W jaki sposób zapewnić sobie ciągłe dostawy ciepłej wody użytkowej w niedrogi sposób? Pod lupę idą powietrzne sprężarkowe pompy ciepła przeznaczone do podgrzewu ciepłej wody użytkowej. Zapraszamy na krótkie techniczno-ekonomiczne studium przypadku!

Pompa ciepła podgrzewa ciepłą wodę użytkową, wykorzystując do tego celu energię cieplną z powietrza wentylacyjnego budynku. W pełni pokrywa ona całkowite zapotrzebowanie domu jednorodzinnego w ciepłą wodę użytkową. Dzięki zastosowaniu pompy ciepła można jednocześnie osiągnąć dwa efekty energetyczne: bardzo oszczędnie podgrzewać ciepłą wodę i chłodzić wnętrze budynku latem. Pomieszczenie, w którym instaluje się urządzenie, powinno być ciepłe (np. kotłownia, piwnica, poddasze), jednak najlepiej sprawdza się ona w pomieszczeniach, gdzie pracują już inne urządzenia emitujące ciepło: pralnia, suszarnia czy spiżarnia. W pomieszczeniach tych pompa ciepła będzie ochładzać powietrze i osuszać je w tym samym czasie. Ta ostatnia własność stanowi niewątpliwą zaletę pompy ciepła, szczególnie, gdy zastosujemy ją we wspomnianych wcześniej pralni, suszarni czy piwnicy. Szybko okaże się, że ciepła woda podgrzewana jest niedużym kosztem, a pomieszczenia są suche, wolne od wilgoci, pleśni i nieprzyjemnych zapachów.

Powietrze z wnętrza budynku zostaje zassane przez pompę ciepła, ochłodzone i znowu wytłoczone do pomieszczenia. Jednocześnie z powietrza, na powierzchni parownika, zostaje wykroplona wilgoć, w konsekwencji czego powietrze wypływające z pompy ciepła jest suche i chłodne. W ten sposób realizowane jest ochładzanie budynku latem dzięki pompie ciepła.

Dimplex rys 1 oszczędne podgrzewanie c.w.u.

Rys. 1 Zasada działania pompy ciepła na cele c.w.u w okresie letnim, źródło: Dimplex

Zasada działania pompy ciepła na cele c.w.u

Wentylator pompy ciepła zasysa ciepłe powietrze z pomieszczenia  i przetłacza je przez wymiennik ciepła, na którym powietrze to jest ochładzane o ok. 5-7 K (równoważne ºC), a dalej wytłaczane jest np. na zewnątrz budynku lub do tego samego pomieszczenia. Dzięki temu niewielkiemu wychłodzeniu powietrza, pompa ciepła odbiera z niego dużą ilość ciepła, które wykorzystane będzie do podgrzewana ciepłej wody użytkowej w 280-litrowym zasobniku. Latem zaś, ciepłe powietrze zasysane jest z zewnątrz budynku, a to nieco schłodzone na parowniku może być kierowane do wnętrza budynku.

Pompy ciepła do podgrzewania ciepłej wody użytkowej sprawdzają się świetnie jako samodzielny lub uzupełniający system przygotowania ciepłej wody w budynku mieszkalnym. Pompa ciepła posiada wbudowaną w zbiornik, stalową wężownicę, do której można podłączyć instalację słoneczną, kominek z płaszczem wodnym lub kocioł na paliwo stałe (rysunek 2). Jest to niewątpliwa zaleta tego urządzenia, ponieważ pozwala na wykorzystanie nadwyżki ciepła z kominka lub kotła do podgrzewania wody.

Dimplex rys 2 oszczędne podgrzewanie c.w.u.

Rys 2. Podłączenie pompy ciepła na cele c.w.u z konwencjonalnym źródłem energii, źródło: Dimplex

Zimą (rysunek 3), gdy palimy w kominku lub kotle, woda podgrzewana jest przez wężownicę, a gdy kominek/kocioł zgaśnie, podgrzewanie wody przejmuje pompa ciepła.

Dimplex rys 3 oszczędne podgrzewanie c.w.u.Rys 3. Zasada działania pompy ciepła na cele c.w.u w okresie zimowym, źródło: Dimplex

Wyniki pomiarów  cieplno-przepływowych pompy ciepła Dimplex DHW300D+:

Powietrzna pompa ciepła Dimplex DHW300D+

Rys. 4 Pompa ciepła typu Dimplex DHW 300D+ firmy Dimplex

Temperatura podgrzewanej wody:

Podczas próby podgrzewana woda osiągnęła w zasobniku temperaturę ~ 60°C.

