Najczęstsze błędy projektowe dotyczące pomp ciepła
Pompa ciepła to coraz częściej wybierany system grzewczy, szczególnie w przypadku nowo budowanych domów jednorodzinnych. Gdy można je połączyć z fotowoltaiką, dają w pełni samowystarczalny system, dzięki któremu można pokryć wszystkie potrzeby mieszkańców, przechodząc przez ciepłą wodę użytkową, energię elektryczną i ogrzewanie, aż do chłodzenia. Jakie są najczęstsze błędy przy projektowaniu?
Jak to w życiu bywa, nawet idealny w zamyśle system może sprawić kłopoty. Dlaczego? Otóż odpowiedzi jest kilka. Błędy, które powodują problemy w działaniu instalacji mogą zostać popełnione na każdym etapie, zarówno podczas projektowania, montażu czy eksploatacji. Jakie są najczęstsze błędy przy projektowaniu? Dla redakcji komentuje Dawid Pantera, Menadżer Marketingu Produktu Viessmann Sp. z o.o.
Błędy projektowe
Pierwszym etapem, na którym mogą pojawić siębłędy rzutujące na całą pracę pompy ciepła,jest projektowanie. To tutaj mogą wyniknąć takie kłopoty, jak zły dobór urządzenia, czy zły dobór dolnego lub górnego źródła. Przyjrzyjmy im się z bliska. Podstawą dobrego doboru pompy ciepła jest obliczenie zapotrzebowania na ciepło dla budynku. Popełnienie błędu na tym etapie będzie skutkowało niedowymiarowaniem lub przewymiarowaniem urządzenia, co z kolei wpłynie na pojawianie się błędów w dalszych etapach – szczególnie problemów przy eksploatacji.
Zły dobór urządzenia
Niedowymiarowana pompa ciepła spowoduje, że w budynku w okresach, kiedy praca pompy ciepła byłaby najbardziej pożądana – będzie zwyczajnie zimno. Wystąpi niedogrzanie pomieszczeń, a użytkownik pompy ciepła będzie zmuszony do korzystania z innego źródła ciepła. To zwiększy koszty eksploatacji i ogólną cenę kosztów ogrzewania, a przecież nie po to użytkownik zainwestował w wysoce efektywne źródło ciepła, żeby jeszcze do niego dopłacać.
W kontraście do niedowymiarowania musi oczywiście stanąć przewymiarowanie. Podstawowym problemem płynącym z przewymiarowania pompy ciepła jest jej koszt. Inwestor bez potrzeby zapłaci więcej za – i tak drogie urządzenie, a nie wykorzysta w pełni jego mocy. O ile mniejszym problemem jest przewymiarowanie w zimie, bo pompa ciepła dobrze ogrzeje dom, po prostu nie wykorzysta do tego swojej pełnej mocy, o tyle większy problem pojawia się, gdy temperatura powietrza zewnętrznego wzrośnie. Wtedy może zostać przekroczony zakres regulacji mocy sprężarki, co może spowodować problemy w jej pracy.
KOMENTARZ EKSPERTA
Niedoszacowanie mocy grzewczej pompy ciepła prowadzi do zwiększenia pracy drugiego, szczytowego źródła ciepła np. grzałki elektrycznej, która jest częstym wyposażeniem pomp ciepła w nowych instalacjach, a w przypadku pomp typu powietrze/ woda – wręcz koniecznym. Przewymiarowanie pompy ciepła jest o tyle niekorzystne, że powoduje wzrost zarówno kosztów inwestycyjnych jak i eksploatacyjnych. wzrasta wartość minimalnego przepływu do utrzymania na instalacji, co może zmusić wykonawcę do montaż zbiornika buforowego i dodatkowej pompy obiegowej.
Złe zaprojektowanie zabezpieczeń
Wielu użytkowników pomp ciepła miało problem ze swoją instalacją po przebytej burzy. Jak wiadomo, z pogodą trudno walczyć, ale odpowiednie zaprojektowanie zabezpieczeń może pomóc uniknąć kłopotów. Wśród często wymienianych problemów pojawiły się konieczność wymiany czujnika zaniku fazy czy awaria sterowników i transformatorów.
KOMENTARZ EKSPERTA
Po stronie elektrycznej konieczne jest zachowanie zabezpieczeń nadprądowych o wymaganej przez producenta wartości oraz zabezpieczenia różnicowoprądowego. Ochronnik przeciwprzepięciowy powinien być zainstalowany dla całego budynku i chronić instalację przed nadmiernym wzrostem napięcia z sieci. Warto przy tej okazji wspomnieć o konieczności montażu kontrolera faz, którego zadaniem jest m.in. kontrola napięcia na fazach i ich kolejność. Niektóre pompy są w te elementy wyposażone fabrycznie, a niektóre niestety nie, co jest szczególnie widoczne w modelach powietrze/woda typu split. Teoretycznie nie ma potrzeby ich montażu, stanowią one dodatkowe, lecz bardzo ważne zabezpieczenie.
