). Gotową instalację należy poddać próbie wytrzymałości. Do tego celu należy zastosować azot techniczny. Wartość ciśnienia próby powinna przekracza 40 barów. Próba taka ma za zadanie wykrycie potencjalnych nieszczelności instalacji. Dodatkowo osusza instalację. Wielu instalatorów kwestionuje konieczność wykonania takiej próby. Osobiście nie spotkałem instalatora, który wykonał szczelnie wszystkie swoje instalacje. Jeśli więc pozostawimy nieszczelną instalację, w krótkim czasie, podczas pracy urządzenia w trybie grzania, ucieknie z niej freon (ciśnienie spoczynkowe w instalacji na freon R410A to 8 - 15 barów, ciśnienie pracy podczas chłodzenia to około 8 barów, podczas grzania 30 barów). Niewielki wyciek R410A można uzupełnić, przy R407C należy usunąć cały czynnik z instalacji i napełnić ją na nowo. Koszt 1 kg czynnika R407C to około 40 zł + VAT, R410A to 55 zł + VAT. W instalacji przeciętnie znajduje się od kilku do dwudziestu kg freonu. Rachunek ekonomiczny można przeprowadzić samemu, a doliczyć należy wówczas i próbę ciśnienia i ponowne osuszenie z wykonaniem próżni. To i tak nie koniec nieszczęść, bo jeśli użytkownik przełączy tryb pracy na chłodzenie, przy nieszczelnej instalacji sprężarka może zassać powietrze atmosferyczne z pewną zawartością wilgoci. O ile czyste powietrze w instalacji ma wyłącznie wpływ na zwiększenie kosztów eksploatacji, o tyle wilgoć zniszczy olej smarujący sprężarkę (który jest wysoce higroskopijny), a po krótkim czasie i samą sprężarkę. Czas próby zgodnie z polskimi wytycznymi to 24 godziny. Spotkałem się już z instalatorami, którzy po 15 minutach od wpuszczenia azotu stwierdzali szczelność instalacji. Drodzy Państwo, po wpuszczeniu 30 barów w instalację, jej temperatura wzrośnie o kilkanaście stopni. Dopiero po pół godzinie temperatura się unormuje i będzie można odczytać wskazanie początkowe i rozpocząć próbę. Zdarzała mi się odchyłka 0,3 bara dopiero po 15 godzinach próby. Prawdziwego chłodnika nie muszę przekonywać o słuszności odpompowania gazów z instalacji (wykonania próżni). Niedokładnie wykonana w najlepszym przypadku spowoduje wyższe koszty eksploatacji urządzenia, w najgorszym - jak zwykle: zniszczenie oleju i zatarcie sprężarki. Bardzo ważne, by w rurach podczas wykonywania próżni nie znajdowała się woda w postaci cieczy, bowiem wykonując próżnię doprowadzimy do jej zamrożenia (nawet jeśli próbie będą towarzyszyły upały), a skutek tego jak wyżej: zniszczenie sprężarki. Warto więc po wykonaniu próżni pozostawić ją na godzinę i skontrolować czy ciśnienie nie wzrasta. Kolejny ważny aspekt to właściwe napełnienie instalacji - dopełnienie instalacji. Tu, na szczęście dla instalatora, konsekwencje ekonomiczne dotkną wyłącznie użytkownika. Teraz kilka uwag, by inwestor nie zatrudnił nas do kucia lodu. Podczas pracy w trybie pompy ciepła na wymienniku (parowniku) jednostki zewnętrznej wykrapla lub krystalizuje się para wodna. Jej ilość zależy od wielkości urządzenia. Instalując agregat musimy więc pamiętać, by nie był on zawieszony nad ciągiem komunikacyjnym (pasem ruchu). Skapująca z agregatu woda to małe nieszczęście. Gorzej, gdy zacznie ona zamarzać (np. na chodniku), lub gdy zaczną spadać z niego sople. By usunąć lód spod agregatu musi on być ustawiony na postumencie o wysokości przynajmniej 40 cm, a dla zapewnienia odpływu wody powstającej podczas procesu odszraniania parownika, warto zainstalować grzałki (taśmy grzejne) na całej długości odpływu wody oraz grzałkę opasującą spód parownika. Osobiście tego nie uczyniłem i przy mrozach poniżej -20°C w styczniu i lutym tego roku, co tydzień skuwałem i wywoziłem sześć taczek lodu spod mojego agregatu. I jeszcze o akustyce. Urządzenia emitują hałas, to nie nowość. Jednak by porównać produkty między sobą warto odnieść się do poziomu mocy akustycznej, gdyż ten podaje się bardzo precyzyjnie. Poziom ciśnienia dźwięku różni producenci podają w różnych odległościach od urządzenia, a próby prowadzone są z różnych kierunków. Te pomiary nigdy nie są miarodajne. Należy przy tym pamiętać, że wielkości określające emisję hałasu podawane są w skali logarytmicznej, więc 3 dB(A) różnicy to około dwukrotna różnica w emitowanym hałasie. Inna sprawa to składanie hałasów. Każde z pomieszczeń ma swoje tło akustyczne. Pomieszczenie biurowe przed wejściem ludzi to zwykle 38 dB(A), mierząc poziom ciśnienia akustycznego, ale sypialnia w nocy to często 30 dB(A). Zainstalowanie w biurze urządzenia o poziomie ciśnienia hałasu 34 dB(A), zwiększy całkowity poziom ciśnienia akustycznego o 0,5 dB(A) i nikt tego nie zauważy. To samo urządzenie w sypialni podniesie poziom ciśnienia dźwięku o 4 dB(A) i zaczną się kłopoty. Natomiast żaden producent nie podaje poziomu mocy akustycznej, wytwarzanej przez urządzenie podczas odszraniania. Choć proces jest krótki, to jednak bardziej głośny od zwykłej pracy, więc w sypialni konieczne będzie wyciszenie urządzenia. Czy w związku z powyższym można poprawnie wykonać taką instalację. Oczywiście że tak, trzeba się jednak trzymać żelaznych zasad. Efekt murowany. Piotr Celmer |
Żadna część jak i całość utworów zawartych w portalu www.wtb.pl nie może być powielana i rozpowszechniania lub dalej rozpowszechniana w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób (w tym także elektroniczny lub mechaniczny lub inny albo na wszelkich polach eksploatacji) włącznie z kopiowaniem, szeroko pojętą digitalizacją, fotokopiowaniem lub kopiowaniem, w tym także zamieszczaniem w Internecie - bez pisemnej zgody Wydawnictwa Technika Budowlana Sp. z o.o. Jakiekolwiek użycie lub wykorzystanie utworów w całości lub w części bez zgody Wydawnictwa Technika Budowlana Sp. z o.o. jest zabronione pod groźbą kary i może być ścigane prawnie.
