ogrzewamy.pl > Poradniki > Pompy ciepła > Ogrzewanie i chłodzenie domu pompą ciepła

Ogrzewanie i chłodzenie domu pompą ciepła

W gorące i upalne dni szukamy ochłodzenia. W biurach i sklepach klimatyzacja jest już niemal standardem. Również w domach jednorodzinnych coraz częściej stosuje się systemy do chłodzenia pomieszczeń.

Oferowane dzisiaj pompy ciepła nie tylko oszczędnie ogrzewają dom ale również mogą chłodzić pomieszczenia w lecie. Jest to szczególnie ciekawa alternatywa dla tradycyjnych układów klimatyzacji. Oczywiście, każde rozwiązanie wymaga mniejszych lub większych nakładów na inwestycję, różna będzie też skuteczność chłodzenia. Jednak, właściwie zaprojektowana instalacja ogrzewania i chłodzenia domu zgodnie z oczekiwaniami sprawi, że każdy użytkownik będzie z niej zadowolony.

 

Ogrzewanie pompą ciepła
Pompa ciepła należy do niskotemperaturowych źródeł ciepła. To znaczy, ogrzewa wodę zasilającą budynek do temperatury 50°C, 60°C. Chociaż są i urządzenia, które dostarczają wodę o temperaturze 70°C (lub jeszcze wyższą).
Należy przy tym pamiętać, że: im niższa będzie temperatura wody grzewczej, tym pompa ciepła będzie pracować oszczędniej – zużyje mniej prądu.

Nowy budynek, który ma być ogrzewany pompą ciepła powinien zostać wyposażony w ogrzewanie niskotemperaturowe: podłogowe, ścienne. Tutaj, przy maksymalnie niskiej temperaturze na zewnątrz budynku wystarczy woda grzewcza o temperaturze 35–40°C (50°C).
Pompa ciepła może również współpracować z grzejnikami, które powinny zostać zaprojektowane na stosunkowo niską temperaturę wody grzewczej na zasilaniu: 50-65°C.

Przy ogrzewaniu podłogowym należy liczyć się z tym że konstrukcja podłogi wymaga określonej wysokości do jej ułożenia i będzie miała określoną wagę, co będzie istotne dla stropów. Istotnym dla ogrzewania podłogowego jest rodzaj wykończenia podłogi (wykładziny podłogowej), który należy uwzględnić już na etapie projektowania ogrzewania. W przypadku ogrzewania ściennego musimy mieć do dyspozycji określoną powierzchnię ściany do ułożenia „grzejnika”, której nie można zasłaniać np. meblami.

 

Ogrzewanie i chłodzenie
Łatwo jest dzisiaj wybrać pompę ciepła, która oprócz ogrzewania zapewni również chłodzenie budynku.
Chłodzenie realizowane jest najczęściej przy wykorzystaniu niskiej temperatury gruntu lub wody gruntowej (jest to tzw. chłodzenie naturalne), lub przez odwróconą pracę pompy ciepła, która działa wówczas jak chłodziarka (tzw. chłodzenie aktywne).

Chłodzenie aktywne może być realizowane przez pompy ciepła, które pobierają ciepło z gruntu, wody gruntowej i powietrza atmosferycznego. Przy aktywnym chłodzeniu pomieszczeń (active cooling), pompa ciepła działa w odwrócony sposób – obieg czynnika chłodniczego w pompie ciepła zostaje odwrócony i zmienia się kierunek przepływu ciepła.

Najczęściej odwrócona praca pompy realizowana jest przez zawór czterodrogowy i dodatkowy zawór rozprężny w obiegu czynnika chłodniczego pompy ciepła.
Tryb ogrzewania – sprężarka tłoczy pary czynnika chłodniczego do wymiennika ciepła systemu grzewczego (skraplacza). Czynnik skrapla się w nim oddając ciepło zasilające instalację ogrzewania budynku (rys. 1).

 

Schemat działania odwracalnej pompy ciepła - w funkcji grzania

Rys. 1. Schemat działania odwracalnej pompy ciepła - w funkcji grzania

 

Tryb chłodzenia – przy pomocy zaworu czterodrożnego kierunek przypływu czynnika w obiegu zostaje odwrócony. Skraplacz pełni teraz funkcję parownika, gdzie ciepło z pomieszczeń przekazywane jest do czynnika chłodniczego. Pary czynnika chłodniczego zasysane są przez sprężarkę przez zawór czterodrożny, a następnie w skraplaczu oddają ciepło do otoczenia (rys. 2).

 

Rys. 2. Schemat działania odwracalnej pompy ciepła - w funkcji chłodzenia

Rys. 2. Schemat działania odwracalnej pompy ciepła - w funkcji chłodzenia

 

Chłodzenie naturalne – wystarczy zastosować kilka dodatkowych elementów w instalacji, np. wymiennik płytowy, pompa, zawór trójdrożny, aby wykorzystać niską temperaturę gruntu lub wody gruntowej do chłodzenia pomieszczeń w gorące dni.

Podczas chłodzenia naturalnego sprężarka pompy ciepła pozostaje wyłączona – pompa ciepła nie pracuje. Energia elektryczna pobierają jedynie pompy obiegowe i pozostałe urządzenia zasilane energią elektryczną. Regulator pompy ciepła steruje pracą całej instalacji: pompami, zaworami przełączającymi i mieszającymi, kontroluje temperatury w charakterystycznych punktach instalacji oraz kontroluje temperaturę punktu rosy.

