Materiały projektowe cz. II Dolne źródła pomp ciepła geoTHERM · energi ę w prywatnych domach jest wykorzystywane dla celów ... Jednak Ŝe dzisiaj oszcz ędne traktowanie zasobów

Materiały projektowe cz. II Dolne źródła pomp ciepła geoTHERM

Pompy ciepła do ogrzewania

Pompy ciepła do przygotowywania ciepłej wody

Podstawy doboru i projektowanie dolnego źródła ciepła

10/2007

Ekologia i ekonomia w doskonałej harmonii

Materiały projektowe geoTHERM cz.II 3

W Polsce w przybliŜeniu około trzy czwarte zapotrzebowania na energię w prywatnych domach jest wykorzystywane dla celów związanych z ogrzewaniem i z przygotowywaniem ciepłej wody. Energię pozyskuje się przy tym przede wszystkim poprzez spa-lanie kopalnych nośników energii.

JednakŜe dzisiaj oszczędne traktowanie zasobów naturalnych oraz związane z tym korzyści ekonomiczne i ekologiczne stają się dla coraz to większej ilości ludzi decydującymi kryteriami przy dokonywaniu wyboru odpowiedniego systemu grzewczego.

W tym to właśnie miejscu technologia pozyskiwania energii z wy-korzystywaniem pomp ciepła jawi się jako autentyczna alterna-tywa. Technika wykorzystana w pompie ciepła jest prosta w za-myśle i kaŜdemu dobrze znana w postaci np. lodówki. Aby wy-korzystać zmagazynowaną w otoczeniu energię słoneczną, to do pokrycia 100% zapotrzebowania na ciepło dla celów grzew-czych naleŜy doprowadzić do pompy ciepła jedynie ok. 25% tego zapotrzebowania w postaci elektrycznej energii napędowej.

Ponadto pompa ciepła jako jedyny system grzewczy wykorzystu-jący odnawialne źródła energii, jest w stanie samodzielnie do-starczać energię grzewczą i ciepłą wodę przez cały rok.

System pomp geoTHERM stanowi paletę wyrobów, która potrafi rozwiązać w całości kaŜdą indywidualną potrzebę grzewczą. Po-przez róŜne warianty wyposaŜenia, oznaczane jako geoTHERM exclusiv, geoTHERM plus i geoTHERM, moŜna dla kaŜdego pojedynczego przypadku zastosowania zaoferować optymalnie dobraną pompę ciepła.

Dodatkowo pompa ciepła typu powietrze/woda w wersji geo-THERM classic stanowi korzystną cenowo ofertę systemu grzewczego do stosowania przy modernizacji starego budownic-twa.

Skraplacz Parowacz

SpręŜarka

Zawór roz-pręŜny

1. Podstawy projektowania pomp ciepła

4 Materiały projektowe geoTHERM cz.II

Współczynnik efektywności i współ-czynnik wydajności Współczynnik efektywności ε jest to sto-sunek mocy grzewczej oddawanej przez pompę ciepła do włoŜonej do jej uzyska-nia mocy elektrycznej.

Aby umoŜliwić porównywanie pomp cie-pła z uwagi na ich współczynnik efektyw-ności, to znormalizowano temperatury źródła ciepła i instalacji wykorzystującej pozyskiwane ciepło, przy których wyzna-cza się liczbową wartość współczynnika

ε =oddana moc cieplna

pobrana moc elektryczna

PowyŜsza zaleŜność obowiązuje przy do-kładnie definiowanych warunkach (sta-nach pracy) przeprowadzania pomiaru, np. B0/W35 (wyznaczenie chwilowej war-tości współczynnika efektywności).

Współczynnik wydajności β jest to stosu-nek energii grzewczej oddawanej przez pompę ciepła do włoŜonej do jej uzyska-nia energii elektrycznej, w jednoznacznie zdefiniowanym przedziale czasu:

β =oddana moc cieplna

pobrana moc elektrycznaw zdefiniowanym przedziale czasu

Współczynnik wydajności β wyznacza się np. w odniesieniu do sezonu grzewczego, w ciągu którego pompa funkcjonuje w róŜ-nych stanach pracy. Inne oznaczenie współczynnika ββββ to COP (Coefficient of performance)

1. litera: medium źródła ciepła B = Brine (ang. solanka) W = Water (ang. woda) A = Air (ang. powietrze)

1. cyfra: temperatura źródła ciepła 0 = 0 °C 10 = 10 °C 2 = 2 °C

2. litera: medium odbiornika ciepła W = Water (ang. woda, tutaj woda grzewcza)

2. liczba: temperatura źródła ciepła 35 = 35 °C na zasilaniu 50 = 50 °C na zasilaniu

B 0 / W 35 B 0 / W 50 W 10 / W 35 W 10 / W 50 A 2 / W 35 A 2 / W 50

Sposób oznaczania medium roboczego źródła ciepła (dolnego źródła) oraz medium roboczego odbiornika ciepła (górnego źródła) i ich temperatur

Obieg Carnota Proces w pompach ciepła przebiega w za-sadzie wg cyklu Carnota (idealnego). Opowiadający mu współczynnik efektyw-ności (Carnota) εC moŜna obliczyć z róŜ-nicy temperatur między źródłem ciepła (parowaczem) i instalacją wykorzystującą pozyskiwane ciepło (skraplaczem). Pole powierzchni a (rysunek obok) przed-stawia energię pobraną z otoczenia. Pole powierzchni b, to energia do napędu sprę-Ŝarki. Suma pól obydwóch powierzchni stanowi całkowitą ilość energii oddanej przez pompę ciepła (powierzchnia a + b). Idealnego procesu kołowego nie moŜna zrealizować w warunkach rzeczywistych. Straty energii w systemie powodują, Ŝe faktyczne wartości współczynnika efektyw-

ności COP wynosi: ≅ 4.5 dla pomp ciepła typu solanka/woda (w warunkach B0/W35) oraz > 5.0 dla pomp ciepła typu woda/woda (w warunkach W10/W35).

Wykres T – S obiegu Carnota

4 – 1 = odparowanie 1 – 2 = spręŜanie 2 – 3 = skraplanie 3 – 4 = rozpręŜanie

εC = T/(T – Tu)

Przykład: Tu = 0 °C = 273 K T = 50 °C = 323 K εC = T/(T – Tu) = 323 K/(323 K – 273 K) = 6.46

T = temperatura instalacji wykorzystują-cej pozyskiwane ciepło

Tu = temperatura źródła ciepła S = entropia = ilość energii COP = 6.46 x 0,5 = ok. 3,23



Współczynnik efektywności moŜna okre-ślić w zaleŜności od róŜnicy temperatur.

Określenie współczynnika efektywności w zaleŜności od róŜnicy temperatur

Współczynnik efektywności ε

RóŜnica temperatur ∆T



Obieg pompy ciepła geoTHERM typu solanka/woda Obieg pompy ciepła składa się w zasa-dzie z czterech głównych podzespołów: parownika (parowacza), spręŜarki, skra-placza i zaworu rozpręŜnego. W obiegu krąŜy czynnik roboczy R 407C, nie zawie-rający fluoro- i chlorowęglowodorów (FCKW), a cechujący się nadzwyczaj ni-ską temperaturą wrzenia. W parowniku do czynnika roboczego doprowadzane jest bezpłatne ciepło z otoczenia (kolektor pionowy/poziomy). W efekcie czynnik ro-boczy zmienia tam swój stan skupienia z ciekłego na gazowy. W spręŜarce gazo-wa postać czynnika roboczego zostaje

silnie spręŜona, w związku z czym jego temperatura osiąga wysoką wartość. Pro-ces ten zuŜywa 25% wykorzystywanej w systemie energii elektrycznej. W skrapla-czu następuje przekazanie energii ciepl-nej bezpośrednio do obiegu grzewczego. Wskutek tego czynnik roboczy ochładza się i skrapla. Następnie w zaworze roz-pręŜnym czynnik rozpręŜa się, a przez to równieŜ silnie dalej ochładza i w rezultacie z powrotem moŜe pobierać ciepło z oto-czenia.

NaleŜy wspomnieć o pewnej specyfice pomp ciepła serii geoTHERM Vaillant, ja-ką jest zastosowanie w nich przegrze-

wacz/przechładzacza. Przechładzając czynnik roboczy przekazuje on dodatko-wą energię pompy ciepła do systemu ogrzewania. W tym wszystkim cechą szczególną jest to, Ŝe przekazywanie mocy zarówno przez zespół skraplacza i przechładzacza od-bywa się bez doprowadzania jakiejkol-wiek dodatkowej mocy elektrycznej do kompresora. W rezultacie to przekazywa-ne ciepło nie pociąga za sobą Ŝadnych dodatkowych kosztów, a jedynie co nale-Ŝy zrobić, to tylko taką sytuację uwzględ-nić przy projektowaniu źródła ciepła.

Obieg chłodniczy (ziębniczy) pompy ciepła geoTHERM typu solanka/woda



Sposoby pracy pompy ciepła Sposoby pracy pompy ciepła moŜna po-dzielić na następujące grupy: • Monowalentny sposób pracy

Pompa ciepła jedyne źródło ciepła, wy-korzystywaną do ogrzewania i do przy-gotowywania ciepłej wody. Źródło cie-pła musi być zaprojektowane do cało-rocznej pracy instalacji

• Monoenergetyczny sposób pracy Dostarczanie ciepła zapewniają dwie wytwornice za pośrednictwem tego samego nośnika energii. Pompa ciepła współpracuje z grzałką elektryczną, słuŜącą do pokrycia szczytowego zapo-trzebowania na ciepło. Grzałkę elek-tryczną montuje się wtedy na zasilaniu instalacji wykorzystującej ciepło, a włą-cza ją w razie potrzeby regulator. Udział zapotrzebowania na ciepło pokrywany przez grzałkę elektryczną nie powinien przekraczać 10-15% (optymalnie < 5%).

Monowalentny sposób pracy

Biwalentny alternatywny sposób pracy

• Biwalentny, alternatywny sposób pracy Do pokrycia zapotrzebowania na ciepło zainstalowana jest, oprócz pompy cie-pła, dodatkowe źródło ciepła z innym nośnikiem energii. Wtedy pompa ciepła pracuje tylko do tak zwanej temperatury biwalencyjnej (temperatura zewnętrzna, nastawiana w °C, np. 0 °C), aby w przy-padku pojawienia się niŜszych tempe-ratur zewnętrznych przekazać zadanie dostarczania ciepła drugiego źródła ciepła (np. kocioł grzewczy, gazowy lub olejowy). Ten sposób pracy znajduje często zastosowanie w instalacjach wykorzystujących ciepło przy wysokich temperaturach zasilania. Pompa ciepła w tym przypadku potrafi pokryć 60 – 80% rocznego zapotrzebowania na ciepło (w warunkach klimatycznych Eu-ropy Środkowej)

Monoenergetyczny sposób pracy

Biwalentny równoległy sposób pracy

• Biwalentny równoległy sposób pracy Do pokrycia zapotrzebowania na ciepło zainstalowana jest, oprócz pompy cie-pła, dodatkowa źródło ciepła z innym nośnikiem energii. Od pewnej określo-nej temperatury zewnętrznej dołączana jest druga wytwornica do wspólnego z pompą pokrywania zapotrzebowania na ciepło. Ten sposób pracy uwarunkowa-ny jest załoŜeniem, Ŝe pompa ciepła potrafi pracować nawet przy najniŜ-szych temperaturach zewnętrznych

Vaillant zaleca przy projektowaniu nowej instalacji monoenergetyczny ewentual-nie monowalentny sposób pracy pomp ciepła, aby uniknąć dodatkowych inwe-stycji związanych z drugim źródłem cie-pła.

Punkt doboru pompy ciepła

dni


dni


dni


dni



Projektowanie instalacji z pompą ciepła Instalacja z pompą ciepła składa się z trzech głównych części. Wszystkie te czę-ści muszą zostać optymalnie nawzajem dobrane, aby zapewnić ekonomiczną i niezawodną pracę całej instalacji. Instalacja z pompą ciepła (IPC) składa się w zasadzie z następujących trzech pod-stawowych zespołów: • Instalacja dolnego źródła ciepła (DZC)

wykorzystuje zmagazynowaną w ziemi, w wodzie gruntowej czy teŜ w otaczają-cym nas powietrzu atmosferycznym energię słoneczną i doprowadza ją do pompy ciepła

• Pompa ciepła (PC) podnosi tę energię do poziomu temperatur uŜytecznych dla celów grzewczych. Przy tym pompy ciepła dzielą się na następujące typy w zaleŜności od rodzaju źródła ciepła oraz od sposobu przekazywania ciepła do ogrzewanego pomieszczenia: pompa ciepła typu woda/woda pompa ciepła typu solanka/woda pompa ciepła typu solanka/powietrze pompa ciepła typu powietrze/woda pompa ciepła typu powietrze/powietrze

• Instalacja górnego źródła ciepło (GZC) oddaje energię cieplną do ogrzewane-go budynku. Aby zapewnić wysoką wartość współczynnika sprawności (rocznego współczynnika wydajności), powinno się stosować płaszczyznowe systemy grzewcze (zwykle są to sys-temy ogrzewania podłogowego)

IPC = Instalacja z pompą ciepła DZ = Instalacja źródła ciepła PC = Pompa ciepła GZC = Instalacja wykorzystująca ciepło

Podstawowe zespoły instalacji z pompą ciepła IPC

IPC

PC DZC

GZC

1. Podstawy projektowania pomp ciepła Projektowanie pomp ciepła geoTHERM typu solanka/woda i woda/woda


Przebieg procesu projektowania instalacji z pompą ciepła typu solanka/woda lub woda/woda 1) Stowarzyszenie branŜowe ds. energii, marketingu i zastosowań (HEA) przy VDEW, Frankfurt

PN

1. Podstawy projektowania pomp ciepła Projektowanie pomp ciepła geoTHERM classic typu powietrze/woda


Wybór pompy ciepła/wybór grzałki elektrycznej

Wyznaczenie normatywnego obciąŜenia cieplnego

Wyznaczenie wg normy DIN EN 12831 Zastąpienie normy DIN 4701

Obliczenia wstępne

Obliczenia wstępne wg metody powierzchni okalającej

Dla obiektów budowanych do roku 1980:metoda obliczeń wg HEA 1)

Wybór systemu hydraulicznego

Wyznaczenie temperatury biwalencyjnej

Wybór systemu doprowadzania/odprowadzania powietrza

Wyznaczenie normatywnej temperatury zewnętrznej θe

Z normy DIN EN 12831Zastąpienie normy DIN 4701 Część 2

Wyznaczenie/ustalenie temperatury powierzchni

grzewczych

< 35 °C dla nowych budynków

Maks. 55 °C dla starych budynków

Przebieg procesu projektowania instalacji z pompą ciepła typu powietrze/woda



Wyznaczenie normatywnego obciąŜe-nia cieplnego Istnieje wiele róŜnych metod wyznaczania obciąŜenia cieplnego budynku. Ich do-kładność teŜ jest zróŜnicowana. Wykona-nie dokładnych obliczeń umoŜliwia norma PN/EN 12831. W fazie przygotowywania oferty lub przy projektowaniu instalacji w modernizowanym budynku moŜna opra-cować w sposób przybliŜony parametry instalacji, operując wskaźnikami mocy na jeden metr kwadratowy ogrzewanej po-wierzchni, podanymi w poniŜej zamiesz-czonej tabeli.

