Wymiana kotła c.o. na pompę ciepła

DOM Z POMPk CIEP’A
RETROFIT
Termin RETROFIT oznacza ogólnie
zastosowanie nowoczesnej technologii w starych systemach, a w naszym
przypadku zastosowanie pomp ciepïa
w starych domach. Wymiana kotïa
olejowego na pompÚ ciepïa to obecnie
najbardziej typowa operacja modernizacyjna w starych domach europejskich.
PrzodujÈ w tym Szwecja, Szwajcaria,
Niemcy i Austria.
Retrofit Your Home
and Qualify for a Grant!
W Kanadzie 1.07.2009 r. ogïoszono rzÈdowy
program grantów eco-ENERGY Retrofit-Homes,
który za wymianÚ kotïa na pompÚ ciepïa (gruntowÈ
lub wodnÈ) przyznaje wïaĂcicielowi domu
4375 $
http://oee.nrcan.gc.ca/residential/personal/
retrofit-homes/retrofit-qualify-grant.cfm
Wymiana kotïa c.o. na pompÚ ciepïa
Udziaï procentowy instalacji pomp ciepïa w nowych domach jest juĝ
w wielu krajach europejskich bardzo wysoki (w niektórych krajach nawet 30–50%), a liczba budowanych nowych domów utrzymuje siÚ na
staïym poziomie, zatem perspektywy rozwoju rynku pomp ciepïa dla
nowych domów sÈ bardzo ograniczone. Natomiast rynek dla zastosowañ pomp ciepïa zamiast kotïów w istniejÈcych juĝ domach jest przeogromny. GïównÈ przeszkodÈ do wymiany kotïów na pompy ciepïa
jest niedostosowanie pomp ciepïa do pracy z instalacjÈ wysokotemperaturowÈ. Standardowe pompy ciepïa mogÈ pracowaÊ z instalacjami
grzewczymi o niskiej temperaturze wody (zwykle 35°C, a nie wiÚcej niĝ
55–60°C), podczas gdy stare kotïowe instalacje c.o. pracujÈ przy temperaturze 70–90°C. Innym istotnym czynnikiem jest sïaba izolacja cieplna w starych domach. Dla domów postawionych w technologii sprzed
30 lat potrzeba energii cieplnej na poziomie 200–300 kWh/m2·rok, zatem
dla przykïadowego domu o powierzchni 200 m2 trzeba by zainstalowaÊ
doĂÊ potÚĝnÈ pompÚ ciepïa o mocy 20–30 W. Byïoby to dziaïanie nieracjonalne. Najpierw trzeba dom ociepliÊ i wymieniÊ stare okna, ĝeby wystarczyïa moc pompy ciepïa rzÚdu 8–10 kW.
Rozwój zastosowañ pomp ciepïa w starych budynkach ïÈczy siÚ z coraz szerszym stosowaniem dwóch rozwiÈzañ:
opracowanie nowej generacji pomp ciepïa, przystosowanych do
wspóïpracy z instalacjÈ c.o. o wysokiej temperaturze wody, nawet do
75°C. OczywiĂcie, nie da siÚ przechytrzyÊ praw termodynamiki i pompy pracujÈce w takich warunkach osiÈgajÈ COP zaledwie 2–3;
stosowanie systemu powietrze–powietrze bez instalacji c.o. w budynku.
Pompy wysokotemperaturowe
ModernizacjÚ systemu ogrzewania w starym domu moĝna róĝnie rozumieÊ. Moĝe to byÊ totalna wymiana caïego systemu lub tylko niektórych jego elementów. System ogrzewania pompÈ ciepïa – jak wiadomo
PATRONI CYKLU
168
Wymiana kotïa olejowego lub gazowego na pompÚ ciepïa. Caïa
instalacja c.o. i c.w.u. moĝe pozostaÊ bez zmian
– skïada siÚ z trzech gïównych czÚĂci: ěródïa dolnego, ěródïa górnego
i pompy ciepïa. W modernizowanym domu najprostszym rozwiÈzaniem jest system, w którym ěródïem dolnym jest powietrze. Trudno
sobie wyobraziÊ rozwiÈzanie z kolektorem poziomym, dewastujÈce
pielÚgnowany od lat ogród. W zagospodarowanym otoczeniu domu czasami sÈ warunki do odwiertów pod sondy pionowe lub dwie studnie.
Przykïady takich rozwiÈzañ opisujemy dalej w reportaĝu. Co do ěródïa
górnego równieĝ nie ma swobody decyzji, gdyĝ najkorzystniejsze
z punktu widzenia wspóïpracy z pompÈ ciepïa byïoby niskotemperaturowe ogrzewanie podïogowe, ale instalacja rur grzewczych w podïogach zamieszkanego budynku byïaby trudna do przeĝycia dla domowników. Raczej trzeba pozostawiÊ starÈ instalacjÚ c.o. i wymieniÊ tylko
Wymiana kotïa c.o. na pompÚ ciepïa
65–75°C
50°C
1 Uproszczony schemat ukïadu kaskadowego z dwoma stopniami sprÚĝarek
kocioï na pompÚ ciepïa. Stare instalacje c.o. byïy projektowane na temperaturÚ wody 70–90°C. Uzyskanie temperatury wyĝszej niĝ 55–60°C
w standardowej pompie ciepïa nie jest moĝliwe. Wprawdzie po dociepleniu starego domu moĝna nieco obniĝyÊ temperaturÚ pracy instalacji c.o., ale nie bardziej niĝ do 65°C. PrzygotowujÈc siÚ do ekspansji na
rynku retrofit, wielu producentów pracuje nad specjalnymi rozwiÈzaniami pomp ciepïa, zdolnymi do pracy przy temperaturach 65–75°C.
