Pompa ciepła do grzejników: jaką wybrać, żeby efektywnie ogrzać dom?

Czego dowiesz się z tego artykułu?

• Jak prawidłowo dobrać pompę ciepła do grzejników w domu.
• Jakie temperatury zasilania są wymagane dla grzejników kaloryferowych.
• Dlaczego pompy ciepła powietrze-woda są efektywne w modernizacjach instalacji grzewczych.
• Jak zasada działania pompy ciepła wpływa na jej wydajność w ogrzewaniu.
• Jakie ograniczenia mogą wpływać na efektywność grzania grzejników przez pompę ciepła.
• Jakie czynniki należy sprawdzić, gdy grzejniki są zimne mimo pracy pompy ciepła.

DEFINICJA

Pompa ciepła do instalacji grzejnikowej to urządzenie dobrane w taki sposób, aby: dostarczyć do układu wodę grzewczą o parametrach temperaturowych wymaganych przez grzejniki (które są zazwyczaj znacznie wyższe niż w przypadku ogrzewania podłogowego), w pełni pokryć zapotrzebowanie budynku na moc grzewczą, również podczas skrajnie niskich temperatur zimą. W kontekście relacji pompa ciepła a grzejniki kluczowym czynnikiem nie jest sam wiek czy typ kaloryferów, lecz dokładna temperatura zasilania, jakiej potrzebują one do wyemitowania wymaganej ilości ciepła do pomieszczeń.

ZASADA DZIAŁANIA

Zasada działania pompy ciepła współpracującej z grzejnikami jest analogiczna jak w każdym innym wodnym systemie grzewczym – główna różnica polega na konieczności przygotowania wyższej temperatury czynnika grzewczego:

1. Pozyskanie energii z dolnego źródła

W pompach typu powietrze–woda energia termiczna pobierana jest z powietrza zewnętrznego. Nowoczesne urządzenia potrafią stabilnie pracować w bardzo szerokim zakresie temperatur zewnętrznych (np. od -20°C do +40°C w zależności od konkretnej serii produktowej).

2. Podniesienie temperatury czynnika w obiegu chłodniczym (sprężarka)

Sercem układu jest sprężarka, która podnosi temperaturę i ciśnienie krążącego wewnątrz czynnika chłodniczego, co umożliwia efektywne podgrzanie wody w instalacji C.O.

3. Oddanie ciepła do wody grzewczej (skraplacz/wymiennik)

Ciepło z układu chłodniczego jest przekazywane do wody zasilającej instalację, która następnie trafia bezpośrednio do kaloryferów. Dla systemów typu pompa ciepła na grzejniki priorytetem jest, aby urządzenie było konstrukcyjnie przystosowane do pracy z wysokimi temperaturami zasilania (w naszej ofercie są to rozwiązania osiągające nawet 75°C).

4. Regulacja i płynne dostosowanie mocy

Dzięki zastosowaniu technologii inwerterowej moc grzewcza pompy jest na bieżąco i płynnie dopasowywana do aktualnego zapotrzebowania budynku. Całym procesem zarządza zaawansowany sterownik (menedżer pompy ciepła), który koordynuje pracę obiegów grzewczych w oparciu o automatykę pogodową.

ZASTOSOWANIE

Montaż pompy ciepła zasilającej instalację grzewczą ma uzasadnienie techniczne i ekonomiczne, gdy:

• modernizujemy budynek po likwidacji dotychczasowego kotła, decydując się na pozostawienie istniejących odbiorników,
• istniejące grzejniki (żeliwne, płytowe czy aluminiowe) zostały poprawnie dobrane lub zweryfikowane pod kątem pracy z realnymi temperaturami zasilania po zmianie źródła ciepła na niskomisyjne,
• zależy nam na urządzeniu, które w modernizowanym obiekcie bezproblemowo dostarczy wysokie parametry wody grzewczej – dlatego w praktyce wybiera się dedykowane serie urządzeń z możliwością pracy do 75°C.

OGRANICZENIA

Sytuacje, w których pompa ciepła „słabo grzeje grzejniki” lub powoduje efekt tzw. „zimnych grzejników”, zazwyczaj nie wynikają z wad samej technologii, lecz ze specyficznych warunków pracy całej instalacji. Do najczęstszych ograniczeń i błędów należą:

• Zbyt wysokie wymagania temperaturowe instalacji – dzieje się tak, gdy stare grzejniki były projektowane pod kocioł na paliwo stałe pracujący na bardzo wysokich parametrach, a dobrana pompa ciepła nie jest konstrukcyjnie przystosowana do pracy w takim zakresie.
• Błędny dobór mocy grzewczej urządzenia w stosunku do realnego zapotrzebowania cieplnego budynku.
• Niewłaściwa regulacja systemu (np. źle ustawiona krzywa grzewcza), co w praktyce generuje pytania o to, jaka temperatura powinna trafiać z pompy ciepła na grzejniki.
• Ograniczenia wydajności wynikające z pogody – w przypadku pomp powietrznych dostępna moc grzewcza oraz efektywność są ściśle powiązane z warunkami zewnętrznymi (choć urządzenia bez przeszkód pracują podczas mrozów, ich wydajność zmienia się w granicach określonych przez producenta).