Od 2008 w paszporcie energetycznym nowych budynków wykazywać się bę-dzie jednostkowe roczne zapotrzebo-wanie na energię grzewczą (kWh/m

2rok).

Wykorzystując ten parametr moŜna wyznaczyć zapotrzebowanie na ciepło metodą powierzchni ogrzewanej w na-stępujący sposób:

QN = QH x A/bVH QN = Zapotrzebowanie na moc cieplną QH = Jednostkowe roczne zapotrze-

bowanie na energię grzewczą w kWh/m

2rok

A = Ogrzewana powierzchnia w m2

bVH = Godziny pracy pompy ciepła (1 800 – 2 400 h/rok)

Wyznaczenie zapotrzebowania na ener-gię do przygotowywania ciepłej wody Przygotowywanie ciepłej wody jest moŜ-liwe przy stosowaniu wszystkich pomp ciepła firmy Vaillant. Pompy ciepła w wersji geoTHERM exclu-siv i geoTHERM plus na wyposaŜeniu se-ryjnym posiadają podgrzewacz zasobni-kowy z węŜownicą, wykonany ze stali szlachetnej o pojemności 175 l. Pompy ciepła w wersji geoTHERM VWS, VWW, jak równieŜ pompy typu powie-trze/woda w wersji geoTHERM VWL mo-gą współpracować z podgrzewaczami zasobnikowymi z podwójnym płaszczem VIH RW 300 oraz VDH 300/2 (w tym przypadku naleŜy mieć na względzie moŜ-liwości kombinacji przedstawione w cenni-ku).

Pompy ciepła w wersji geoTHERM mogą współpracować z wielofunkcyjnym pod-grzewaczem buforowym allSTOR.

Norma DIN 4708, „Instalacje do central-nego podgrzewania wody”, podaje pod-stawy jednolitego obliczania zapotrzebo-wania na ciepło instalacji do centralnego podgrzewania wody pitnej. PoniŜej za-mieszczona tabela umoŜliwia dokonanie przybliŜonego przeglądu obszarów zasto-sowań pomp ciepła geoTHERM ze zinte-growanymi podgrzewaczami zasobniko-wymi, a takŜe podgrzewaczy zasobniko-wych geoSTOR oraz pomp przeznaczo-nych do przygotowywania ciepłej wody ciepła VWL BM/VWL BB.

Podgrzewacz zasobnikowy ciepłej wody Ilość osób

WyposaŜenie

geoTHERM exclusiv, plus z podgrzewaczem zasobnikowym 175 l.

2*

komfortowe*

geoTHERM exclusiv, plus z podgrzewaczem zasobnikowym 175 l.

4* normalne

*

geoSTOR RW 300 5 komfortowe

geoSTOR RW 300 6 normalne

geoSTOR VDH 300/2 4* komfortowe*

geoSTOR VDH 300/2 5* normalne

*

Pompy ciepła do przygotowywania ciepłej wody VWL BM/ VWL BB

4* normalne

*

* Podane ilości osób oraz wyposaŜenie są danymi uśrednionymi, które w zaleŜności od mocy

grzewczej pompy ciepła mogą się róŜnić od wymienionych tutaj wartości. Iistotną rolę odgrywać mogą okresy czasowej blokady pracy pompy przez lokalnego dystrybutora sieci elektrycznej

Typ domu Izolacja cieplna/okna Moc c.o./m

2

powierzchni ogrzewanej

Moc c.o./m3

kubatury ogrze-wanej

Budynki pasywne Tak/Szyby izolowane cieplnie/rekuperacja

15-25 W/m2 5-10 W/m

3

Budynki niskoenerge-tyczne

Tak/Szyby izolowane cieplnie/rekuperacja

25-40 W/m2 10-16 W/m

3

Nowe budownictwo Tak/Szyby izolowane-

cieplnie 40-50 W/m

2 16-20 W/m

3

Budynek po modernizacji

Tak/Podwójne szyby 60-80 W/m2 25-30 W/m

3

Budynek niemodernizo-wany

Nie/Podwójne szyby 100 W/m

2

lub więcej 40 W/m

3

lub więcej



Wybór pompy ciepła W poniŜej zamieszczonej tabeli podano wydajności pomp geoTHERM exclusiv, geotHERM plus, geoTHERM. Przy mo-

nowalentnym sposobie pracy pompa cie-pła musi samodzielnie zapewnić moc wy-starczającą do ogrzania budynku. Jeśli zaś pompa pracuje monoenerge-

tycznie w połączeniu z grzałką elektrycz-ną, to sama grzałka powinna pokrywać nie więcej, niŜ 3-5% (maks. 15%) zapo-trzebowania na ciepło.

Źródło ciepła Pompa ciepła Moc grzewcza

geoTHERM

VWS 61/2 5.9

VWS 81/2 8.0

VWS 101/2 10.4

VWS 141/2 13.8

solanka/woda

B0/W35

VWS 171/2 17.3

VWW 61/2 8.2

VWW 81/2 11.6

VWW 101/2 13.9

VWW 141/2 20.1

woda/woda

W10/W35

VWW 171/2 23.9

VWL 7 C 7.5 powietrze/woda

A2/W35 VWL 9 C 10.3

geoTHERM plus

VWS 62/2 5.9

VWS 82/2 8.0 solanka/woda

B0/W35 VWS 102/2 10.4

VWW 62/2 8.2

VWW 82/2 11.6 woda/woda

W10/W35 VWW 102/2 13.9

geoTHERM exclusiv

VWS 63/2 5.9

VWS 83/2 8.0 solanka/woda

B0/W35 VWS 103/2 10.4

Wyznaczenie wielkości zwiększenia mocy instalacji źródła ciepła Obowiązuje następujące stwierdzenie: im większa jest instalacja źródła ciepła, tym bardziej ekonomiczna jest eksploatacja pompy ciepła. Jeśli oprócz ogrzewania pomieszczeń mieszkalnych ciepło ma być dostarczane jeszcze dodatkowo do innych odbiorników

energii, to naleŜy to koniecznie uwzględnić przy projektowaniu instalacji źródła ciepła, a takŜe, wśród innych czynników, równieŜ przy dokonywaniu wyboru pompy ciepła. Przy całorocznym zaopatrywaniu się w ciepłą wodę z wykorzystaniem pompy ciepła naleŜy przy projektowaniu kolekto-rów zakładać konieczność zwiększenia mocy grzewczej źródła ciepła o 0.25 kW

lub wyŜszą wartość na kaŜdą osobę. Zwiększenie mocy zakłada się tylko przy stosowaniu pomp ciepła typu so-lanka/woda, gdyŜ wielkość kolektora zaleŜy bezpośrednio od wymaganej ilości energii.

Zwiększenie mocy na przygotowy-wanie ciepłej wody = ilość osób x współczynnik zwiększają-

cy dla ciepłej wody

W przypadku krytych pływalni wielkość zwiększenia mocy zaleŜy w bardzo duŜym stopniu od wielkości i izolacji cieplnej zbiornika basenu kąpielowego, od stoso-wania pokrycia samego basenu oraz od intensywności doprowadzania do niego świeŜej wody. W takich sytuacjach przy wymiarowaniu źródła ciepła naleŜy się kierować wymaganiami dotyczącymi in-stalacji specjalnych.

Współczynnik zwiększający moc na przygotowywanie ciepłej wody

0.25 kW/osoba (40 l. 45oC)

0.5 kW/osoba (80 l. 45oC)

0.75 kW/osoba (120 l. 45oC)

Jeśli lokalny dystrybutor sieci zasilającej (uprzednio zakład energetyczny) blokuje okresowo pracę pompy ciepła, to naleŜy zwiększyć moc grzewczą według nastę-pującego wzoru:

Zwiększenie mocy z powodu blokady zasilania przez zakład energetyczny = moc grzewcza budynku x współczyn-

nik zwiększający dla blokady zasilania

Okres blokady [h] Współczynnik zwiększający

2 0.08

2 x 2 0.10

3 x 2 0.12



Wyznaczenie całkowitej mocy grzew-czej źródła ciepła (Stosować tylko w odniesieniu do pomp ciepła typu solanka/woda).

Moc obliczeniowa c.o. budynku + zwiększenie mocy na przygotowywa-

nie ciepłej wody (opcjonalnie) + zwiększenie mocy z powodu blokady

zasilania przez zakład energetyczny (opcjonalnie)

= całkowita moc grzewcza będąca pod-stawą do zaprojektowania kolektora

Pompę ciepła projektuje się dokładnie na uzyskanie mocy grzewczej wymaganej przez budynek. Zaprojektowanie mniej-szej do 15% pompy moŜe spowodować wydłuŜenie jej czasów pracy (poŜądany efekt) w przejściowych okresach grzew-czych. Wtedy do pokrycia szczytowego zapotrzebowania na ciepło wykorzystuje się grzałkę elektryczną.

Ustalenie temperatur powierzchni grzewczych W procesie projektowania nie moŜna za-kładać temperatur powierzchni grzew-czych wyŜszych od 55 °C (jeśli się jednak to zdarzy, to instalacja musi być eksplo-

atowana w sposób biwalentny). Idealnymi są powierzchniowe systemy grzewcze (np. systemy ogrzewania podłogowego lub ściennego), które mogą zapewnić ogrzewanie obiektu przy niskich tempera-turach zasilania i powrotu. Typowymi wartościami temperatur dla systemu ogrzewania podłogowego są:

• temperatura zasilania 30 – 40 °C

• temperatura powrotu 25 – 35 °C przy najniŜszej normatywnej temperaturze zewnętrznej

Zwiększanie obliczeniowej temperatu-ry zasilania o 1 °C powoduje wzrost kosztów energii elektrycznej o 2,5%

Wybór źródła ciepła Patrz rozdział 2, „Projektowanie dolnego źródła ciepła”.

Wybór układu hydraulicznego Patrz aneks „Układy hydrauliczne”.

Projektowanie pomieszczenia do ustawienia pompy ciepła Pompę ciepła naleŜy ustawić na trwałym podłoŜu. Nie są potrzebne Ŝadne dodat-kowe tłumiki drgań, gdyŜ obieg chłodni-czy jest zamontowany w pompie w spo-sób zabezpieczający przed przenosze-

niem się wibracji, a przyłączeniowe prze-wody prowadzące do systemu grzewcze-go i do źródła ciepła są wykonane w po-staci elastycznych przewodów rurowych. Aby zminimalizować przenoszenie się drgań na elementy konstrukcyjne, to moŜna w miejscu ustawienia pompy cie-pła zedrzeć warstwę jastrychu, który ła-two przenosi drgania, i ustawić pompę bezpośrednio na płycie podłogowej. Przewody obiegu źródła ciepła (solanki) w pomieszczeniu piwnicznym muszą zo-stać izolowane cieplnie w sposób zapew-niający barierę antydyfuzyjną, gdyŜ w przeciwnym razie osadzałaby się na nich kondensat (temperatury przewodów ru-rowych mogą obniŜać się nawet do -15 °C). Do izolacji przejść przewodów rurowych przez mury ścian powinno się stosować rury osłonowe wypełnione piankę stu-dzienną lub odpowiednie przepusty (patrz rysunek).

Przy rozprowadzaniu przewodów zasila-nia i powrotu obiegu solanki w strefie za-marzania gruntu (ok. 1.2 – 1.5 m) teŜ na-leŜy je izolować cieplnie.

