Zład wody dla pompy ciepła – czy bufor jest zawsze potrzebny?.

Bufor ciepła zwiększa zład wody w instalacji i pozwala na akumulację energii zwiększając pojemność cieplną instalacji. Dwie najczęściej spotykane możliwości podłączenia bufora to podłączenie równoległe i szeregowe. 

Sprzęgło hydrauliczne, czyli równoległe podłączenie bufora

Na poniższej grafice pokazano jak może wyglądać instalacja z pompą ciepła i buforem wpiętym w sposób równoległy. W takim podłączeniu bufor pełni również rolę sprzęgła hydraulicznego.

Schemat 1 Układ z bezpośrednim podłączeniem bufora, w sposób równoległy, Źródło: materiały Panasonic

- Najczęściej spotykany przypadek to połączenie bufora w sposób równoległy. W tym przypadku za buforem znajduje się układ grzejnikowy. Od pompy ciepła do bufora zastosowano jeden układ wodny oraz drugi układ wodny, równoważony za buforem. Na rysunku ukazano go pod postacią układu grzejnikowego z własną pompą obiegową - analizuje Paweł Maj, Panasonic heating & cooling solutions

Taka instalacja jest prosta i jednocześnie funkcjonalna, a odpowiednio dobrana objętość buforu zapewnia dostateczny zład wody. Co w przypadku wystąpienia sytuacji awaryjnych za buforem? Czy taki układ zapewnia bezpieczeństwo?

- Jeśli w takim przypadku strona grzewcza zostanie odcięta od reszty obiegu, czy to na głowicach termostatycznych czy w jakiś inny sposób, zład wody a tym samym odpowiedni przepływ dla pompy ciepła nadal jest zapewniony - wyjaśnia Maj. 

Każde rozwiązanie, nawet najmniej skomplikowane ma swoje wady. Jakich możemy się spodziewać w tym przypadku?

- Podpięcie bufora wiąże się z pewną stratą energii. Temperatura na wejściu i wyjściu z bufora będzie się różniła w zakresie 1-3 K. Kolejnym aspektem jest fakt potrzeby poświęcenia miejsca pod taki bufor - uzupełnia ekspert Panasonic.

Należy również rozważyć przypadek bardziej zaawansowanej instalacji. Właśnie takie rozwiązanie ukazano poniżej. Bufor wciąż pozostaje wpięty równolegle, a pojawia się ogrzewanie dwustrefowe. Można powiedzieć, że jest to układ mieszany.

Schemat 2. Grafika przedstawia dwa rozwiązania: dwustrefowe i układ biwalentnym, o którym jest mowa w dalszej części artykułu.  Źródło: materiały Panasonic

Taki układ możemy wykorzystać np. jako układ grzewczy dwustrefowy. Na rysunku za buforem możliwe jest uzyskanie właśnie takich dwóch stref grzewczych: układ o wyższej temperaturze tzw. grzejnikowy i układ mieszany, przykładowo podłogówka. Ekspert zauważa, że w tym przypadku równoległe wpięcie zbiornika buforowego pozwoliło na rozdzielenie dwóch stref grzewczych. W innych przypadkach mogłoby to być tych stref więcej. 

Z pewnością jest to bardziej skomplikowana instalacja pozwalająca na większą kontrolę nad dostarczaną mocą, tym samym dogodniejszą regulację temperatury w pomieszczeniach. W jakich jeszcze przypadkach stosujemy układy mieszane?

- Zbiornik buforowy ma możliwości zastosowania w układach z biwalentnym źródłem ciepła np. z pompą ciepła połączoną z kotłem gazowym. Jest to często spotykany przypadek. Bufor jest dobrym spięciem całego układu hydraulicznego, zapewnia zład wody na potrzeby pompy ciepła. Do układu podpinany jest w prosty sposób i zapewnia wygodne sterowanie strefą grzewczą - twierdzi Paweł Maj, Panasonic

Szeregowe podłączenie bufora, czyli bufor na powrocie

Szeregowe połączenie bufora w instalacji jest drugą z najczęściej spotykanych opcji. Na rysunku przedstawiono jedną z mniej skomplikowanych możliwości wpięcia bufora ciepła do instalacji z pompą ciepła.

Schemat 3, podłączenie bufora w sposób szeregowy do instalacji ogrzewania podłogowego. Źródło: materiały Panasonic

Podłączania bufora ciepła do układu na powrocie sprawia, że instalacja jest bardzo prosta i zasila bezpośrednio układ strefy grzewczej. Ukazana na rysunku instalacja podłogowa jest zasilana bezpośrednio temperaturą wychodzącą z pompy ciepła. 