TrudnoĂci i ograniczenia wynikajÈ z podstawowych praw fizyki. W jednym cyklu termodynamicznym nie moĝna osiÈgnÈÊ dowolnie duĝych
róĝnic temperatur miÚdzy skraplaniem i parowaniem. Trudno jest teĝ
znaleěÊ czynnik krÈĝÈcy w obiegu termodynamicznym, który sprostaïby tym parametrom. Najprostszym, ale niestety drogim rozwiÈzaniem,
jest budowa kaskady dwóch cykli termodynamicznych 1. W istocie, sÈ
to dwie pompy ciepïa, poïÈczone przez wymiennik ciepïa – skraplacz
kaskadowy. Cykl dolny podgrzewa czynnik chïodniczy (np. R 404A)
do temperatury ok. 50°C, a cykl górny, którego czynnik chïodniczy (np.
R 134A) „startuje” z tej doĂÊ wysokiej temperatury, jest zdolny do osiÈgniÚcia temperatury 65–70°C. Bardziej praktyczne, tañsze i skuteczne
jest inne rozwiÈzanie, nazywane systemem z cyklem EVI (Enhanced
Vapour Injection) 2. Cykl EVI, czyli wspomagajÈce wtryskiwanie pary,
polega na tym, ĝe za skraplaczem podïÈczona jest pÚtla wspomagajÈca,
w której czÚĂÊ sprÚĝonego i skroplonego czynnika pobierana jest przez
zawór elektromagnetyczny i po rozprÚĝeniu para pobiera ciepïo w dodatkowym wymienniku, po czym jest wtryskiwana do sprÚĝarki. Ten wspomagajÈcy obwód EVI pozwala podnieĂÊ temperaturÚ pracy pompy ciepïa nawet do 65–75°C (sÈ teĝ doniesienia o pompach ciepïa osiÈgajÈcych
80°C). Skok temperatury od ěródïa dolnego do górnego osiÈga w tym rozwiÈzaniu ok. 80 K, zatem 65°C w instalacji grzewczej moĝna osiÈgnÈÊ
dla pompy powietrze–woda, nawet dla temperatury powietrza –15°C.
System biwalentny
ModernizacjÚ starego systemu ogrzewania moĝna teĝ wykonaÊ wedïug
zasady „i szelki, i pasek”, tj. doïÈczyÊ do starego systemu pompÚ ciepïa,
2 Schemat dziaïania sprÚĝarkowej pompy ciepïa z cyklem EVI
nie likwidujÈc kotïa. Oba urzÈdzenia grzewcze mogÈ wspóïpracowaÊ,
akumulujÈc wytwarzanÈ energiÚ cieplnÈ w zbiorniku buforowym.
Moĝliwe sÈ róĝne strategie korzystania z takiego systemu biwalentnego. Na przykïad kocioï jest wïÈczany tylko przy bardzo niskich temperaturach, np. –10°C. Tak niskie temperatury mogÈ byÊ tylko kilka do
kilkunastu dni w roku. W pozostaïych okresach pracuje tylko pompa
ciepïa. Moĝna teĝ pompÚ ciepïa powietrze–woda wykorzystywaÊ tylko
do podgrzewania ciepïej wody uĝytkowej, a kocioï do c.o.
System powietrze–powietrze
RozwiÈzaniem najmniej ingerujÈcym w starÈ instalacjÚ c.o. jest zastosowanie pompy powietrze–powietrze. Wówczas, nie korzystajÈc ze starej
instalacji, rozprowadza siÚ do pomieszczeñ ciepïe powietrze otrzymywane z pompy ciepïa. Moĝna w tym celu zastosowaÊ klimakonwektory lub zgoïa rozwiÈzania typowe dla systemów klimatyzacji. Warto instalowaÊ system dwufunkcyjny, który w zimÚ grzeje, a w lecie chïodzi.
JeĂli wierzyÊ w globalne ocieplenie, to za niewiele lat upaï w lecie moĝe
byÊ w naszym kraju wiÚkszym utrapieniem niĝ chïód w zimie.
Podsumowanie
Do modernizacji ogrzewania w starych budynkach najbardziej nadajÈ siÚ pompy ciepïa powietrze–woda i powietrze–powietrze.
JeĂli zachowana jest stara instalacja c.o., to trzeba zastosowaÊ niestandardowÈ pompÚ ciepïa, umoĝliwiajÈcÈ osiÈganie temperatury
wody 65°C.
Najkorzystniejsza z punktu widzenia efektywnoĂci ekonomicznej
eksploatacji pompy ciepïa jest instalacja z ogrzewaniem podïogowym.
JeĂli tak fundamentalna modernizacja nie wchodzi w grÚ, to warto chociaĝ wymieniÊ stare grzejniki na stalowe o wiÚkszej powierzchni, pracujÈce przy 50–60°C.
Do modernizacji ogrzewania w starym budynku trzeba mieÊ dobrÈ,
doĂwiadczonÈ ekipÚ instalacyjnÈ, gdyĝ jest to zadanie na ogóï bardziej
skomplikowane niĝ budowa instalacji w nowym budynku.
169