Po co ten bufor? – równoważenie instalacji hydraulicznych z pompami ciepła

Wymagania pomp ciepła

Pompa ciepła to urządzenie, które wymaga określonego przepływu wody przez skraplacz. Jest to parametr, którego najczęściej nie bierze się pod uwagę przy instalacjach z kotłami węglowymi, peletowym i gazowymi. Dla pompy ciepła liczy się też oprócz przepływu drugi parametr: zład wody w instalacji – czyli ilość płynu, który krąży w układzie grzewczym. Dla przykładu: zakładając parametr ΔT = 5 K (różnicę temperatur pomiędzy wyjściem ze skraplacza a powrotem na niego) dla pompy ciepła o mocy 8 kW, potrzebny jest przepływ na poziomie około 0,4 l/s.

Systemy regulacji

Jak mówi ekspert, instalacje z pompami ciepła wymagają też regulacji. Podobnie zresztą jak układy z innymi źródłami ciepła, jednak dla pomp sprawa jest trochę bardziej skomplikowana. W naszych systemach grzewczych istnieją trzy sposoby regulacji. Najstarszą formą jest regulacja ilościowa – polega na przepuszczaniu przez instalację grzewczą wody o stałej temperaturze. W tym systemie regulacji osiągnięcie wyższej temperatury w pomieszczeniu wymaga przepompowanie przez grzejniki większej ilości wody, ponieważ nie ma możliwości podwyższenia jej temperatury. Taki system najczęściej kojarzony jest z kotłami węglowymi i grzejnikami. Dla użytkownika regulacja polega więc na odpowiednim ustawieniu zaworu przy grzejniku.

„Drugi sposób regulacji to regulacja jakościowa, często zwana regulacją pogodową. Uwzględnianie temperatury zewnętrznej powietrza pozwala na regulację temperatury zasilania systemu grzewczego, dzięki czemu uzyskujemy komfort cieplny” – tłumaczył Adam Minikowski. Przepływ wody w instalacji grzewczej jest stały, a użytkownik reguluje jej temperaturę. Taka regulacja była standardem dla kotłów gazowych. 

Pompy ciepła natomiast pracują dwoma wymienionymi sposobami regulacji – zarówno jakościową, jak i ilościową. Stała jest w tym systemie tylko ΔT, czyli różnica temperatur na skraplaczu między zasilaniem a powrotem. Trzeba więc wymusić odpowiednią temperaturę zasilania i odpowiedni przepływ. Niski współczynnik ΔT wymusza duży przepływ wody w instalacji.

Już wiemy, jakie są sposoby regulacji. Jak wykorzystać te informacje w doborze instalacji grzewczej do domu?

Opcja 1: bezpośrednie podłączenie pompy ciepła do instalacji

Dobrze zaprojektowana i wykonana instalacja z pompą ciepła, na przykład współpracująca z ogrzewaniem podłogowym, nie wymaga bufora. Na etapie projektowania trzeba jednak wziąć pod uwagę kilka kwestii.

„Jeśli dobrze zaprojektujemy taką instalację, czyli uwzględnimy temperaturę zasilania wychodzącą z pompy ciepła względem instalacji grzewczej i obliczymy ΔT dla systemu grzewczego, to instalacja pompy ciepła nie wymaga zbiornika buforowego, chyba że istnieją inne przesłanki” – mówił Adam Minikowski.

Inną przesłanką jest na przykład zład wody w instalacji. Jeśli założymy termostaty na ogrzewaniu podłogowym czy na grzejnikach to ten przepływ jest już zaburzony i wtedy instalacja staje się niezrównoważona. W takiej sytuacji należy uwzględnić, czy bufor jest potrzebny.

Opcja 2: bufor w układzie równoległym

Taki system wymaga dwóch pomp obiegowych – jedna z nich napędza przepływ ciepłej wody od pompy ciepła do bufora, druga od bufora do pompy ciepła. Pompa ciepłą pracuje na stałej ΔT, która nie pokrywa się z ΔT instalacji. 