Wydajność chłodzenia naturalnego (moc chłodnicza), zależy w dużej mierze od wielkości dolnego źródła ciepła, jego temperatury i czasu wykorzystywania. Pod koniec lata, kiedy grunt zgromadził już dużo ciepła jego moc chłodnicza może się obniżyć. Pod tym względem, lepszy efekt można uzyskać wykorzystując wodę gruntową, której temperatura nie zmienia się znacznie w całym okresie eksploatacji. Dodatkową zaletą naturalnego chłodzenia jest szybka regeneracja gruntu i akumulacja dodatkowego ciepła w gruncie, które zostanie później wykorzystane do ogrzewania budynku w sezonie grzewczym.

Skuteczność chłodzenia naturalnego nie można porównywać z tradycyjną klimatyzacją, jednak jest to szczególnie tani w eksploatacji sposób chłodzenia pomieszczeń. Współczynnik efektywności COP jest 3 do 4 razy większy niż przy tradycyjnej klimatyzacji i przy chłodzeniu naturalnym wynosi ok. 15 do 20.

 

Uproszczony schemat instalacji ogrzewania i chłodzenia naturalnego przez ogrzewanie podłogowe

Rys. 3. Uproszczony schemat instalacji ogrzewania i chłodzenia naturalnego przez ogrzewanie podłogowe

 

Instalacja do ogrzewania/chłodzenia budynku
Wykorzystanie instalacji ogrzewania podłogowego jest najprostszym sposobem chłodzenia pomieszczeń w domu jednorodzinnym – w zimne dni ogrzewa dom i chłodzi w upalne. Chłodzić pomieszczenia można również przez, np: instalację wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła, nagrzewnice lub konwektory wentylatorowe, stropy chłodzące. Natomiast, do chłodzenia nie nadają się do tradycyjne grzejniki. Ze względu na małą różnice temperatur między wodą chłodzącą a powietrzem w pomieszczeniu występuje jedynie znikoma wymiana ciepła w grzejniku. Dodatkowo, tradycyjne grzejniki są wrażliwe na kondensat.

Przy chłodzeniu naturalnym jak i aktywnym, zawsze konieczne jest kontrolowanie punktu rosy. Na przykład, temperatura powierzchni ogrzewania podłogowego w trybie chłodzenia nie może spaść poniżej 20°C. Układ kontroli punktu rosy utrzymuje temperaturę zasilania na takim poziomie aby nie następowało wykroplenie wilgoci z powietrza na powierzchni podłogi.

Instalacja do chłodzenia budynku może stanowi
oddzielny obieg, pracujący niezależnie od instalacji ogrzewania, np. chłodzenie nagrzewnicami wentylatorowymi.

 

Ogrzewanie podłogowe efektywnie współpracuje z pompą ciepła już przy niskich temperaturach wody grzewczej. Duża powierzchnia grzejnika podłogowego może również chłodzić powietrze w budynku.
Chłodne powietrze zbiera się w okolicy podłogi i nie wznosi się wyżej. Jednak, duża powierzchnia chłodząca podłogówki pozwala skutecznie wpływać na temperaturę w pomieszczeniu. Moc chłodnicza ogrzewania podłogowego zależy od jego powierzchni, rodzaju wykładziny podłogowej i rozstawu rur.

Wykorzystując do chłodzenia instalację wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła uzyskuje się lepszą cyrkulację powietrza. Chłodne powietrze z nawiewników umieszczonych pod stropem opada ku podłodze wymuszając samoczynnie cyrkulację powietrza w chłodzonym pomieszczeniu.

Stropy chłodzące zapewniają jeszcze lepsze odprowadzenie ciepła z pomieszczenia. Stanowią zazwyczaj dodatkową instalację, obok np. ogrzewania podłogowego. Ciepłe powietrze w pomieszczeniu zbiera się pod stropem i schładza na jego powierzchni. W wyniku tego, chłodne powietrze opada ku podłodze a nagrzane wznosi się w górę. Cyrkulacja powietrza w pomieszczeniu sprawia, że większa masa powietrza ma kontakt z powierzchnią chłodzącą, niż w porównaniu z chłodzeniem podłogowym.

Stropy chłodzące pracują efektywnie i bezszmerowo, ale wymagają dodatkowych nakładów na inwestycję. Skutecznie chłodzą pomieszczenie odbierając ciepło z powietrza tam gdzie się ono gromadzi – pod sufitem.

Konwektory wentylatorowe zapewniają szczególnie efektywne chłodzenie pomieszczeń. Tutaj wentylator wymusza przepływ powietrza przez wymiennik w konwektorze. Dodatkowo, umożliwia regulację jego wydajności przez zmianę ilości przepływającego powietrza. Dzięki temu, przez powierzchnię wymiennika można przepuścić dużą ilość powietrza, tym samym szybko i efektywnie schłodzić pomieszczenia.
Czujnik temperatury w pomieszczeniu i regulacja wydajności wentylatora pozwalają na bardzo precyzyjne chłodzenie pomieszczeń. Wadą tego rozwiązania są szumy wentylatorów co należy uwzględnić wybierając miejsce ustawienia konwektora.

Konwektory wentylatorowe są szczególnie ciekawą alternatywa dla inwestorów, który obawiają się ogrzewania podłogowego w całym domu. Konwektory mogą ogrzewać pomieszczenia oraz chłodzić je. A, sam „grzejnik” ma stosunkowo małe wymiary.

Chłodzenie pompami ciepła jest godną uwagi alternatywą dla tradycyjnych układów klimatyzacji. Podobnie jak przy ogrzewaniu budynku, może zapewnić tanie i skuteczne chłodzenie pomieszczeń w lecie. W zależności od wymagań i oczekiwanej skuteczności chłodzenia można wybrać odpowiednią pompę ciepła i rodzaj instalacji chłodzącej.

Odpowiedź