Rola grzałki w pompie ciepła

Grzałka elektryczna w układzie z pompą ciepła pełni kilka podstawowych funkcji.

I. Funkcja zabezpieczająca

Grzałka elektryczna w pompie ciepła pełni przede wszystkim rolę zabezpieczenia układu. Jej obecność jest potrzebna w kilku różnych sytuacjach, zależnie od tego, co chcemy zabezpieczyć:

  1. Pierwszy typ zabezpieczenia – nazywany przeciwzamrożeniowym – dotyczy sytuacji, w której pompa ciepła jest już zainstalowana, ale budynek nie jest jeszcze wykorzystywany. W takim wypadku grzałka elektryczna ma za zadanie zabezpieczyć budynek przed zbyt dużym przechłodzeniem. Jest to szczególnie ważne w urządzeniach typu monoblok, dla których uruchomienie się grzałki to zabezpieczenie przed zamrożeniem jednostki zewnętrznej.
  2. Grzałka może również zabezpieczać przed niską temperaturą wody w instalacji – pozwala na wstępne rozgrzanie instalacji lub jej części do temperatury minimalnej, przy której sprężarka może zostać uruchomiona w bezpieczny, niezagrażający żywotności urządzenia sposób.

    Ważne: Należy pamiętać o tym, że wszystkie pompy ciepła zostały zaprojektowane do pracy w określonym przedziale temperatur wody kotłowej. To oznacza, że gdy temperatura jest zbyt niska, urządzenie znajduje się poniżej dopuszczalnego pola pracy. Taka sytuacja występuje najczęściej w momencie uruchomienia pompy ciepła w nowym budynku w okresie zimowym. Wtedy woda w instalacji ma temperaturę na poziomie 5 –7 st. C, co jest zdecydowanie poniżej granicy pracy urządzenia. W takim wypadku grzałka elektryczna może pomóc w uruchomieniu układu – komentuje Stanisław Glodny, Area Sales Manager A2W w Panasonic.

  3. Grzałka może również wspomagać proces odladzania – pozwala na podgrzanie wody w instalacji w sytuacji, w której jej temperatura zaczyna gwałtownie spadać. Bez dodatkowego źródła ciepła mogłoby dojść do przemrożenia wymiennika i jego uszkodzenia.

II. Funkcja źródła awaryjnego

Poza funkcją zabezpieczającą, grzałka pełni rolę źródła awaryjnego. Dotyczy to sytuacji, w której występuje chłodnicza awaria urządzenia i na czas usunięcia usterki lub do przyjazdu serwisu grzałka ogrzewa budynek.

III. Funkcja źródła szczytowego

Nie zapominajmy również o roli źródła szczytowego, z którą często kojarzy się inwestorom pojęcie grzałki w pompie ciepła. Jak to działa? Proniżej określonej temperatury praca pompy ciepła zaczyna być wspomagana pracą grzałki. To właśnie ten sposób wykorzystania grzałki elektrycznej najbardziej martwi inwestorów, którzy obawiają się, że koszt ogrzewania za pomocą grzałki elektrycznej sprawi, że rachunki za prąd będą zbyt wysokie. Czy jest się czego obawiać?

Grzałka elektryczna jako źródło szczytowe

W kontekście wykorzystania grzałki jako źródła szczytowego istnieją jasno określone wytyczne. Są to niemieckie wytyczne VDI 4546 oraz 7. część wytycznych Organizacji PORT PC. Te wytyczne stanowią, że aż 95% energii w ciągu roku musi zostać dostarczone przez pompę ciepła. To oznacza, że absolutna granica wykorzystania grzałki elektrycznej jako źródła szczytowego wynosi 5% energii dostarczanej w trakcie sezonu grzewczego. W jaki sposób to określić? Wybierając właściwą granicę biwalencji.

Granica biwalencji

Granica, czy też temperatura, biwalencji to temperatura, poniżej której pompa ciepła generuje mniejszą moc chwilową niż wynosi faktyczne zapotrzebowanie budynku. W takiej sytuacji do ogrzania budynku musi zostać zastosowane dodatkowe źródło ciepła – grzałka elektryczna. Temperatura biwalencji powinna zapewniać bezpieczną pracę układu, bez ponoszenia nadmiernych kosztów. Zgodnie z wytycznymi PORT PC, temperatura biwalencji powinna zawierać się w przedziale -13 st. C do -5 st. C na zewnątrz, odpowiednio dla każdej ze stref klimatycznych.

Wspomniana granica biwalencji dotyczy trybu monoenergetycznego w pompie ciepła, w którym pompa ciepła jest wspierana dodatkowym źródłem ciepła zasilanym energią elektryczną. Tryb monoenergetyczny może być równoległy albo alternatywny. Czym się różnią?

Ważne: W trybie równoległym pompa ciepła jest wspomagana pracą grzałki elektrycznej, natomiast w trybie alternatywnym poniżej temperatury biwalencji praca pompy ciepła jest zastępowana pracą grzałki. Standardem, którym kierują się projektanci i który jest najbardziej zalecanym sposobem wykorzystania grzałki, jest tryb pracy monoenergetyczny równoległy – komentuje Stanisław Glodny, Area Sales Manager A2W w Panasonic.