Min. kubatura pomieszczeń na przykładzie pomp ciepła geoTHERM exclusiv i geoTHERM plus (Wymagane min. 3,3m

3 kubatury/kg czynnika R407c)

Przykład przeprowadzenia przewodu rurowego przez mur ściany z wy-korzystaniem przepustu



Zbiornik wyrównawczy solanki Do przejęcia zmian objętości solanki w jej obiegu konieczny jest zbiornik wyrównaw-czy. Zbiornik taki wraz z zaworem bezpie-czeństwa o ciśnieniu nominalnym 3 bary wchodzi w zakres dostawy pompy ciepła typu solanka/woda, a jego pojemność wynosi ok. 7 litrów. Zaleca się, aby przy pierwszym uruchamianiu instalacji napeł-nić go do ok. 2/3 pojemności celem uzy-skania odpowiedniego ciśnienia wstęp-nego, wywieranego przez powstałą przy tym poduszkę powietrzną. Zmiana obję-tości mieszanki solankowej, składającej się z 2 części wody i 1 części środka nie-zamarzającego, wynosi ok. 0.8% przy zmianie temperatury o 20 K. Odpowiada to zmianie objętości o ok. 0.8 litra na 100 litrów solanki w okresie jednego sezonu grzewczego (lato – zima). Zatem dołą-czony do dostawy 1 zbiornik wyrównaw-czy wystarcza przy napełnieniu kolekto-

rów przez ok. 500 litrów solanki. Zbiornik wyrównawczy powinno się zamontować w najwyŜszym punkcie przewodu zasila-jącego obieg solanki (patrz rysunek).

Szkic wchodzącego w zakres dostawy zbiornika wyrównawczego solanki

Ciśnienie w obiegu glikolu nie powinno być mniejsze, niŜ 0.5 bara, gdyŜ inaczej moŜe dochodzić do tworzenia się tam pę-cherzyków powietrza i do wynikającego stąd zmniejszenia natęŜenia przepływu solanki.

Jeśli zbiornik wyrównawczy w obiegu so-lanki zostanie zamontowany głębiej, niŜ instalacja kolektora (np. połoŜenie na sto-ku), albo jeśli instalacja zawiera więcej środka niezamarzającego, niŜ zdoła prze-nieść dostarczony zbiornik wyrównawczy (np. w przypadku głębokich odwiertów z sondami w postaci podwójnej U-rurki), to zaleca się stosować zamiast tego zbiornika solarne naczynie wzbiorcze.

W instalacjach źródła ciepła powinno się zamontować następujące dodatkowe elementy:

• Termometr do sygnalizacji temperatury solanki w przewodzie od źródła ciepła do pompy ciepła

• Termometr do sygnalizacji temperatury solanki w przewodzie od pompy ciepła do źródła ciepła

• Manometr

• Zawory kurkowe do napełniania i do opróŜniania

• Zawory odcinające źródło ciepła

• Separator powietrza

• Filtr zanieczyszczeń

• Filtr dokładny z moŜliwością płukania wstecznego (tylko w przypadku pomp ciepła typu woda/woda)

• Licznik wody (tylko w przypadku pomp ciepła typu woda/woda)

• Pojemnik do wychwytywania solanki wypływającej z zaworu bezpieczeństwa (tylko w przypadku pomp ciepła typu solanka/ woda)

Przeprowadzenie przewodów rurowych od źródła ciepła do pomieszczenia, w którym ustawiono pompę ciepła typu solanka/woda

1. Zawory odcinające źródło ciepła 2. Termometry do sygnalizacji temperatury solanki 3. Manometr 4. Zbiornik wyrównawczy solanki wraz z zaworem bezpieczeństwa 5. Pojemnik do wychwytywania solanki 6. Przeprowadzenie przewodów rurowych w rurze osłonowej z izolacją

ze spadkiem w kierunku na zewnątrz do studzienki 7. Flitr siatkowy glikolu (niepokazany na rysunku)



Informacje podstawowe dotyczące projektowania Moc grzewcza pomp ciepła typu powie-trze/woda, inaczej niŜ w pompach typu solanka/woda i woda/woda, bardzo silnie zaleŜy od temperatury zewnętrznej.

Zatem przy projektowaniu pomp ciepła typu powietrze/woda naleŜy pamiętać, Ŝe przy zmniejszającej się temperaturze zewnętrznej dwie okoliczności nabierają szczególnego znaczenia: a) zwiększa się zapotrzebowanie budyn-

ku na ciepło b) moc grzewcza pompy maleje

Pompę ciepła typu powietrze/woda nale-Ŝy tak zaprojektować, aby równieŜ przy najniŜszych temperaturach zewnętrznych gwarantowała dostarczanie ciepła!

Dlatego zawsze musi obowiązywać wa-runek:

Moc obliczeniowa c.o. budynku < mocy cieplnej pompy ciepła + mocy cieplnej alternatywnego źró-

dła ciepła

Temperatura biwalencyjna Pompę ciepła typu powietrze/woda projek-tuje się przy załoŜeniu tak zwanej tempe-ratury biwalencyjnej. Temperatura biwalencyjna jest to tempe-ratura zewnętrzna, powyŜej której obcią-Ŝenie cieplne budynku jest pokrywane wyłącznie przez podstawowe źródła cie-pła. PoniŜej temperatury biwalencyjnej pracuje drugie źródła ciepła, aby pokryć szczytowe zapotrzebowanie na ciepło. Na podstawie temperatury biwalencyjnej ustala się, czy pompa ciepła typu powie-trze/woda będzie eksploatowana w spo-sób monoenergetyczy, czy teŜ biwalentny.

Wyznaczenie normatywnej temperatu-ry zewnętrznej θe wg PN EN 12831. Zamieszczona obok tabela zawiera wy-ciąg wartości normatywnej temperatury zewnętrznej θe dla wybranych miast. Dla miejscowości nie ujętych w tabeli jako normatywną temperaturę zewnętrzna na-leŜy przyjąć wartości, jakie obowiązują dla najbliŜej połoŜonego miasta, wykaza-nego w tabeli, o podobnych warunkach klimatycznych. Pewną pomocą przy okre-ślaniu normatywnej temperatury ze-wnętrznej moŜe być równieŜ mapa z na-niesionymi izotermami. NajniŜsza tempe-ratura zewnętrzna jest potrzebna, aby ją nanieść na wykresie mocy pompy typu powietrze/woda.

Wyznaczenie temperatury biwalencyjnej: punkt biwalencyjny – punkt przecięcia prostej zapotrzebowania na moc grzewczą przez budynek i krzywej mocy grzewczej pompy ciepła typu powietrze/woda

Miasto Strefa

klimatyczna wg PN

Normatywna temperatura

zewnętrzna θe [°C]

Średnia roczna temperatura

zewnętrzna [°C]

Białystok IV -22 6,7

Bielsko-Biała III -20 7,8

Gdańsk I -16 7,9

Jelenia Góra III -20 6,9

Kalisz II -18 7,9

Katowice III -20 7,8

Kielce III -20 7,2

Kołobrzeg I -16 7,6

Kraków III -20 8,0

Kłodzko III -20 7,3

Legnica II -18 8,4

Łódź III -20 7,6

Mikołów III -20 6,9

Nowy Sącz III -20 7,9

Olsztyn IV -22 6,9

Piła II -18 7,6

Przemyśl III -20 7,9

Suwałki V -24 6,0

Szklarska Poręba III -20 6,9

Terespol IV -22 7,2

Warszawa III -20 7,8

Wrocław II -18 8,4

Zakopane V -24 5,0

Zamość III -20 7,2

Zgorzelec III -20 6,9

Zielona Góra II -18 8,2 .

Punkt biwalencyjny

Temperatura zewnętrzna [°C]

Zapotrzebowanie na moc grzewczą przez budynek

Moc grzewcza pompy ciepła

Moc g

rzew

cza [%

]



Wyznaczenie/ustalenie temperatur powierzchni grzewczych Wyznaczenie temperatury biwalencyjnej w zaleŜności od maksymalnej temperatury zasilania w następujących warunkach:

Normatywna temperatura zewnętrzna -12 °C:

• maksymalna temperatura zasilania = 35 °C; moŜliwy jest monowalentny spo-sób pracy pompy ciepła (krzywa grzew-cza 0.3)

• maksymalna temperatura zasilania = 55 °C; moŜliwy jest (jeszcze) monowa-lentny sposób pracy pompy ciepła (krzywa grzewcza 0.9)

• maksymalna temperatura zasilania = 75 °C; biwalentny sposób pracy pompy ciepła; temperatura biwalencyjna wy-nosi ok. 3 °C (krzywa grzewcza 1.6)

Wyznaczenie temperatury biwalencyj-nej Z reguły do współpracy z pompami ciepła projektuje się systemy ogrzewania po-wierzchniowego (np. systemy ogrzewania podłogowego lub inne), które umoŜliwiają realizację monowalentnego lub monener-getycznego sposobu pracy pompy.

Przykład nowego budownictwa

• rodzaj budynku: dom jednorodzinny

• ogrzewana powierzchnia: 150 m2

• normatywne obciąŜenie cieplne budyn-ku wg PN EN 12831 7.1 kW

• najniŜsza normatywna temperatura ze-wnętrzna θe, - 12 °C

• instalacja wykorzystująca pozyskiwane ciepło: system ogrzewania podłogowego z temperaturą zasilania 35 °C przy nor-matywnej temperaturze zewnętrznej θe

PoniewaŜ z reguły nie dysponuje się za-potrzebowaniem budynku na ciepło w za-leŜności od temperatury zewnętrznej, to przy ustalaniu temperatury biwalencyjnej zaleŜność tę upraszcza się do przebiegu liniowego, wyznaczając go w następujący sposób: • punkt A prostej – wyznaczone nor-

matywne obciąŜenie cieplne w zaleŜ-ności od normatywnej temperatury zewnętrznej

• punkt B prostej – wybrana tempera-tura pokojowa naniesiona na osi temperatur zewnętrznych

Prosta poprowadzona przez punkty A i B przedstawia (uproszczoną) zaleŜność za-potrzebowania na moc grzewczą w kW przez budynek od temperatury zewnętrz-nej.

Punkt biwalencyjny (temperatura biwalencyjna) w zaleŜności od maksymalnej temperatury zasilania. Wykres wzorcowy, patrz kolejne strony.

Wyznaczenie temperatury biwalencyjnej dla pomp ciepła geoTHERM VWL 7 C i VWL 9 C. Wykres wzorcowy, patrz kolejne strony

Krzywe grzewcze


Tem

pera

tura

zasila

nia

[°C

]

VW 9 C: temperatura zasilania 35 °C VW 9 C: temperatura zasilania 55 °C VW 7 C: temperatura zasilania 35 °C VW 7 C: temperatura zasilania 55 °C


Moc g

rzew

cza [kW

]



Wykres wzorcowy: punkt biwalencyjny (temperatura biwalencyjna) w zaleŜności od maksymalnej temperatury zasilania

Krz

yw

e g

rze

wcze

Te

mp

era

tura

ze

wn

ętr

zn

a [

°C]

Temperatura zasilania [°C]



Wykres wzorcowy: wyznaczenie temperatury biwalencyjnej dla pomp ciepła geoTHERM VWL 7 C i VWL 9 C

VW

9 C

: te

mpera

tura

zasila

nia

35 °

C

VW

9 C

: te

mpera

tura

zasila

nia

55 °

C

VW

7 C

: te

mpera

tura

zasila

nia

35 °

C

VW

7 C

: te

mpera

tura

zasila

nia

55 °

C

Te

mp

era

tura

ze

wn

ętr

zn

a [

°C]

Moc grzewcza [kW]



Wybór pompy ciepła/wybór dodatko-wego źródła ciepła Na podstawie tabeli do wyznaczania tem-peratury biwalencyjnej okazuje się, Ŝe przy danych obowiązujących w poprzed-nio przedstawionym przykładzie pompa ciepła VWL 9 C pracuje (jeszcze) mono-walentnie, natomiast dla pompy ciepła VWL 7 C temperatura biwalencyjna wy-nosi – 8. 5 °C. Zasadniczo moŜna stoso-wać obydwie pompy. Dobrze jest jednak wybrać pompę ciepła VWL 7 C, gdyŜ: a. stopień pokrycia zapotrzebowania na

ciepło przy biwalentnym równoległym sposobie pracy (tutaj monoenerge-tycznym) wynosi 0.99 (patrz tabela)

b. moc grzewcza przy wyŜszych tempe-raturach zewnętrznych jest zawsze większa od wymaganej

c. moc grzewcza w trybie przygotowywa-nia cieplej wody w lecie musi zostać uwzględniona w odpowiednim doborze wielkości powierzchni węŜownicy pod-grzewacza zasobnikowego

Jeśli jednak pompa ciepła powinna pra-cować w sposób monowalentny równieŜ przy najniŜszej normatywnej temperatu-rze zewnętrznej, to naleŜy wybrać wersję VWL 9 C (pompy ciepła typu powietrze/ woda moŜna stosować do temperatury zewnętrznej – 20 °C). Musi się zagwarantować, Ŝe moc grzew-cza pompy ciepła i dodatkowego źródła ciepła zawsze będzie większy od zapo-trzebowania budynku na moc grzewczą.

Obowiązuje: Normatywne obciąŜenie cieplne bu-dynku < mocy cieplnej pompy ciepła + mocy cieplnej dodatkowej wytwor-

nicy ciepła

Przykład Pompa ciepła VWL 7 C: normatywne za-potrzebowanie ciepła c.o. budynku z

podanego przykładu 7.1 kW < 4.5 kW ( przy -12 °C) + 6 kW (grzałka elektryczna).

Pompa ciepła VWL 9 C: normatywne ob-ciąŜenie cieplne budynku z podanego przykładu 7.1 kW ≤ 7.1 kW ( przy -12 °C).

Instalacje biwalentne Jeśli zapotrzebowanie na ciepło danego budynku jest pokrywane przez system bi-walentny z dwoma róŜnymi wytwornicami ciepła (np. pompa ciepła do pokrycia za-potrzebowania podstawowego oraz kocioł grzewczy do pokrycia zapotrzebowania szczytowego), to na podstawie poniŜej zamieszczonej tabeli moŜna określić udział, jaki w tym pokryciu posiada wy-twornica podstawowa. Aby móc wyznaczyć ten udział, to musi być znana albo temperatura biwalencyj-na, albo udział mocy wytwornicy podsta-wowej.