Złe zaprojektowanie górnego źródła
Górne źródło ciepła stanowi instalacja grzewcza, jest więc tożsame z potrzebami cieplnymi odbiorców. Błędy w jego zaprojektowaniu bezpośrednio wpływają na ich odczucia podczas eksploatacji.
Przykładowo, zły dobór zasobnika c.w.u., polegający przeważnie na zastosowaniu zasobnika o zbyt małej powierzchni odbioru ciepła, będzie skutkował zbyt niską temperaturą ciepłej wody użytkowej. W przypadku ogrzewania, w systemach pomp ciepła zaleca się stosowanie ogrzewania płaszczyznowego oraz rezygnację z tradycyjnych grzejników. Wynika to z faktu, że system wykorzystujący pompę ciepła jest systemem niskotemperaturowym. Co za tym idzie, podłączanie pompy ciepła do instalacji grzewczej pracującej na wysokich parametrach jest błędem powodującym spadek COP. To z kolei przekłada się na wzrost kosztów eksploatacyjnych systemu, a więc zwiększenie czasu zwrotu urządzeń lub też niedogrzanie pomieszczeń spowodowane zbyt małą powierzchnią wymiany ciepła grzejników.
Jeśli mowa o instalacji grzewczej, błędem może być samo jej zaprojektowanie. Nieprawidłowe średnice rur zasilania i powrotu na wszystkich odcinkach instalacji rozprowadzania ciepła, mogą być przyczyną m.in. spadku nominalnego przepływu po stronie skraplacza. To z kolei może powodować niedogrzanie budynku. Zbyt mały przepływ nie przeniesie odpowiedniej ilości energii. Może również dojść do wzrostu prądu pracy, a więc obciążenia elektrycznego. Zwiększenie zużycia sprężarki spowoduje wyższy pobór prądu i tym samym zwiększenie kosztów eksploatacji urządzenia.
Złe zaprojektowanie dolnego źródła
Podobnie jak w przypadku doboru urządzenia, dolne źródło w gruntowych pompach ciepła może być przewymiarowane lub niedowymiarowane. Ciepło z gruntu pobierane jest za pomocą pionowych lub poziomych wymienników gruntowych wypełnionych wodnym roztworem glikolu. Zbyt duży wymiennik gruntowy wpłynie na zwiększenie kosztów inwestycji i dłuższy czas zwrotu, nie wpłynie jednak znacząco na problemy z eksploatacją.
Poważny problem pojawia się w przypadku doboru zbyt małego wymiennika gruntowego. To błąd wynikający z nieodpowiedniego oszacowania wydajności cieplnej gruntu, braku znajomości budowy geologicznej jego kolejnych warstw czy niedoszacowania wilgotności.
Zbyt mały wymiennik gruntowy nie jest w stanie odebrać od gruntu wystarczającej do ogrzania pomieszczeń ilości ciepła. Co więcej, zbyt mały wymiennik gruntowy może wpłynąć na uszkodzenie sprężarki, a więc serca pompy ciepła. Powracający do sprężarki czynnik musi być zawsze w postaci gazowej. Zbyt małe dolne źródło ciepła lub jego źle oszacowana przez projektanta moc mogą spowodować, że czynnik krążący w obiegu sprężarki nie odparuje w całości. Przy braku odparowania czynnik wróci w postaci ciekłej. W skrajnej sytuacji, może nawet dojść do „zalania” sprężarki ciekłym czynnikiem i jej uszkodzenia.
Zdaniem eksperta, taka sytuacja nie musi być traktowana jako błąd, a współczesne układy chronią się samodzielnie zaworem rozprężnym.
Zdecydowanie częstszym skutkiem niedowymiarowania dolnego źródła będzie to, że pompa ciepła nie będzie mogła pobrać wystarczającej ilości energii. To oczywiście zjawiska sporadyczne, znacznie częściej źle dobrane dolne źródło ciepła w pierwszej fazie obniży sprawność pompy ciepła, pompa nie będzie po prostu mogła pobrać z dolnego źródła wystarczającej ilości energii. Niższa temperatura gruntu spowoduje dłuższy czas pracy pompy, co z kolei wpłynie na większy pobór prądu i tym samym wyższe rachunki.
Innym problemem – w przypadku niedowymiarowania dolnego źródła ciepła w postaci wymiennika gruntowego – jest stopniowa utrata jego zdolności do odtwarzania ciepła. Wysoko obciążony wymiennik gruntowy ulega wtedy stopniowemu wychłodzeniu, aż do całkowitego zamrożenia. Podobna sytuacja może unieruchomić pompę na wiele dni. Problem dolnego źródła w przypadku powietrznych pomp ciepła jest nieco inny i w większym stopniu dotyczy montażu niż projektowania. Chodzi o umiejscowienie jednostki zewnętrznej pompy ciepła typu split. Jednostka zewnętrzna powinna mieć zapewnioną wystarczającą przestrzeń wokół siebie, aby pobierać i odprowadzać powietrze, które stanowi dla niej dolne źródło. Montowanie jednostki zewnętrznej na fasadzie budynku jest błędem, bo ogranicza jej przestrzeń, może powodować przenoszenie drgań na bryłę budynku raz może skutkować zawilgoceniem ściany.