Przeciwieństwem trybu monoenergetycznego jest tryb monowalentny, w którym urządzenie o dużej mocy ma za zadanie samodzielnie pokryć 100% zapotrzebowania budynku na ciepło, nawet w najbardziej mroźne dni. Przy doborze pompy ciepła w trybie monowalentnym, grzałka nie będzie się uruchamiała jako źródło szczytowe, gdyż pełne zapotrzebowanie budynku w warunkach projektowych będzie pokrywane przez układ termodynamiczny. Warto jednak zaznaczyć, że czas w ciągu roku, w którym pompa ciepła będzie pracowała z pełną mocą będzie stosunkowo niewielki. Czas pracy z mocą maksymalną to nie jedyny czynnik, na który należy w tym wypadku zwrócić uwagę!

Ważne: Przy takim wyborze należy również zwrócić uwagę na pojemność cieplną instalacji i bezwładność budynku. W trybie monowalentnym może dochodzić do sytuacji, w której pompa ciepła będzie miała bardzo krótkie cykle pracy, ze względu na duży stosunek mocy do zapotrzebowania na energię. W takich sytuacjach należy zastosować pojemny zbiornik buforowy – komentuje Stanisław Glodny, Area Sales Manager A2W w Panasonic.

Alternatywą jest wykorzystanie grzałki wspomagającej. Uogólniając, w sytuacji, gdy punkt biwalencji zostanie określony w temperaturze na poziomie -7 st. C lub niższej, udział grzałki nie powinien przekroczyć 3%. W efekcie całkowity koszt pracy grzałki nie będzie stanowił dużej wartości w stosunku do całorocznego kosztu ogrzewania, przy jednoczesnym podniesieniu sprawności układu w okresach przejściowych.

Po porównaniu obu rozwiązań, okazuje się, że decydując się na wykorzystanie grzałki, można znacznie obniżyć koszty inwestycyjne, przy zachowaniu podobnych kosztów eksploatacyjnych. Po pierwsze, pompa ciepła mniejszej mocy przekłada się na niższe koszty inwestycyjne. Po drugie, ograniczając naddatek mocy w stosunku do zapotrzebowania budynku na energię, można całkowicie zrezygnować albo przynajmniej zmniejszyć pojemność bufora w instalacji. Co za tym idzie, można również zmniejszyć koszty samej instalacji hydraulicznej. Podsumowując, choć w trybie monowalentnym inwestorzy nie muszą się obawiać włączania się grzałki, to jest to rozwiązanie mało ekonomiczne ze względu na wyższe koszty inwestycyjne i brak obniżenia kosztów eksploatacji, co wynika ze stosunkowo krótkiego czasu wykorzystania pełnej mocy urządzenia w sezonie grzewczym.

Podsumowanie: czy grzałka elektryczna to niezbędny element instalacji?

Grzałka elektryczna zdecydowanie jest niezbędnym elementem w pompie ciepła: zabezpiecza system przed niskimi temperaturami, a także pełni rolę awaryjnego źródła ciepła. Bez grzałki elektrycznej pompa ciepła nie ma racji bytu, ale eksperci zalecają, by korzystać z niej z rozwagą:

Ważne: Bardzo ważne jest rozsądne wykorzystanie grzałki jako szczytowego źródła ciepła. Trzymając się wytycznych, można znacznie wydłużyć cykl pracy w okresie przejściowym, zwiększyć czas pracy w zakresie modulacji PC oraz uzyskiwać wyższe SCOP, dzięki optymalizacji punktu pracy pompy ciepła – komentuje Stanisław Glodny, Area Sales Manager A2W w Panasonic.

Korzyści dla inwestora i instalatora: Z perspektywy użytkownika końcowego, wykorzystanie grzałki oznacza niższe koszty inwestycyjne. Z kolei z perspektywy instalatora to bardziej konkurencyjna oferta, niż w przypadku doboru całkowicie monowalentnego.

Materiał został opracowany na podstawie piątego webinaru z cyklu Webinarowa Środa: „Grzałka w pompie ciepła. Czy grzałka to wampir energetyczny, czy niezbędny element?”, który prowadził Stanisław Glodny, Area Sales Manager A2W w Panasonic.

Dowiedz się więcej!

Więcej artykułów czytaj w najnowszym wydaniu GLOBENERGIA 2/2021!

Czytaj o:

  • Skąd pompa ciepła wie, że trzeba ogrzewać budynek?
  • Rynek fotowoltaiczny w Polsce w opiniach ekspertów
  • Jeżeli nie Half Cut, to co?

WYDANIE DRUKOWANE JEST DOSTĘPNE

TUTAJ

WYDANIE ELEKTRONICZNE JEST DOSTĘPNE

TUTAJ

Redakcja GLOBEnergia