Temperatura biwalencyjna -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3

Udział mocy 0.77 0.73 0.69 0.65 0.62 0.58 0.54 0.50

Udział w pokryciu zapotrzebowania przy biwa-lentnym równoległym sposobie pracy

1 0.99 0.99 0.99 0.99 0.98 0.97 0.96

Udział w pokryciu zapotrzebowania przy biwa-lentnym alternatywnym sposobie pracy

0.96 0.96 0.95 0.94 0.93 0.91 0.87 0.83

Temperatura biwalencyjna -2 -1 0 1 2 3 4 5

Udział mocy 0.46 0.42 0.30 0.35 0.31 0.27 0.23 0.19

Udział w pokryciu zapotrzebowania przy biwa-lentnym równoległym sposobie pracy

0.95 0.93 0.90 0.87 0.83 0.77 0.70 0.61

Udział w pokryciu zapotrzebowania przy biwa-lentnym alternatywnym sposobie pracy

0.78 0.71 0.64 0.55 0.46 0.37 0.28 0.19

Udział w pokryciu zapotrzebowania przez wytwornicę podstawową (w tym przypadku pompę ciepła) w instalacji eksploatowanej biwalentnie (patrz projekt normy DIN V 4701 – 10)



Wybór systemu doprowadzania i od-prowadzania powietrza – informacje podstawowe

• Musi się zapewnić swobodny przepływ powietrza w strefie jego kanałów wlo-towych i wylotowych

• Nie moŜna dopuścić do termicznego zwarcia (ochłodzone powietrze wypły-wające z kanału wylotowego jest cał-kowicie lub częściowo zasysane z po-wrotem do pompy). Idealnym rozwią-zaniem jest ustawienie kanałów pod ką-tem w naroŜu pomieszczenia. Odno-śnie projektowania systemu kanałów, patrz rozdział 9, „Źródło ciepła”

Granice stosowalności pomp ciepła typu powietrze/woda

• ograniczenie ze strony powietrza at-mosferycznego - 20 °C/+ 35 °C

• ograniczenie ze strony instalacji ogrze-wania + 20 °C/+ 55 °C

Pomieszczenie do ustawienia pompy ciepła/zapotrzebowanie na miejsce System instalacji z pompą ciepła typu po-wietrze/woda obejmuje następujące ele-menty: a. Pompa ciepła typu powietrze/woda;

wymiary: 1 750 x 880 x 880 mm (wysokość x szerokość x głębokość)

b. Buforowy podgrzewacz zasobnikowy VPS; wymiary: 780 x 880 x 1320 mm (średnica x wy-sokość) (ewentualnie jako podgrzewacz wielo-funkcyjny z przygotowywaniem ciepłej wody)

c. Podgrzewacz zasobnikowy VDH; wymiary: 1 700 x 650 x 700 mm (wysokość x szerokość x głębokość)

d. Kanały powietrzne, wlotowy i wylotowy e. Zespół przewodów rurowych do obiegu

ogrzewania.

Przykład ustawienia pompy ciepła z kątowym prawym układem kanałów powietrznych; zapotrze-bowanie na miejsce ok. 5 m

2

Przykład ustawienia pompy ciepła z kątowym lewym układem kanałów powietrznych oraz z za-montowanym we własnym zakresie wielofunkcyjnym podgrzewaczem zasobnikowym; zapotrze-bowanie na miejsce ok. 4 m

2

Przykład ustawienia pompy ciepła z kątowym lewym układem kanałów powietrznych; zapotrzebo-wanie na miejsce ok. 6 m

2

1) Odstęp 800 mm jest niezbędny do wykonywania prac serwisowych; ewentualnie po zdemonto-waniu podgrzewacza zasobnikowego odstęp ten moŜna zmniejszyć do 500 mm.

Podgrzewacz zasobnikowy ciepłej wody

VDH

Pompa ciepła VWL

Buforowy podgrzewacz zasobnikowy

VPS

Zesp

ół p

rzew

o-

dów

ruro

wyc

h

Podgrzewacz zasobnikowy ciepłej wody

VDH

Pompa ciepła VWL

Buforowy podgrzewacz zasobnikowy

VPS

Zespół przewo-dów rurowych

Pompa ciepła VWL

Wielofunkcyjny podgrzewacz zasobnikowy



Odstępy od sąsiadów/konieczność za-chowania krytycznego poziomu hałasu wg TA Lärm NaleŜy kierować się Techniczną Instrukcją w sprawie ochrony przed hałasem (Tech-nische Anleitung gegen Lärm; TA Lärm), traktując ją jako ogólny przepis władz ad-ministracyjnych, odnoszący się do związ-kowej ustawy w sprawie ochrony przed imisją (Bundes-Immissionsschutzgesetz, BImSchG). Powinna ona chronić sąsiadów (ogół ludzi) przed szkodliwym oddziaływa-niem środowiska powodowanym hałasem (pochodzącym z zewnątrz). Na poniŜszym rysunku przedstawiono przykład obliczeniowy sytuacji, która mo-Ŝe zdarzyć się w rzeczywistości.

Kondensat W pompach ciepła typu powietrze/woda, inaczej niŜ w pompach typu solanka/woda i woda/woda, z powodu obniŜenia się tem-peratury poniŜej punktu rosy dochodzi do: a) osadzania się kondensatu na paro-

waczu b) albo teŜ na parowaczu tworzy się

szron lub lód, który następnie topnieje zamieniając się w wodę

W obydwóch przypadkach skondensowa-na woda musi zostać odprowadzona do ścieków poprzez odpowiednio przystoso-wany odpływ, albo za pomocą pompy do kondensatu. W zaleŜności od warunków pracy instalacji w ciągu jednej godziny moŜe się wytwarzać do ok. 2 litrów kon-densatu.

W odległości 8 m hałas w miejscu jego imisji zmniejsza się do poziomu odpowiadającemu wartości wymaganej w BImSchG (Techniczna Instrukcja w sprawie ochrony przed hałasem) (krytyczny poziom hałasu Lr ≤ 35 db(A). Obliczenia krytycznego poziomu hałasu wg Technicznej Instrukcji w sprawie ochrony przed hałasem w tym przykładzie przeprowadzono przy załoŜe-niu swobodnego rozprzestrzeniania się fali dźwiękowej w przestrzeni półkulistej, braku wiatru oraz przy ściśle określonej wilgotności powietrza. Do-datkowe przeszkody w rozprzestrzenianiu się hałasu, np. zabudowa terenu (zacienienie przed hałasem) mogą znacząco wpłynąć na uzyskany wynik. Zaleca się dokonanie odpowiednich uzgodnień z sąsiadami.

za dnia nocą

Tereny przemysłowe 70 db(A) 70 db(A)

Tereny rzemieślnicze 65 db(A) 50 db(A)

Tereny z ogólną zabudową mieszkaniową 55 db(A) 40 db(A)

Tereny wyłącznie z zabudową mieszkaniową 50 db(A) 35 db(A)

Krytyczny poziom hałasu Lr w miejscu jego imisji połoŜonym na zewnątrz budynków

62 dB (A) Całkowity poziom hałasu

Pompa ciepła VWL z kanałem wlotowym i kanałem wylotowym

powietrza

Okno jako miejsce imisji hałasu

Krytyczny poziom hałasu wg TA: Lr = 35 db (A) (poziom hałasu w nocy)

Dom 1 Dom 2

8 m

1. Podstawy projektowania pomp ciepła Podstawy chłodzenia


Chłodzenie pomieszczeń poprzez ist-niejące tam powierzchnie – podłogi, ściany i sufity W nowoczesnym budownictwie (dom nis-koenergetyczny klasy standard lub wyŜ-szej) chłodzenie z wykorzystaniem syste-mu ogrzewania podłogowego pracującego ze stosunkowo wysokimi temperaturami jest moŜliwe do realizacji bez napotykania jakichkolwiek trudności. Wymagane w re-alizowanym tym sposobem procesie chłodzenia temperatury zasilania w grani-cach od 16 °C do 20 °C uzyskuje się tylko poprzez samo krąŜenie solanki w kolekto-rach płaskich lub w sondach głębinowych, bez załączania spręŜarki.

JednakŜe przy chłodzeniu poprzez system ogrzewania podłogowego ograniczone są moŜliwości regulacji temperatury pokojo-wej, gdyŜ wyprowadzanie energii z budyn-ku tą drogą nie jest zbyt intensywne. Za-leca się przeprowadzenie obliczeń obcią-Ŝenia chłodniczego budynku (np. za po-mocą arkusza do wykonywania obliczeń obciąŜenia chłodniczego, oferowanego przez firmę Vaillant), aby móc oszacować potrzebną moc chłodniczą. Współczynniki przenoszenia ciepła (po-przez konwekcję i promieniowanie) przy ogrzewaniu i chłodzeniu róŜnią się w za-leŜności od powierzchni, której to dotyczy (patrz tabela).

Przenoszenie ciepła i czynniki wpływa-jące na ten proces Moc cieplna, moŜliwa do wyprowadzenia z pomieszczenia poprzez podłogę w pro-cesie chłodzenia, zaleŜy w zasadzie od intensywności transportu ciepła z powie-trza znajdującego się w pomieszczeniu w kierunku powierzchni podłogi i potem dalej do przewodów rurowych systemu ogrzewania, rozprowadzonych w warstwie jastrychu.

Jednostkowa moc chłodnicza podłogi za-leŜy w tej sytuacji od średnicy przewodów rurowych systemu ogrzewania podłogo-wego, od odstępów między przewodami, od warstwy jastrychu pokrywającej prze-wody oraz od materiału, którym podłoga jest wyłoŜona.

Zdecydowana większość przewodów ru-rowych stosowanych dzisiaj w systemach ogrzewania podłogowego, to przewody z tworzyw sztucznych, w których róŜnice współczynnika przenikalności cieplnej mają znikomy wpływ na proces przeno-szenia ciepła. JednakŜe większa średnica przewodów wpływa korzystnie moc chłod-niczą.

Istotny wpływ na wielkość jednostkowej mocy chłodniczej posiada odstęp między przewodami rurowymi systemu ogrzewa-nia podłogowego. Ze zmniejszaniem się odstępów wzrasta moc chłodnicza, gdyŜ maleje wtedy temperatura na powierzchni podłogi. Dzisiejsze, oparte na pompach ciepła systemy grzewcze, z odstępami przewodów rurowych wynoszącymi ok. 10 cm dobrze nadają się do chłodzenia podłogowego.

Bardzo waŜnym czynnikiem w odprowa-dzaniu ciepła z domu jest materiał, któ-rym wyłoŜono podłogę (inaczej, niŜ jeśli chodzi o pokrycie przewodów rurowych warstwą jastrychu). Podłoga przykryta cięŜkim dywanem w znaczący sposób zmniejsza moc chłodzenia w porównaniu z podłogą wyłoŜoną płytkami ceramiczny-mi (patrz wykres poniŜej).

Współczynnik przenoszenia

ciepła [W/m

2 x K]

Temperatura powierzchniowa [°C]

Maksymalna moc jednostkowa

[W/m2]

Ogrzewanie Chłodzenie

Maksymalna przy. ogrzewaniu

Minimalna przy chłodzeniu

Ogrzewanie Chłodzenie

Podłoga: strefy skrajne strefy środkowe (w któ-rych przebywają ludzie)

11 11

7 7

35 29

20 20

165 99

42 42

Ściana 8 8 ~ 40 17 160 72

Sufit 6 11 ~ 27 17 42 99

Źródło: B. Olsen, Velta

Przenoszenie ciepła w zaleŜności od temperatury i materiału wykładziny podłogowej Źródło: Akademia UPONOR-Velta

Odstępy między przewodami rurowymi: 10 cm (Vz 10) Grubość warstwy jastrychu: s = 45 mm Jastrych: λE 1.2 W/m K

Dywan

Płytki ceramiczne



Minimalna temperatura zasilania, tem-peratura punktu rosy Z powodu naturalnego ograniczenia mocy chłodniczej system ogrzewania podłogo-wego nie zawsze jest w stanie uzyskać drogą regulacji stałą wartość temperatury pokojowej. W zasadzie musi się sterować procesem chłodzenia w taki sposób, aby zadawana temperatura zasilania zapew-niła uniknięcie ryzyka skraplania się wo-dy. Na zamieszczonym obok rysunku po-kazano, Ŝe w lecie wilgotność właściwa osiąga wartość ponad 9 g/kg powietrza. Przy takiej zawartości pary wodnej w po-wietrzu temperatura punktu rosy wynosi ok. 13 °C (przy wilgotności względnej powietrza ok. 55%).

Minimalna temperatura zasilania przy pasywnym chłodzeniu, temperatura punktu rosy

Przy wykorzystywaniu systemów ogrze-wania powierzchniowego do chłodzenia waŜnym problemem jest ograniczenie temperatur powierzchni chłodzących lub temperatur wody chłodzącej celem unik-nięcia kondensacji pary wodnej. Jedną z moŜliwości w tym zakresie jest przyjęcie minimalnej temperatury zasilania wody chłodzącej. W wielu zastosowaniach po-wierzchniowe systemy grzewczo-chłodzą-ce współpracują z mechanicznym syste-mem wentylacyjnym. Poprzez wentylację zmniejsza się wilgotność powietrza w chło-dzonych pomieszczeniach w takim stop-niu, Ŝe moŜna wykluczyć procesy konden-sacji pary wodnej i dzięki temu zwiększyć moc chłodniczą systemu.

Górna granica wilgotności powietrza, za-pewniająca dobre samopoczucie wg DIN 1946, Część 2 wynosi 11.5 g wody/kg su-chego powietrza. Taka wilgotność właś-ciwa odpowiada temperaturze punktu ro-sy 16 °C.