Zużycie energii elektrycznej:

Całkowita ilość energii elektrycznej zużytej podczas podgrzewania wody przez pompę ciepła:

(od temperatury +15,5°C do +59,6ºC) – 4,9 kWh.

Czas podgrzewania wody:

Temperatura początkowa wody w zasobniku: +15,5°C

Uzyskana podczas proby, temperatura podgrzewanej wody: ~ 60°C

Czas podgrzewania wody: ~ 7 godzin

Szybkość podgrzewania wody:

Na wykresie nr 1 przedstawiono dynamikę przyrostu temperatury podgrzewanej wody w zasobniku w zależności od upływającego czasu pracy pompy ciepła. Z wykresu można odczytać, że temperaturę podgrzewanej wody w zasobniku o wartości +49ºC pompa ciepła osiąga po upływie 5 godzin i 50 minut od początku procesu jej podgrzewania.

Dimplex wykres 1 oszczędne przygotowanie c.w.u.

Wykres nr 1. Przyrostu temperatury podgrzewanej wody w zasobniku w zależności od upływającego czasu pracy pompy ciepła, źródło: Dimplex

Koszt podgrzewania wody w zależności od temperatury:

Na wykresie nr 2 przedstawiono koszty podgrzewania wody przez pompę ciepła w zależności od temperatury podgrzewanej wody. Zatem koszt podgrzania 280 l wody od temperatury +15,5°C do +49°C wynosi około 1,77 zł, przy założeniu ceny energii elektrycznej na poziomie 0,52 zł/kWh.

Dimplex wykres 2 oszczędne przygotowanie c.w.u.

Wykres nr 2. Koszt podgrzewania c.w.u przez pompę ciepła w zależności od temperatury podgrzewanej wody (cena energii elektrycznej na poziomie 0,52 zł/kWh), źródło: Dimplex

Podsumowanie

Pompa ciepła pozyskuje około 70% potrzebnej energii cieplnej do podgrzewania c.w.u.  z powietrza wentylacyjnego. W ten sposób koszty podgrzewania ciepłej wody zostają zminimalizowane aż o 2/3. Do podgrzania 280 l wody do temperatury 45°C powietrzną pompą ciepła potrzebujemy około 5 godzin, a koszt jej uzyskania wynosi około 1,50zł (przy założeniu ceny energii elektrycznej na poziomie 0,52zł/kWh). Podgrzewa ona wodę niezależnie od warunków pogodowych, jedynym warunkiem jest temperatura powietrza zasysanego przez pompę ciepła powyżej -10°C, poniżej tej temperatury załącza się grzałka elektryczna lub dodatkowe źródło ciepła. Do pompy ciepła można podłączyć instalację słoneczną, kominek z płaszczem wodnym lub kocioł na paliwo stałe, dzięki wbudowanemu wymiennikowi ciepła w postaci wężownicy wewnątrz pompy ciepła, jako dodatkowe źródło ciepła. Omawiane urządzenie dobrze nadaje się do modernizacji istniejących instalacji c.w.u., a dzięki niewielkiej cenie (około 9 000 zł) i niskim kosztom eksploatacji jego wykorzystanie jest do tego celu uzasadnione pod względem ekonomicznym.

Dane techniczne pompy ciepła Dimplex  DHW300D+:

Znak zamówieniowy DHW 300D+
Materiał obudowy tworzywo sztuczne
Kolor obudowy biało-czarny
Pojemność znamionowa 280 l
Wymiary (szer. x wys. x gł.) * 740 x 1867 x 776 mm
Średnica 700 mm
Masa całkowita urządzenia 123 kg
Napięcie zasilania 1/N/PE ~230 V, 50 Hz
Oznaczenie czynnika chłodniczego / ilość czynnika chłodniczego R134a/0,95 kg
Dolna / górna granica zastosowania źródła ciepła (tryb ogrzewania) +7/+35°C
Poziom mocy akustycznej 59 dB (A)
Poziom ciśnienia akustycznego urządzenia w odległości 1 m (wewnątrz) 49 dB (A)
Minimalny przepływ nośnika ciepła źródła dolnego 450 m³/h
Moc grzałki dodatkowej 1,5 kW
Średni pobór mocy przy 60 °C 528 W
Współczynnik wydajności COP według EN 255-3 dla procesu nagrzewania od 15°C do 45 °C 4,3
Pobór energii elektrycznej dla podtrzymania działania 1,128 kWh/24h

Opracowanie:

mgr inż. Adam Koniszewski

Redakcja GLOBEnergia