„Jeśli połączymy pompę ciepła z wysokotemperaturową grzejnikową instalacją grzewczą, w której dodatkowo przepływ wody po stronie systemu grzewczego jest większy niż przepływ po stronie pompy ciepła, temperatura powrotu systemu grzewczego obniża nam temperaturę zasilania z pompy ciepła. Woda z dolnej części bufora wędruje do górnej części bufora, co obniża nam temperaturę zasilania” – mówi Adam Minikowski, dodając, że zmusza to właściciela do podnoszenia krzywej grzewczej, co powoduje spadek wydajności pompy ciepła.

Jeśli przepływ jest większy po stronie pompy ciepła, jest szansa, że wydajność takiego systemu będzie nieco większa. Jeśli jednak zamiast grzejników, będziemy wykorzystywać ogrzewanie podłogowe, sytuacja się zmienia. 

„Jeśli instalacja będzie dobrze zaprojektowana i wykonana, zastosowanie bufora nic nie wnosi. Naszym buforem jest ogrzewanie podłogowe, ogromna masa betonu i wody” – wyjaśnia ekspert Nibe.

Jak bardzo można obniżyć ΔT?

To, jak bardzo można obniżyć temperaturę pracy pompy, da się odczytać z koperty pracy znajdującej się w dokumentacji technicznej urządzenia. Im mniejsza różnica temperatur, tym większy wymagany przepływ. Obniżanie różnicy temperatur może doprowadzić do tego, że pompa ciepła nie będzie w stanie zapewnić odpowiedniej temperatury, pomimo tego, że z urządzeniem wszystko będzie w porządku. W takiej sytuacji winna jest źle dobrana instalacja grzewcza, np. zbyt małe średnice przewodów, które uniemożliwiają większy przepływ wody.

Niekorzystne jest też mieszanie się wody z górnej i dolnej części zbiornika buforowego. Jak go uniknąć? Można odpowiednio podłączyć instalację grzewczą i pompę ciepła z buforem. Mamy oprócz połączenia równoległego kilka możliwości. 

Jedną z nich jest podłączenie szeregowe. Polega ono na podłączeniu pompy ciepła bezpośrednio do systemu grzewczego. Natomiast powrót z instalacji grzewczej trafia do pompy ciepła poprzez bufor. 

Jeśli zainstalujemy na naszym ogrzewaniu podłogowym jakąkolwiek regulację, która ograniczy nam przepływ wody w instalacji, wtedy dodatkowo należy zainstalować zawór nadmiarowo upustowy. 

W dużych instalacjach kaskadowych stosuje się również rozwiązanie, w którym bufor wpięty jest pomiędzy przewody zasilania i powrotu. Takie rozwiązania stosuje się, gdy średnice króćców w buforze mają zbyt małe średnice.  

Kiedy bufor jest dobrym pomysłem?

Bufor należy stosować wtedy, kiedy ma to hydrauliczne uzasadnienie. Brak wody w instalacji, niewystarczający zład, zapewnienie przepływu pompie ciepła – to są parametry, którymi powinniśmy się kierować przy wyborze bufora do systemu grzewczego. Bufor nie jest rozwiązaniem wszystkich problemów eksploatacyjnych w instalacjach z pompami ciepła. Na przykład: bufor nie ustabilizuje cykli pracy pomp ciepła. 

„Pompa ciepła taktuje, kiedy jej moc grzewcza jest wyższa niż zapotrzebowanie budynku, czyli obciążenie cieplne budynku” – mówi ekspert z Nibe i dodaje, że bufor nie będzie antidotum na ten problem. Nie sprawdzi się też dobrze w roli magazynu energii, ponieważ będzie zmuszał pompę ciepła do pracy na wyższych parametrach, a więc o niższym współczynniku efektywności. 

Firma Nibe rozwiązuje problem współpracy pompy ciepła z buforem dzięki zastosowaniu odpowiedniej automatyki. 

„W automatyce NIBE jest kilka parametrów, niwelują powyższe problemy. Przede wszystkim stosujemy logikę opartą o stopniominuty, a dodatkowo możemy ustawić krzywą grzewczą, minimalną temperaturę zasilania zgodnie z kopertą pracy pompy ciepła, ale także ΔT, czyli najważniejszy parametr” – podsumowuje Adam Minikowski. Odpowiednie zaprojektowanie i wykonanie instalacji grzewczej i jej współpracy z pompą ciepła jest kluczem do komfortowego i bezproblemowego wykorzystania pomp ciepła do ogrzewania budynków. 

Źródło: Forum Pomp Ciepła