Stosowanie instalacji wentylacyjnej z od-zyskiem ciepła gwarantuje utrzymanie tej granicznej wilgotności powietrza. Ozna-cza to, Ŝe wtedy temperatura punktu rosy nie przekroczy 16 °C. W takiej sytuacji nie naleŜy spodziewać się skraplania pary wodnej.

Jeśli natomiast instalacja wentylacyjna nie zostanie przewidziana, to wilgotność w budynku będzie zaleŜeć od wilgotności powietrza atmosferycznego oraz od ob-ciąŜeń wewnętrznych. Tylko przez nie-wielką ilość godzin w ciągu roku wilgot-ność właściwa powietrza atmosferyczne-go przekracza 13 g/kg powietrza (tempe-ratura punktu rosy wynosi wtedy 18 °C).

W przypadku, gdy przewody rurowe są ułoŜone w warstwie jastrychu, to z powo-du pewnego ogrzewania się wody między zaworem mieszającym i rozdzielaczem naleŜy przyjąć temperaturę zasilania niŜ-szą o ok. od 1 °C do 2 °C. W systemach z przewodami rurowymi rozmieszczonymi na sucho temperatura zasilania w zasa-dzie nie powinna być niŜsza od tempera-tury punktu rosy.

PoniewaŜ w danym domu wilgotność bez-względna jest w przybliŜeniu jednakowa we wszystkich jego pomieszczeniach za sprawą ruchów powietrza, to wystarcza przyjęcie równieŜ jednakowej temperatury zasilania dla wszystkich tych pomierzeń.

Mannheim

Bremerhaven

Berlin

Wilg

otn

ość

wła

ściw

a w

g/k

g

Tem

pera

tura

punktu

rosy w

°C



Rozwiązania systemowe Jako rozwiązanie szczególnie ekonomicz-ne i zarazem kompaktowe nasuwa się system oparty na serii pomp ciepła geo-THERM exclusiv VWS 63/2, 83/2, 103/2. Ta seria pomp wyposaŜona jest we wszystkie elementy niezbędne do pracy w trybie ogrzewania, przygotowywania ciepłej wody i chłodzenia. Potrzebny jest jeszcze tylko zdalne sterowanie VR 90, stanowiące wyposaŜenie dodatkowe. Je-śli ponadto Ŝąda się, aby poszczególne pomieszczenia dysponowały moŜliwością indywidualnej regulacji temperatury poko-jowej, (odpowiedni regulator temperatury pokojowej musi być przystosowany do pracy w trybie chłodzenia), to naleŜy jeszcze we własnym zakresie zamonto-wać sprzęgło hydrauliczne oraz pompę obiegu ogrzewania (chłodzenia).

W przypadku niekorzystnego usytuowania moŜe się okazać konieczne załoŜenie izolacji cieplnej sprzęgła hydraulicznego i rozdzielacza obiegu grzewczego. Izolacja ta musi zapewniać barierę antydyfuzyjną. Stosowanie buforowego podgrzewacza zasobnikowego nie jest moŜliwe z powodu osadzania się rosy i zagroŜenia korozją.

Przykład

Zimna woda



Podsumowanie problematyki chłodze-nia z wykorzystaniem systemu ogrze-wania podłogowego Chłodzenie podłogowe stanowi część ła-godnego systemu klimatyzacyjnego, któ-rego stosowanie dzisiaj umoŜliwia zwykle znakomicie realizowane zadanie ochrony ciepła. Najlepsza izolacja cieplna, elastycz-na ochrona przed słońcem oraz dwukie-runkowa instalacja wentylacyjna z odzy-skiem ciepła lub chłodu, zapewniająca usuwanie wilgoci z budynku, to czynniki zapewniające prawidłowe funkcjonowanie naturalnego chłodzenia poprzez podłogi, ściany i sufity.

W praktyce w budynkach mieszkalnych zakłada się pracę systemu ogrzewania podłogowego w trybie chłodzenia przy temperaturze zasilania 18 °C i temperatu-rze powrotu 21 °C. Wtedy moŜna się spodziewać, Ŝe jednostkowa moc chłod-nicza będzie wynosić ok. 25 – 30 W/m

2

dla podłogi pokrytej płytkami ceramicz-nymi oraz ok. 15 – 20 W/m

2 dla podłogi

pokrytej dywanem.

W przypadku pomieszczeń bardzo zawil-goconych, jak np. łazienki, w zasadzie za-leca się, aby tam nie chłodzić podłogi, ale podczas pracy systemu w trybie chłodze-nia ten obieg zamykać. MoŜna to uczynić ręcznie, zamykając odpowiedni zawór, albo automatycznie, wykorzystując zawór strefowy.

Chłodzenie pomieszczeń za pomocą konwektorów klimatyzacyjnych Nadmiar ciepła moŜna usuwać z pomiesz-czeń mieszkalnych za pomocą konwekto-rów klimatyzacyjnych (tzw. konwektorów wentylatorowych) i odprowadzać do grun-tu.

Konwektory klimatyzacyjne projektuje się w przypadku chłodzenia pasywnego przy załoŜeniu temperatur 15 °C/20 °C. W po-łączeniu z konwektorami wentylatorowymi jako solankę moŜna stosować mieszani-nę etanolu i wody z uwagi na jej bardziej korzystną lepkość.

Rozwiązanie pomp geoTHERM exclusive jest w przygotowaniu

1. Podstawy projektowania pomp ciepła Przyłączenie elektryczne


Elektryczne przewody przyłączeniowe/ bezpieczniki W zaleŜności od elektrycznej mocy przy-łączeniowej pompy ciepła oraz od odle-głości podrozdzielni wynikają podane w zamieszczonej obok tabeli przekroje poprzeczne przewodów oraz bezpieczniki.

Pompa ciepła NatęŜenie robocze prądu

Przekrój poprzeczny przy długości przewodu do 20 m

Bezpiecznik

VWS, VWW 61/2 2.6 A 2.5 mm2

* 16 A, zwłoczny

VWS, VWW 81/2 3.4 A 2.5 mm2

* 16 A, zwłoczny

VWS, VWW 101/2 4.5 A 2.5 mm2

* 16 A, zwłoczny

VWS, VWW 141/2 6.8 A 4.0 mm2

* 20 A, zwłoczny

VWS, VWW 171/2 8.1 A 4.0 mm2

* 20 A, zwłoczny

VWL 7 C 2.5 mm2

* 16 A, zwłoczny

VWL 9 C 2.5 mm2

* 16 A, zwłoczny

* Zamieszczone dane odnoszą się rozprowadzenia przewodów elektrycznych wg sposobu B2: przewody wieloŜyłowe poprowadzone w osłonie rurowej na ścianie

Pompa obiegu solanki, pompa obiegu ogrzewania, zawór przełączający, czujniki temperatury na zasilaniu i na powrocie obiegu ogrzewania oraz czujniki tempera-tury na zasilaniu i na powrocie obiegu so-lanki w pompach ciepła geoTHERM, geoTHERM plus i geoTHERM exclusiv są juŜ przyłączone fabrycznie.

Przewody, które naleŜy przewidzieć do doprowadzenia zasilania elektrycznego pompy ciepła

Zasilanie kompresora prądem trójfazowym, przekrój przewodów elektrycznych wg tabeli, przewód przyłączeniowy/bezpiecznik

5-Ŝyłowy

Zasilanie grzałki elektrycznej prądem trójfazowym (wewnętrzne okablowanie)

4 x 2.5 mm2

Zasilanie sieciowe regulatora 3 x 1.5 mm2

Przewód zasilający czujnika temperatury zewnętrznej min. 2 x 0.75 mm2

Przewód zasilający czujnika zdalnego sterowania VR 90 min. 2 x 0.75 mm2

Przewód zasilający czujnika temperatury podgrzewacza zasobni-kowego (jeśli nie montuje się podgrzewacza VDH obok grzewczej pompy ciepła geoTHERM )

min. 2 x 0.75 mm2

Przewód zasilający zanurzeniowej pompy studziennej (przekrój poprzeczny przewodu zgodnie z danymi producenta pompy)

5-Ŝyłowy

Blokada doprowadzania prądu przez lokalnego dystrybutora pu-blicznej sieci zasilającej (zakład energetyczny)

min. 2 x 1.75 mm2

Przewody elektryczne, przewidziane do zasilania pompy ciepła geoTHERM firmy Vaillant

1. Pompa ciepła 2. Podrozdzielnia/szafka licznikowa 3. Regulator bilansujący energię 4. Pompa obiegu solanki/pompa zanurzeniowa

(w pompach ciepła typu woda/woda) 5. Pompa obiegu ogrzewania 6. Czujnik temperatury zewnętrznej 7. Regulator temperatury pokojowej VWZ RF 8. Zawór przełączający do trybu przygotowywania ciepłej

wody 10. Licznik zuŜycia energii elektrycznej przez pompę ciepła 11. Licznik zuŜycia energii elektrycznej w gospodarstwie

domowym

Solanka Ogrzewanie

2. Projektowanie źródła ciepła Przegląd


Energia cieplna pochodząca ze słońca jest zmagazynowana wszędzie wokół nas: w ziemi, w wodzie i w powietrzu. Za po-mocą specjalnych wymienników ciepła, tak zwanych kolektorów, lub bezpośred-nio w przypadku powietrza, moŜna tę energię pozyskiwać i doprowadzać do obiegu termodynamicznego pompy cie-pła. Źródła ciepła charakteryzują się róŜ-ną wydajnością, wskutek czego równieŜ odpowiednio róŜna jest efektywność po-zyskiwania z nich ciepła.

Woda gruntowa oraz sam grunt umoŜli-wiają eksploatację pompy ciepła jako je-dynego systemu grzewczego (praca mo-nowalentna). Otaczające powietrze atmo-sferyczne, traktowane jako źródło ciepła, równieŜ zapewnia ekonomiczne wykorzy-stywanie pompy ciepła (praca monoener-getyczna lub biwalentna).

Aby zbudować system, składający się ze wzajemnie dopasowanych: źródła ciepła, pompy ciepła oraz z instalacji wykorzystu-

jącej pozyskiwane ciepło, naleŜy przede wszystkim moŜliwe dokładnie określić po-trzeby, które ten system powinien zaspo-kajać i jego najwaŜniejsze parametry.

Zamieszczony na str. 29 arkusz pytań powinno się moŜliwie jak najdokładniej wypełnić. Do arkusza moŜna dołączyć w formie załącznika ewentualne dodatko-we wskazówki i informacje.

* Woda zabezpieczona przed zamarzaniem

Przekazywanie ciepła za pomocą pompy ciepła

Woda Instalacja wykorzystująca

pozyskiwane ciepło

Typ pompy ciepła

Sposób pracy

Pompa ciepła typu solanka

*/woda

Pompa ciepła typu woda/woda

Pompa ciepła typu powietrze/woda


monowalentny/ monoenergetyczny

monowalentny monoenergetyczny/

biwalentny monoenergetyczny/

biwalentny

Grunt Woda Powietrze Powietrze Źródło ciepła

Kolektor

• Kolektor gruntowy płaski

• Sonda gruntowa

• Kolektor kompaktowy

• Kolektor gruntowy ukła-dany w rowie

• Woda gruntowa

• Woda powierzchniowa

• Woda chłodnicza, ścieki, woda uŜytkowa

• Powietrze atmosfe-ryczne

• Ciepło z odzysku

• Systemy absorpcyjne

2. Projektowanie źródła ciepła Przegląd


Źródło ciepła Nazwa źródła ciepła

Nazwa pompy ciepła

Medium robo-cze w instalacji grzewczej

Zalety Wady Rysunek

Grunt Kolektor gruntowy płaski

Pompa ciepła typu solanka/woda

Woda • system zamknięty • solanka – bezpieczne

medium (glikol auten-tycznie stosowany w produktach spoŜyw-czych)

• mniejsza wydajność cieplna od wody grun-towej

Sonda gruntowa Pompa ciepła typu solanka/woda

Woda • mniejsze zapotrzebo-wanie na miejsce, niŜ w przypadku kolektora gruntowego płaskiego

• poza tym zalety, jak wyŜej

• stosunkowo wysokie koszty przy wykonywa-niu odwiertów

Kolektor kompak-towy


Woda • system zamknięty • mniejsze zapotrzebo-

wanie na miejsce, niŜ w przypadku kolektora gruntowego płaskiego

• łatwy transport

• zalecany tylko do bu-dynków pasywnych

• nie jest moŜliwe wysu-szanie jastrychu oraz zwiększone korzystanie z ciepłej wody

Kolektor gruntowy układany w rowie


Woda • mniejsze zapotrzebo-wanie na miejsce, niŜ w przypadku kolektora gruntowego płaskiego

• poza tym zalety, jak wyŜej

• technicznie skompliko-wane wykopanie rowu (głębokiego do 3 m)

Woda Woda zagospoda-rowana systemem studni

Pompa ciepła typu woda/woda

Woda • najwyŜszy współczyn-nik sprawności, gdyŜ woda przez cały rok posiada temperaturę w granicach 8 – 10 °C

• zagroŜenie studni chłonnej kolmatacją

• zagroŜenie wymiennika ciepła korozją

• system otwarty

Powietrze Powietrze zuŜyte Pompa ciepła typu powietrze/woda

Woda • wysoki współczynnik sprawności

• często wykorzystywana tylko do przygotowywa-nia ciepłej wody

• źródło ciepła będące do dyspozycji tylko w nie-wielkim zakresie mocy

Powietrze atmos-feryczne


Woda • w lecie wyŜsze współ-czynniki sprawności

• korzystna cenowo re-alizacja

• źródło ciepła charakte-ryzujące się duŜymi wahaniami temperatury

Absorber Pompa ciepła typu powietrze/woda

Woda • pośrednie odparowanie w obiegu pośredniczą-cym

• róŜnorodne moŜliwości ukształtowania absor-bera w postaci dachu, płotu lub stoŜka ener-getycznego, czy teŜ energetycznej fasady

• źródło ciepła charakte-ryzujące się duŜymi wahaniami temperatury

2. Projektowanie źródła ciepła Formularz pytań z oprogramowania wspomagającego projektowanie


Arkusz pytań do projektowania instalacji z pompą ciepła

Prosi się o moŜliwie jak najbardziej dokładne wypełnienie arkusza z pytaniami, aby uzyskać prawidłowo zaprojektowaną pompę ciepła.