Projektując instalację często należy zostawić miejsce na ewentualne rozbudowanie jej w przyszłości. Jeżeli w omawianym przypadku na układzie grzewczym pojawiłyby się siłowniki czy głowice termostatyczne na pętlach rozdzielacza podłogowego to dojdzie do całkowitego zamknięcia układu grzewczego. Dlatego też  w przypadku połączenia szeregowego bufor instalowany jest na powrocie czynnika z układu, łącznie ze zaworem upustowo-nadmiarowym, tzw. by-passem. 

- Jeżeli układ grzewczy zostałby odcięty za pomocą siłowników, to pompa ciepła zrealizuje przepływ przez zawór by-passowy, a na powrocie przez bufor ciepła. Jeżeli by doszło do odcięcia strefy grzewczej  w takim układzie, wciąż będziemy mieli zapewniony odpowiedni zład wody, dlatego też tak ważne jest dobranie bufora o odpowiedniej objętości, czyli o objętości równej lub większej od minimalnego zładu wody - precyzuje Maj. 

Kiedy nie musimy stosować bufora ciepła?

W nowo budowanych maszynowniach często brak miejsca na pokaźny bufor ciepła. Takie sytuacje będą zmuszały do zaprojektowania układu ogrzewania centralnego bez zastosowania bufora. Jednocześnie wyposażenie instalacji w pompę ciepła wymusi potrzebę zapewnienia jej minimalnego zładu wody na cele defrostu. W jakich przypadkach bufor uda się pominąć? Podstawowy przypadek to zasilanie instalacji podłogowej w sposób bezpośredni. Ten układ można wykorzystać np. podczas tworzenia całkowicie nowej instalacji w budynku, kiedy wiadomo że klient przyszłościowo nie zamierza instalować żadnego układu sterowania na układzie podłogowym. 

- W takim przypadku rozdzielacz podłogowy jest zasilany bezpośrednio z pompy ciepła, a cały przepływ jest pełny, ponieważ wszystkie pętle są otwarte. Zład wody jest realizowany poprzez powrót do pompy ciepła. Jest to dobre rozwiązanie. Woda, wychodząc z pompy ciepła praktycznie bez strat dociera do strony grzewczej układu zasilając podłogówkę. Sam układ podłogowy ma swoją pojemność cieplną, chociażby sama wylewka jastrychowa pozwala magazynować energię, wystarczającą na potrzeby defrostu - ocenia ekspert Panasonic

Omawiany przypadek przedstawiono na schemacie poniżej:

Schemat 4, ogrzewanie podłogowe w układzie bezpośrednim, bez sterowania. Źródło: materiały Panasonic

Za przykład Maj podaje sytuację, w której po stronie grzewczej instalacja podłogowa ma tysiąc metrów samych pętli. W tym przypadku jest ona w stanie zapewnić zład wynoszący około 200 litrów. Jest to jedna z opcji na uniknięcie montażu bufora w instalacji. To dobre rozwiązanie dla nowych domów, które często mają małe maszynownie. Jest to układ w którym na instalacji ogrzewania podłogowego nie ma siłowników mogących odciąć przepływ. 

Co w sytuacji zastosowania układu ogrzewania podłogowego z częściowym zasilaniem? Przeanalizujmy konkretny przypadek, w którym rozdzielacz podłogowy wciąż jest zasilany bezpośrednio z pompy ciepła, ale pojawia się na nim częściowe sterowanie. Na potrzeby przykładu załóżmy, że w granicach około 50%. Czyli 50% pętli jest zawsze otwartych, 50% pętli jest sterowane przez siłowniki. 

By zobrazować sytuację, przyjmijmy że klient ma nowo wybudowany dom o powierzchni 120 m2. Jest to budynek parterowy z salonem z aneksem kuchennym, trzema sypialniami, łazienkami i częścią komunikacyjną. Układ instalacji znajduje się na grafice poniżej.

Schemat 5, ogrzewanie podłogowe w układzie z częściowym sterowaniem, źródło: materiały Panasonic

- Jeżeli inwestor chciałby sterować ogrzewaniem w każdej z tych sypialni osobno, czyli zastosować niezależne sterowanie strefowe, umożliwi to podpięcie pętli bezpośrednio do rozdzielacza podłogowego. Natomiast część dzienna, czyli salon z aneksem i łazienki zasialne będa bezpośrednio z układu pompy ciepła. Jest to ciekawe rozwiązanie. Mimo tego, że tylko 50% pętli jest otwartych, to w zupełności wystarcza to na zapewnienia zładu wody na potrzeby pracy pompy ciepła - sugeruje Paweł Maj z Panasonic

Z punktu widzenia hydraulicznego, przy dobrze dobranej pompie ciepła, bufor nie jest potrzebny. Sprawdzi się natomiast jako urządzenie do kompensacji mocy w instalacjach z przewymiarowanymi pompami ciepła. Wszystkie przypadki rozpatrywane w naszej analizie miały poprawnie dobrane pompy ciepła.

Źródło: Webinarowa Środa