Na forach internetowych w dyskusjach typu „pompa ciepła a grzejniki -  forum” pojawia się problem braku należytego komfortu cieplnego. W tej sytuacji, w pierwszej kolejności należy zweryfikować: wymagane parametry zasilania i powrotu, nastawy sterownika, poprawność hydrauliczną układu oraz to, czy samo urządzenie posiada fabryczną zdolność do pracy z wysoką temperaturą zasilania.

Słownik pojęć

Centralne ogrzewanie (CO)

Instalacja grzewcza służąca do ogrzewania pomieszczeń w budynku. Ciepło jest wytwarzane w jednym źródle, np. w pompie ciepła, a następnie rozprowadzane do odbiorników, takich jak grzejniki lub ogrzewanie podłogowe, za pomocą czynnika grzewczego - najczęściej wody.

Czynnik chłodniczy

Medium robocze krążące w obiegu chłodniczym pompy ciepła. W kolejnych etapach pracy urządzenia - odparowania, sprężania, skraplania i rozprężania - umożliwia transport energii cieplnej z dolnego źródła do instalacji grzewczej. Dobór czynnika chłodniczego wpływa m.in. na możliwe temperatury zasilania oraz parametry pracy pompy ciepła.

Dolne źródło ciepła

Środowisko, z którego pompa ciepła pobiera energię, np. powietrze zewnętrzne, grunt lub woda. Parametry dolnego źródła, w tym jego temperatura i zmienność w czasie, mają istotny wpływ na wydajność urządzenia oraz możliwy zakres temperatur po stronie instalacji grzewczej.

Grzejnik (odbiornik wysokotemperaturowy)

Odbiornik ciepła w instalacji CO, który przekazuje ciepło do pomieszczenia głównie przez konwekcję i promieniowanie. W modernizowanych budynkach grzejniki często były projektowane do pracy z wyższą temperaturą zasilania, dlatego mogą wymagać źródła ciepła pracującego na podwyższonych parametrach.

Pompa ciepła powietrze-woda

Pompa ciepła, która pobiera energię z powietrza zewnętrznego i przekazuje ją do wody krążącej w instalacji CO. Jej parametry pracy oraz osiągalna temperatura zasilania zależą m.in. od temperatury powietrza, konstrukcji urządzenia i zastosowanego czynnika chłodniczego.

Projekt instalacji CO

Dokumentacja i obliczenia określające zapotrzebowanie budynku na ciepło, dobór źródła i odbiorników, przepływy oraz wymagane parametry pracy instalacji, w tym temperaturę zasilania i powrotu. Poprawny projekt pozwala sprawdzić, czy wymagane temperatury są możliwe do uzyskania w warunkach obliczeniowych.

Sprężarka

Podzespół pompy ciepła, który spręża czynnik chłodniczy, podnosząc jego ciśnienie i temperaturę. Dzięki temu możliwe jest przekazanie ciepła do instalacji grzewczej. Charakterystyka sprężarki i sposób sterowania jej pracą wpływają na zakres mocy oraz osiągalne temperatury zasilania.

Temperatura powrotu

Temperatura czynnika grzewczego powracającego z instalacji CO do źródła ciepła po oddaniu energii w odbiornikach. Razem z temperaturą zasilania określa parametry pracy instalacji. Różnica między tymi wartościami, czyli ΔT, wpływa m.in. na przepływy, dobór armatury i warunki pracy pompy ciepła.

Temperatura zasilania

Temperatura czynnika grzewczego na wyjściu ze źródła ciepła do instalacji CO. To jeden z kluczowych parametrów doboru i regulacji systemu grzewczego, ponieważ musi zapewnić odpowiednią ilość ciepła przekazywaną przez odbiorniki w danych warunkach zewnętrznych.

Technologia inwerterowa

Sposób sterowania sprężarką polegający na płynnej regulacji jej prędkości obrotowej, a tym samym mocy grzewczej. W porównaniu z pracą typu ON/OFF pozwala lepiej dopasować wydajność urządzenia do aktualnego zapotrzebowania na ciepło i ograniczyć liczbę cykli włączania oraz wyłączania, co wpływa na stabilność pracy układu.