Informacje dotyczące projektu/zadania budowlanego

Klient: ................................................................ Telefon ................................................................

Ulica, nr domu: ................................................................ Faks ................................................................

Kod pocztowy, miejscowość: ................................................................ E-mail ................................................................

Projektant: ................................................................ Telefon ................................................................



Kompetentny dystrybutor lokalnej sieci zasilającej (zakład energetyczny): ...........................................................................................

Suma czasów blokady zasilania: 0 h 2 h

2 x 2 h 3 x 2 h

Wybór źródła ciepła: grunt za pomocą odwiertów

woda gruntowa za pomocą kolektora gruntowego

powietrze atmosferyczne

Normatywne obciąŜenie cieplne budyn-ku wg PN-EN 12831:

kW

Przygotowywanie ciepłej wody: ilość osób

za pomocą pompy ciepła do ogrze-wania

za pomocą pompy ciepła do przy-gotowywania ciepłej wody

inne sposoby Dane na temat sposobu przygotowywania ciepłej wody

Sposób pracy pompy ciepła: monowalentny/monoenergetyczny

biwalentny

System ogrzewania: ogrzewanie podłogowe

inne ogrzewanie powierzchniowe Dane na temat rodzaju ogrzewania

ogrzewanie radiatorowe

inne ogrzewanie Dane na temat rodzaju ogrzewania

Grunt jako źródło ciepła: (oszacowanie do projektu kolektora gruntowego wg najlepszej wiedzy)

suchy Ŝwir, piasek wodonośny Ŝwir, piasek

wilgotne gliny, iły suche gliny, iły

gnejs wapień

granit, bazalt

Woda gruntowa jako źródło ciepła: (wymagane natęŜenie przepływu wody powinno wynosić ok. 25l l/h na 1 kW mocy grzewczej)

średnia temperatura wody

natęŜenie przepływu wody

jakość wody

Powietrze atmosferyczne jako źródło ciepła: (Dołączyć szkic z wymiarami gabarytowymi miejsca do ustawienia pompy)

ustawienie pompy ciepła w piwnicy ustawienie pompy ciepła poniŜej poziomu ziemi

Kanały wlotowe i kanały wylotowe po-wietrza:

z kątowym układem kanałów po-wietrznych

układem kanałów powietrznych po-prowadzonych przez jedną ścianę

2. Projektowanie źródła ciepła Sondy gruntowe – wprowadzenie


Odwierty Do pozyskiwania ciepła z ziemi sprawdziły się odwierty gruntowe jako dojrzałe i nie-zawodne rozwiązanie. Ten typ kolektora szczególnie doskonale nadaje się do sto-sowania przy pobieraniu ciepła z działki o małej powierzchni, na której nie ma miej-sca na załoŜenie kolektora gruntowego płaskiego. Dla domu jednorodzinnego o powierzchni mieszkalnej 150 m

2 i zapo-

trzebowaniu na moc grzewczą 8 kW po-trzebna jest pionowy wymiennik gruntowy o długości ok. 110 m (dla współczynnika

λ=3,5 −skała o duŜej przewodności) Sys-tem przewodów rurowych odwiertu roz-mieszcza się pionowo w ziemi, w odwier-tach o głębokości do 120 m. W razie po-trzeby całą długość sondy moŜna podzie-lić na kilka odwiertów. Sondy gruntowe rozmieszcza się piono-wo w odwiercie. Na zamieszczonym obok rysunku pokazano instalację z sondą gruntową. MoŜna łączyć kilka sond, aby przy zachowaniu tej samej długości prze-wodów rurowych w obiegu solanki uzys-kać mniejsze głębokości odwiertów.

Schemat działania sondy gruntowej

1. Zawór odcinający 2. Termometr 3. Manometr 4. Zbiornik wyrównawczy solanki z zaworem bezpieczeństwa 5. Wymiennik w postaci podwójnej U-

rurki (2 obiegi na odwiert), głębokość odwiertu w zaleŜności od właściwości podłoŜa, zgodnie z dokonanym dobo-rem wymiarów

6. Głowica do zmiany kierunku z prze-wodami kolektora, zespawana fabrycz-nie, długość ok. 150 cm, średnica ok. 10 cm. Średnica odwiertu ok. 115 – 220 mm. Dodatkowy obciąŜnik stalo-wy, słuŜący do wprowadzania kolekto-ra do odwiertu, długość ok. 50 – 120 cm, średnica ok. 8 cm

a Zasilanie/powrót ze spadkiem w kie-runku od pompy ciepła do sondy gruntowej, w podłoŜu piaszczystym ułoŜone na głębokości ok. 1 m; odpo-wietrznik kolektora przy pompie ciepła

b. Minimalna odległość od fundamentu budynku powinna wynosić 2 m

c,d Rura okładzinowa, stosowana w przy-padku luźnego materiału, o długości ok. 6 – 20 m, średnica ok. 17 cm

Podsypka z piasku kwarcowego, wypeł-niająca pustą przestrzeń otworu plus specjalny wypełniacz np. (bentonit)

2. Projektowanie źródła ciepła Podstawy projektowania sondy gruntowej


Zaprojektowanie i wykonanie instalacji do pozyskiwania ciepła z wykorzystaniem sondy gruntowej musi zostać przeprowa-dzone zgodnie z dyrektywą VDI 4640 (Termiczne wykorzystanie gruntu) oraz wg aktualnego stanu techniki, przy prze-strzeganiu obowiązujących przepisów prawnych.

Informacje podstawowe W przypadku pomp ciepła sprzęŜonych z ziemią Ŝąda się wysokiej przewodności cieplnej gruntu, aby ciepło z niego mogło dobrze przenikać do kolektora.

MoŜliwości przenoszenia ciepła przez dany materiał w warunkach stacjonarnych charakteryzuje jego współczynnik prze-wodnictwa cieplnego λ (jednostka: W/m K).

Sondy gruntowe pozyskują energię ciepl-ną z istniejącego geotermicznego strumie-nia ciepła (płynącego w kierunku od wnę-trza ziemi ku jej powierzchni) oraz z prze-pływającej wody gruntowej. Jedynie do głębokości ok. 10 – 15 m pewne znacze-nie posiada promieniowanie słoneczne oraz woda infiltracyjna, względnie woda deszczowa.

Sondy gruntowe zwykle mogą osiągać głębokości od 10 m do 120 m.

Jeśli sonda będzie zbyt mała, to moŜe to skutkować niskimi temperaturami solanki. Długoterminowo, w czasie od jednego do drugiego okresu grzewczego, temperatu-ra solanki moŜe się wskutek tego obniŜać.

Skierowanie zapytania do kompetentnego za-kładu wykonującego odwierty

Normatywne obciąŜe-nie cieplne budynku

wg PN-EN 12831

Wielkość ogrzewanej powierzchni

Wyznaczenie mocy pompy ciepła

Obliczenie mocy chłodniczej

Określenie kolejności zalegania warstw wo-donośnych i stosunków wodnych

Ustalenie głębokości i ilości odwiertów

Zgłoszenie wykonywania wierceń lokalnym władzom odpowiedzialnym za wody podziemne

Zgłoszenie wykonywania prac na 14 dni przed rozpoczęciem wierceń

Realizacja budowy

MoŜliwy sposób postępowania przy wykonywa-niu sondy gruntowej

Wykonanie lub pogłębianie odwiertu wy-maga wykonania projektu odwiertu oraz zgłoszenia planowanych prac właściwemu organowi administracji geologicznej.

Ponadto naleŜy uwzględnić następujące cele ekonomiczno i wodne:

• Ciecz nośnika ciepła musi spełniać wymagania normy VDI 4640, Część 1

• Płuczki wiertnicze nie mogą zawierać substancji zagraŜających wodzie

• Nie moŜna dopuścić do zwarcia 2 lub więcej warstw wodonośnych wody grun-towej (poprzez zespojenie strefy zale-gania wody)

• W wysoce bogatych w wodę pitną war-stwach wodonośnych wody gruntowej zakładanie sondy gruntowej z reguły jest zakazywane

Prawo górnicze Przy poszukiwaniu i pozyskiwaniu ciepła w ziemi do głębokości 99 m przepisy prawa górniczego nie znajdują zastoso-wania. Obowiązują przepisy prawa geolo-gicznego.

Od 100 m poczynając mają zastosowanie postanowienia prawa górniczego w odnie-sieniu do poszukiwania i pozyskiwania ciepła w ziemi.

Materiały specjalne Do wykonywania sond gruntowych i prze-wodów rurowych układanych w ziemi na-leŜy stosować materiały z polimerów wę-glowodorowych, takie jak:

• polietylen (PE-HD)

• polipropylen (PP -uŜywany na rozdzie-lacze)

• polibutylen

Medium przenoszące ciepło Media przenoszące ciepło nie mogą po-wodować zanieczyszczeń wody grunto-wej albo ziemi w przypadku wystąpienia przecieków. NaleŜy wybierać substancje nie trujące i podlegające rozkładowi bio-logicznemu.

Zwykle stosuje się następujące środki przeciwzamarzające:

• Etanodiol (stosowany synonim: glikol etylenowy, C2H6O2) – maks. 30%

• 1 ,2 – Propandiol (stosowany synonim: glikol propylenowy, C3H8O2) – maks. 33%

• Etanol (stosowany synonim: alkohol etylowy, C2H5OH) – maks. 60%

• Węglan potasowy/woda

2. Projektowanie źródła ciepła Ogólne podstawy projektowania sondy gruntowej


Stosowany przez firmę Vaillant jako śro-dek przeciwzamarzający 1,2 glikol propy-lenowy jest mieszany z wodą w stosunku 1 : 2 i wtedy zabezpiecza solankę przed zamarzaniem do temperatury – 15 °C. Mieszanina z innym środkiem zabezpie-czającym przed zamarzaniem na bazie 1,2 glikolu propylenowego nie stanowi problemu. Mieszaniny róŜnych typów glikoli: propy-lenowy i etylenowy nie wolno stosować gdyŜ wtedy nie moŜna kontrolować gra-nicznej temperatury zamarzania.

Projektowanie Temperatura solanki doprowadzanej do pompy ciepła nie powinna się róŜnić wię-cej, niŜ ± 11 K od temperatury gruntu, na który oddziałuje kolektor gruntowy. Przy takim załoŜeniu wpływ sondy gruntowej na otoczenie pozostaje niewielki.

Wyznaczenie całkowitej mocy grzew-czej Moc grzewcza obiektu (kW) + zwiększenie mocy na przygotowywa-

nie ciepłej wody (kW) + zwiększenie mocy z powodu blokady

zasilania przez zakład energetyczny (kW)

= całkowita moc grzewcza (kW)

Moc chłodnicza Min. moc chłodnicza gruntu (kW) = całkowita moc grzewcza (kW)- całko-

wita moc grzewcza (kW)/4

Całkowita głębokość odwiertów Całkowita głębokość odwiertów (m) = całkowita moc chłodnicza (W) / wydajność jednostkowa (W/m)

Ilość odwiertów Ilość odwiertów = Całkowita głębokość odwiertów (m) / maksymalna długość odwiertu (m)

Długość przewodu rurowego solanki Długość przewodu rurowego solanki (m) = Całkowita głębokość odwiertów (m) x 4 (Sposób obliczenia wynika ze stosowania sond w postaci podwójnej

U-rurki)

Wielkość rozdzielacza/kolektora zbiorczego Wielkość rozdzielacza/kolektora zbiorczego = 2 x ilość odwiertów

Pozyskiwana moc chłodnicza z gruntów róŜnych klas:

Właściwości gruntu

Pozyskiwana jednostk. moc chłodnicza [W/m] 1800 h pracy w ciągu roku

Pozyskiwana jednostk. moc chłodnicza [W/m] 2400 h pracy w ciągu roku

Suchy sedyment 25 W/m 20 W/m

Normalny sedyment nasycony wodą 60 W/m 50 W/m

Wartość średnia, normalny sedyment 50 W/m 40 W/m

Suchy Ŝwir, piasek < 25 W/m < 20 W/m

Wodonośny Ŝwir, piasek 65 – 80 W/m 55 – 65 W/m

Wilgotne gliny, iły 35 – 50 W/m 30 – 40 W/m

Wapień 55 – 70 W/m 45 – 60 W/m

Piaskowiec 65 – 80 W/m 55 – 65 W/m

Granit 65 – 85 W/m 55 – 70 W/m

Bazalt 40 – 65 W/m 35 – 55 W/m

Gnejs 70 – 85 W/m 60 – 70 W/m

Przedstawione dane obowiązują przy następujących warunkach:

• Odstęp między dwiema sondami gruntowymi wynosi przynajmniej 5 m (do 50 m. głę-bokości), 7 m (50-70 m. głębokości), 9 m (70-120 m. głębokości)

• Kolektor wykonany jako sonda gruntowa w postaci podwójnej U-rurki

• Maksymalna głębokość sondy gruntowej wynosi ok. 120 m

• Podane wartości mogą się wahać w pewnych granicach w zaleŜności od stopnia po-pękania gruntu, jego zwietrzenia, itp.

• Podane wartości opierają się na załoŜeniu, Ŝe współczynnik efektywności pompy ciepła COP wynosi 4



Przykład doboru pompy ciepła i dolne-go źródła ciepła opartego na wymienni-ku gruntowym ZałoŜenia: Dom o powierzchni 240 m

2 o mocy obli-

czeniowej 10 kW, 4 osoby z zapotrzebo-waniem 80 l./osobę/doę wody o temp. 45

oC/dobę. Brak przerw dostawach energii

elektrycznej. Temperatura zasilania obliczeniowa 35/30 0C (ogrzewanie podłogowe)

Lokalizacja budynku: Kraków Moc obliczeniowa p.c. = 10 kW. Przyjęto moc obliczeniową c.o. Moc grzewcza dolnego źródła ciepła, =Moc obliczeniowa c.o. + dodatek ciepłej wody +dodatek braku dostaw en. elektr. =10+4*0,5+0=12 kW Moc chłodnicza dolnego źródła ciepła, = Moc grzewcza x (1-1/COP) =12 (1-1/4)=9 kW Temperatura DZC ZałoŜono temperaturę 5

0C dla pionowych

wymienników gruntowych Dobrano z wykresu pompę ciepła VWS 101/2 o mocy chłodniczej ok. 9 kW i mocy grzewczej ok. 12 kW (str. 61) Czas pracy pompy ciepła na c.o. 10/12 *2266=1888 h Czas pracy pompy ciepła na c.w.u. Czas pracy 160 h/osobę/rok 4*160 h=640 h Łączny czas pracy pompy ciepła na c.o. + c.w.u. 1888h+640 h= ok. 2500 h Średnia jedn. moc chłodnicza odwier-tu (dla czasu pracy 2400 h) 40 W/m z tabeli ze str. 32 Łączna długość odwiertu 9000/40=225 m Wybrano 2 odwierty o długości kaŜdy ok. 113 m

.

Ilość ciepłej wo-dy o temp. 45

0C

[l./osobę/dobę]

Ilość energii pierwotnej [kWh/osobę/rok]

Czas pracy p.c. na c.w.u. [h/osobę/rok] przy załoŜonej spr. 75% i doskonałej izo-lacji c.w.u. oraz mocy pompy 10 kW

40 600 80

60 900 120

80 1200 160

100 1500 200

120 1800 240

LokalizacjaTemp. oblicz.

zewn. [oC]

Czas pracy p.c.

dla c.o. [h/rok]

Szczecin -16 2521

Warszawa -20 2332

Białystok -22 2426

Gdańsk -16 2607

Poznań -18 2327

Łódź -20 2332

Wrocław -18 2341

Katowice -20 2280

Kraków -20 2266

Rzeszów -20 2333

Lublin -20 2375

Nowy Sącz -20 2261

Zakopane -24 2541

VWS 10../2

0

5

10

15

20

-5 0 5 10 15

Temperatura dolnego źródła [°C]

Mo

c [

kW

] Moc grzewcza

Moc chłodnicza

Pobór mocy elektrycznej

TZ = 35 °C

TZ = 55 °C

TZ = 35 °C

TZ = 45 °C

TZ = 55 °C

TZ = 55 °C

TZ = 45 °C

TZ = 35 °C

TZ = 45 °C

Czas pracy dla załoŜonej temperatury wewnętrznej 20 o

C i temperatury granicznej grzania 20

oC (bez zysków wewn.

I solarnych)



Prace wiertnicze Kompetentny zakład wykonujący prace wiertnicze powinien posiadać odpowied-nie kwalifikacje i uprawnienia zgodnie z obowiązującym prawem geologicznym i górniczym. W kaŜdym przypadku naleŜy wykonać projekt prac wiertniczych w uzgodnieniu ze zleceniodawcą. Przed-siębiorstwo wiertnicze opracowuje pro-jekt wykonawczy robót, który podlega zgłoszeniu do właściwego organu admi-nistracji geologicznej. Organ administra-cji geologicznej w ciągu 30 dni moŜe wydać decyzję określającą warunki lub ograniczenia dla projektowanych prac. Po 30 dniach oczekiwania i po zgłosze-niu do urzędu administracji państwowej (dodatkowo 14 dni) prace wiertnicze moŜna rozpocząć. Po zakończeniu prac naleŜy sporządzić dokumentację geolo-giczną i przekazać ją organowi admini-stracji geologicznej. Przy budowie stanowiska wiertniczego naleŜy wykonać następujące przedsię-wzięcia przygotowawcze:

• Dojazd wiertnicy musi być zamocowa-ny oraz naleŜy uwzględnić promień obrotu Orientacyjnie wymagana szerokość dojazdu dla wiertnicy: - przynajmniej 1.5 m dla wiertnic osa-

dzonych na małych pojazdach gą-sienicowych

- przynajmniej 2.5 m dla wiertnic osa-dzonych na samochodach cięŜaro-wych

• Zapotrzebowanie na miejsce dla wiertnicy, ewentualnie równieŜ dla stawu lub wanny na płuczkę oraz na pozostałe materiały: - przynajmniej 6 m x 5 m dla wiertnic

osadzonych na małych pojazdach gąsienicowych

- przynajmniej 8 m x 5 m dla wiertnic osadzonych na samochodach cięŜa-rowych

• Przyłącze do elektrycznej sieci zasila-jącej 3x400 V

• Przyłącze zimnej wody

• Schemat wiertni z naniesionymi prze-wodami elektrycznymi, przewodami doprowadzającymi wodę oraz przewo-dami odprowadzającymi ścieki, jak równieŜ z zaznaczonymi pozostałymi przeszkodami znajdującymi się w ziemi

Dane te mogą się znacząco róŜnić w za-leŜności od sposobu i techniki wykony-wania wierceń i naleŜy je traktować tylko jako zgrubne wstępne oszacowanie. Idealnym rozwiązaniem jest wykony-wanie prac wiertniczych jednocześnie z budową surowego stanu budynku. W sytuacji, gdy domy są juŜ gotowe, to naleŜy je ewentualnie zabezpieczyć przed zanieczyszczeniami Budowa sondy gruntowej Sondę gruntową oraz jej zasilanie i po-wrót naleŜy załoŜyć w odległości przy-najmniej 70 cm od przewodów rurowych doprowadzających wodę i odprowadzają-cych ścieki oraz od innych przewodów zasilających. W przypadku krzyŜowania się z przewodami zasilającymi przewód kolektora naleŜy izolować w strefie skrzyŜowania. Sondy gruntowe są do-starczane na miejsce budowy w stanie wstępnie zmontowanym i powinno się z nimi obchodzić bardzo ostroŜnie, aby zapobiec wszelkim ewentualnym ich uszkodzeniom.

NaleŜy ponadto przestrzegać następują-cych wskazówek i wytycznych:

• Aby ułatwić przenoszenie sondy, nale-Ŝy ją wcześniej napełnić wodą

• Stosując odpowiednie oprzyrządowa-nie (wciągarka itp.) wprowadzić sondę do odwiertu bez uŜywania siły

• Aby solidnie zamknąć pierścieniową

szczelinę naleŜy wprowadzić do od-wiertu razem z sondą przewód rurowy na podsypkę

• Po umieszczeniu sondy w odwiercie naleŜy sprawdzić ciśnienie oraz prze-pływ

• Przed napełnieniem odwiertu podsyp-ką zamknąć końcówki sondy odpo-wiednimi kołpakami

• Aby zapewnić swobodny przepływ ciepła naleŜy zespoić pierścieniową przestrzeń odwiertu (swobodna prze-strzeń między ścianką odwiertu i son-dą). MoŜna to uczynić wykorzystując przewód rurowy na podsypkę i zespa-jać odwiert od dołu do góry

• Jako podsypka zespalająca sprawdzi-ła się, z powodu dobrego przewodnic-twa cieplnego, mieszanina bentonitu (materiał ilasty), cementu hutniczego, piasku i wody. W zaleŜności od wła-ściwości gruntu moŜna teŜ stosować dodatki w postaci mączki kwarcowej, piasku kwarcowego, lub teŜ wyłącznie tylko sam drobny Ŝwir, albo wypłuki-wany z odwiertu materiał

• Jeśli materiał podsypki rozpoczyna wypływać z wylotu odwiertu, to jest to znak, Ŝe odwiert został całkowicie na-pełniony

• Ciśnieniowa kontrola działania powin-na zostać przeprowadzona przy ci-śnieniu 6 barów (czas trwania próby 60 minut, wstępne obciąŜenie 30 mi-nut, maksymalny spadek ciśnienia 0.2 bara)

• Wszystkie obiegi naleŜy połączyć równolegle. Sposób wykonania połą-czenia wg systemu Tichelmanna lub z wykorzystaniem kombinacji rozdziela-czy i kolektorów zbiorczych pokazano na stronie 42

Głowica z podwójnym zasilaniem i powrotem oraz z przewodem rurowym na podsypkę

2. Projektowanie źródła ciepła Formularz do projektu sondy gruntowej


Projekt: .........................................................................................................................................................................................

.........................................................................................................................................................................................

.........................................................................................................................................................................................

Normatywne obciąŜenie cieplne budynku wg PN-EN 12831: kW

Zwiększenie mocy z powodu blokady zasilania przez zakład energetyczny: kW

Zwiększenie mocy na przygotowywanie ciepłej wody: kW

Całkowita moc grzewcza: kW

Zakładana efektywyność pompy ciepła COP:

Całkowita moc chłodnicza:

Całkowita moc grzewcza x (1-1/COP) kW

Wymagana całkowita głębokość odwiertów

Właściwości gruntu Wydajność gruntu dla 1800 (2400) h pracy

Suchy sedyment 25 (20) W/m2

Normalny sedyment nasycony wodą 60 (50) W/m2

Wartość średnia, normalny sedyment 50 (40) W/m2

Wskazówka: Maksymalna głębokość odwiertu wynosi 120 m. Istnieje moŜliwość równoległego łączenia poszczególnych odwiertów (wg systemu Tichelmanna)

Całkowita głębokość odwiertów (m) = całkowita moc chłodnicza (kW) / moc chłodnicza jednostkowa (m/kW) Wynik = .............................................................

Ilość odwiertów Ilość odwiertów = wymagana całkowita głębokość odwiertów (m) / maksymalna długość odwiertu (m) Wynik = .......................................... wybrano ................. obiegi po ..............m

Całkowita długość przewodu rurowego solanki Długość przewodu rurowego solanki (m) = całkowita głębokość odwiertów (m) x 4 Wynik = ............................................................

Wskazówka: liczba 4 odpowiada sondzie w postaci podwójnej U-rurki. W przypadku pojedynczej U-rurki wynosi 2

Wielkość rozdzielacza/kolektora zbiorczego Wielkość rozdzielacza/kolektora zbiorczego = 2 x ilość odwiertów Wynik = ............................................................

Zapotrzebowanie na glikol

Zapotrzebowanie na glikol do sondy gruntowej

Zapotrzebowanie na glikol do rozdzielacza /kolektora zbiorczego

Zapotrzebowanie na g do przewodu połą-czeniowego: rozdzielacz/kolektor zbiorczy – pompa ciepła

Przewód Glikol Rozdzielacz/kolektor zbiorczy Glikol**

Przyłączenie rozdzielacza Glikol***

25 x 2.3 mm2 *

0.327 l/m 4/5 – krotny 3 l do 15 m 40 l

32 x 2.9 mm2 *

0.539 l/m 6/7 – krotny 5 l 16 – 20 m 80 l

40 x 3.7 mm2 *

0.835 l/m 8/9 – krotny 7.5 l

50 x 4.6 mm2 *

1.307 l/m

Zapotrzebowanie na glikol = całkowita długość przewodu rurowego glikolu (m) x solanka (l/m) + pojemność rozdzielacza/kolektora zbiorczego + zapotrzebowanie na glikol do przewodu połączeniowego Wynik = ............................................................

* Materiał przewodu rurowego odniesiony do PE – HD, PE 100, PN 16, SDR 11

** Dane dotyczą kombinacji rozdzielaczy i kolektorów zbiorczych

*** Dane dotyczą przewodu zasilania i powrotu

Wskazówka: udział koncentratu środka przeciwzamarzającego przy zabezpieczeniu przed zamarzaniem do temperatury – 15 °C wynosi 1/3 w cał-kowitej ilości cieczy przenoszącej ciepło.

2. Projektowanie źródła ciepła Kolektory gruntowe płaskie – wprowadzenie


Kolektor gruntowy płaski Kolektor gruntowy płaski składa się z sys-temu przewodów rurowych, ułoŜonych na duŜej powierzchni, ok. 20 cm poniŜej gra-nicy zamarzania gruntu. System przewo-dów rurowych układa się na głębokości 1.3 – 1.7 m. Na tej głębokości panują przez cały rok względnie stałe temperatu-ry w granicach 5 °C – 15 °C. Ten rodzaj

kolektora nadaje się szczególnie dla do-mów dysponujących wystarczająco duŜy-mi powierzchniowo działkami. Moc pobie-ranego ciepła jest zaleŜna od właściwości gruntu. Im podłoŜe jest bardziej wilgotne, tym moc jest większa. Dla domu jednoro-dzinnego o powierzchni mieszkalnej 150 m

2 i zapotrzebowaniu na moc grzew-

czą 9 kW potrzebna jest działka o po-

wierzchni około 250 m2. Na poniŜszym ry-

sunku pokazano system złoŜony z dwóch obiegów. Większa ilość obiegów jest po-trzebna wtedy, gdy przy załoŜeniu syste-mu jednoobiegowego nastąpiłoby prze-kroczenie maksymalnej długości przewo-du rurowego glikolu.

Schemat działania kolektora gruntowego płaskiego

1 Zawór odcinający 2 Termometr 3 Manometr 4 Zbiornik wyrównawczy solanki z zaworem bezpieczeństwa a. Głębokość rozprowadzenia przewodów rurowych: 1.2 – 1.7 m (20 cm poniŜej strefy zamarzania) b. Odstęp od fundamentów budynku: 1.5 m c. Odstęp od rur doprowadzających wodę oraz kanalizacji ściekowej i deszczówki: 1.5 m d. Odstęp od zewnętrznego skraju korony drzewa: 0.5 m e. Odstęp od fundamentów ogrodzenia itp.: 1 m

2. Projektowanie źródła ciepła Podstawy projektowania kolektora gruntowego płaskiego


Informacje podstawowe Przy prawidłowym zaprojektowaniu kolek-tora gruntowego płaskiego jego oddziały-wanie na otaczające podłoŜe jest niewiel-kie. Ochłodzenie gruntu, wynikające z pra-cy pompy ciepła ma charakter przejścio-wy. Temperatury gruntu z umieszczonym w nim kolektorem w lecie są takie same, jak gruntu, na który kolektor nie oddziału-je (przewaŜający wpływ promieniowania słonecznego i wnikającej do gruntu wody).

W sytuacji, gdy pompa ciepła jest sprzę-Ŝona z ziemią poprzez kolektor gruntowy płaski, moŜe dochodzić ograniczonego lokalnie, negatywnego wpływu na wege-tację, jeśli zaprojektowany kolektor będzie zbyt mały. Skutkiem jest mniejsza war-tość rocznego współczynnika wydajności β pompy ciepła. W ekstremalnych sytu-acjach pompa ciepła moŜe osiągnąć dol-ną granicę stosowalności. Z tego powodu prawidłowe zaprojektowanie kolektora gruntowego posiada nadzwyczaj duŜe

znaczenie dla zapewnienia bezawaryjnej pracy całej instalacji. Ogólnie rzecz biorąc, koszty wykonania kolektora gruntowego są bardziej korzyst-ne, niŜ koszty odwiertu.

Zezwolenia Instalacja z pompą ciepła współpracującą z kolektorem gruntowym płaskim w wyjąt-kowych przypadkach moŜe powodować na tyle szkodliwe zmiany właściwości wo-dy gruntowej, Ŝe będzie potrzebne uzy-skanie zezwolenia na jej budowę i eks-ploatację. MoŜe być wymagane zgłosze-nie budowy zgodnie z krajowymi uregulo-waniami prawnymi w tym zakresie.

Z reguły jednak budowa kolektora grun-towego płaskiego nie pociąga obowiązku jej zgłaszania.

Ciecz nośnika ciepła musi spełniać wy-magania normy VDI 4640, Część 1

Kolektor gruntowy płaski zamontowany w strefie wody gruntowej jest bardzo do-brym rozwiązaniem.

Materiał na kolektory Patrz wyjaśnienia na stronie dotyczące materiałów specjalnych na sondy grunto-we.

Medium przenoszące ciepło Patrz wyjaśnienia na stronie 42 dotyczące mediów przenoszących ciepło w sondach gruntowych.

Projektowanie W prostych sytuacjach naleŜy przyjmować czasy pracy pompy ciepła w ciągu roku w granicach 1 800 – 2 400 h. Jeśli przygo-towywanie ciepłej wody teŜ realizuje się przy wykorzystywaniu pompy ciepła, to musi się to uwzględnić przez odpowied-nie zwiększenie mocy instalacji.

Współczynnik rozprowadzenia przewodów rurowych i pozyskiwana jednostkowa moc cieplna

Właściwości gruntu

Pozyskiwana jednost-kowa moc chłodnicza [W/m]

1800 h pracy w ciągu roku

Pozyskiwana jednost-kowa moc chłodnicza [W/m]

2400 h pracy w ciągu roku

Wartość średnia: grunt spoisty z wilgotnością końcową

30 W/m2

25 W/m2

Grunt suchy, luźny 10 W/m2 8 W/m

2

Grunt spoisty, wilgotny 20 – 30 W/m2 16 – 25 W/m

2

Wodonośny Ŝwir, piasek 40 W/m2 32 W/m

2

Przedstawione dane obowiązują przy następu-jących warunkach:

• współczynnik wydajności instalacji z pompą ciepła wynosi 4

• teren nad kolektorem gruntowym nie moŜe zostać zabudowany (np. parking, taras)

• powierzchni nad kolektorem gruntowym nie wolno brukować (np. kostką kamienną) lub asfaltować

• głębokość rozprowadzenia przewodów ru-rowych 1.2 – 1.7 m (20 cm poniŜej strefy zamarzania)

Wyznaczenie całkowitej mocy grzew-czej Moc grzewcza obiektu (kW) + zwiększenie mocy na przygotowywa-

nie ciepłej wody (kW) + zwiększenie mocy z powodu blokady

zasilania przez zakład energetyczny (kW)

= całkowita moc grzewcza (kW)

Całkowita długość przewodu rurowe-go solanki Całkowita długość przewodu rurowego

solanki (m) = powierzchnia do rozprowadzenia

przewodów rurowych (m2)

/ odstęp rozprowadzenia przewodów rurowych (m)

Ilość obiegów solanki Ilość obiegów solanki = całkowita długość przewodu rurowego

solanki (m) / maksymalna długość obiegu (m)

Właściwości gruntu Odstęp rozprowadzenia przewodów rurowych

Średnica przewodu rurowego

Suchy grunt 0.5 m DA 25

Normalny grunt 0.7 m DA 32

Wilgotny grunt 0.8 m DA 40

Powierzchnia do rozprowadzenia przewodów rurowych Powierzchnia do rozprowadzenia

przewodów rurowych (m2)

= całkowita moc chłodnicza (kW)

/ współczynnik rozprowadzenia przewodów rurowych (kW/m

2)

Moc chłodnicza Min. moc chłodnicza gruntu (kW) = całkowita moc grzewcza (kW)-

całkowita moc grzewcza (kW)/4

2. Projektowanie źródła ciepła Projektowanie kolektora gruntowego płaskiego


Przykład doboru pompy ciepła i dol-nego źródła ciepła opartego na wy-mienniku poziomym gruntowym ZałoŜenia: Dom o powierzchni 240 m

2 o mocy obli-

czeniowej 10 kW, 4 osoby z zapotrze-bowaniem 80 l./osobę/dobę wody o temp. 45

oC/dobę. Brak przerw dosta-

wach energii elektrycznej. Temperatura zasilania obliczeniowa 35/30

0C (ogrzewanie podłogowe)

Lokalizacja budynku: Kraków Moc obliczeniowa p.c. = 10 kW. Przyjęto moc pompy równą mocy obli-czeniowej c.o. Moc grzewcza dolnego źródła ciepła, =Moc obliczeniowa c.o. + dodatek ciepłej wody +dodatek braku dostaw en. elektr. =10+4*0,5+0=12 kW Moc chłodnicza dolnego źródła ciepła, = Moc grzewcza x (1-1/COP) =12x(1-1/4)=9 kW Temperatura DZC ZałoŜono temperaturę 0

0C dla poziome-

go wymiennika gruntowego Dobrano z wykresu pompę ciepłą VWS 101/2 o mocy chłodniczej ok. 7,5 kW i mocy grzewczej ok. 10,5 kW (str. 61) Czas pracy pompy ciepła na c.o. 10/10,5 *2266=2100 h Czas pracy pompy ciepła na c.w.u. Czas pracy 160 h/osobę/rok 4*160 h=640 h Łączny czas pracy pompy ciepła na c.o. + c.w.u. 2158h+640 h= ok. 2800 h Średnia moc chłodnicza gruntu (dla czasu pracy 2400 h) Grunt spoisty wilgotny => 20 W/m z tabeli ze str. 37 Łączna pow. kolektora poziomego 9000/20=400 m2 Odstęp między rurami DA 32 ZałoŜono odstęp 0,7 m Długość rury 400/0,7=570 m rury DA 32 czyli 3 pętle po 200 m

Ilość ciepłej wody o temp. 45

0C

[l./osobę/dobę]

Ilość energii pierwotnej [kWh/osobę/rok]

Czas pracy p.c. na c.w.u. [h/osobę/rok] przy załoŜonej śred-niej sprawn. 75% i do-skonałej izolacji c.w.u. i mocy pompy 10 kW

40 600 80

60 900 120

80 1200 160

100 1500 200

120 1800 240

LokalizacjaTemp. oblicz.

zewn. [oC]

Czas pracy p.c.

dla c.o. [h/rok]

Szczecin -16 2521

Warszawa -20 2332

Białystok -22 2426

Gdańsk -16 2607

Poznań -18 2327

Łódź -20 2332

Wrocław -18 2341

Katowice -20 2280

Kraków -20 2266

Rzeszów -20 2333

Lublin -20 2375

Nowy Sącz -20 2261

Zakopane -24 2541

VWS 10../2

0

5

10

15

20

-5 0 5 10 15


Mo

c [

kW

] Moc grzewcza

Moc chłodnicza


TZ = 35 °C

TZ = 55 °C

TZ = 35 °C

TZ = 45 °C

TZ = 55 °C

TZ = 55 °C

TZ = 45 °C

TZ = 35 °C

TZ = 45 °C

Czas pracy dla załoŜonej temperatury wewnętrznej 20 o

C i temperatury granicznej grzania 20

oC (bez zysków wewn.

I solarnych)

2. Projektowanie źródła ciepła Podstawy projektowania kolektora gruntowego płaskiego


Układanie kolektora gruntowego pła-skiego

• Wielkość wymaganej powierzchni do rozprowadzenia przewodów rurowych wynika z obliczonej mocy grzewczej obiektu i jej zwiększenia na przygoto-wywanie ciepłej wody oraz z powodu blokady zasilania przez zakład energe-tyczny, a nie z mocy grzewczej pompy ciepła

• W przypadku wykonania wykopu w gruncie skalistym naleŜy umieścić kolektor na podsypce piaskowej (10 cm, pod i nad rurami), aby zabezpie-czyć go przed uszkodzeniami

• Wszystkie obiegi powinny mieć taką samą długość, a jeśli jest ona róŜna, to naleŜy zastosować zawory do regulacji przepływu (zaleca się stosowanie za-worów Taco-setter i zaworów odcinają-cych)

• Przy rozmieszczeniu kolektora na stoku w najwyŜszym punkcie naleŜy przewi-dzieć odpowietrznik automatyczny (przeznaczony do mieszaniny glikolu z wodą)

• Odstęp rozprowadzenia przewodów ru-rowych zasilania i powrotu od pompy ciepła do studzienki z rozdziela-czem/kolektorem zbiorczym powinien

wynosić przynajmniej 70 cm

• Przy 4 lub więcej pętlach zalecane jest zastosowanie studzienki. Studzienka z kolektorami powinna być usytuowana w najwyŜszym punkcie instalacji kolektora gruntowego (betonowa lub z tworzywa sztucznego)

• Usytuowanie kolektorów w studzience ok. 80 cm poniŜej włazu, (kolektory po-winny być zaizolowane)

• Przepusty do budynku pod kątem min. 2

o (w rurze osłonowej z pianką uŜywa-

ną do izolacji)

• Zarastanie terenu roślinnością, pomija-jąc drzewa głęboko zakorzenione, moŜe odbywać się normalnie

• Z powodu zagroŜenia skraplającą się wodą wszystkie elementy konstrukcyj-ne muszą być odporne na korozję i jeśli to moŜliwe, to naleŜy je montować poza obrębem budynku

• Wszystkie obiegi naleŜy połączyć rów-nolegle. Połączenie równoległe przed-stawiono na stronie 42

• Instalację kolektorową wolno napełniać wyłącznie tylko juŜ gotową mieszaniną, stanowiącą nośnik ciepła

• NaleŜy uwzględnić zalecenia producen-ta rur dot. maks. promienia gięcia

• W przypadku zastosowania naczynia wzbiorczego membranowego w obwo-dzie solanki wymagane zastosowanie separatora powietrza na wejściu do pompy ciepła

• Obiegi (pętle) naleŜy przepłukiwać po-jedynczo aŜ do całkowitego zlikwidowa-nia pęcherzyków powietrza wydostają-cych się z otwartego zbiornika wyrów-nawczego (patrz ponadto instrukcja pompy do napełniania obiegów dolnego źródła)

• Zaleca się wykonać instalację kolektora gruntowego kilka miesięcy przed roz-poczęciem sezonu grzewczego

• Obowiązkowo wykonać dokumentacje zdjęciową w trakcie prac i nanieść ry-sunek kolektora gruntowego na plan geodezyjny

Kolektor gruntowy płaski przed wysypaniem warstwy piasku

2. Projektowanie źródła ciepła

Formularz do projektu kolektora gruntowego płaskiego


Projekt: ..........................................................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................................................


Zwiększenie mocy z powodu blokady zasilania przez zakład energetyczny: kW

Zwiększenie mocy na przygotowywanie ciepłej wody: kW

Całkowita moc grzewcza: kW

Zakładana efektywyność pompy ciepła COP:

Całkowita moc chłodnicza: Całkowita moc grzewcza x (1-1/COP) kW

Wymagana powierzchnia do rozprowadzenia przewodów rurowych

Właściwości gruntu Jednostkowa moc chłodnicza (1800 h)

Jednostkowa moc chłod-nicza (2400 h)

Wartość średnia: grunt spoisty z wilgotnością końcową

30 W/m2

25 W/m2

Grunt suchy, luźny 10 W/m2 8 W/m

2

Grunt spoisty, wilgotny 20 – 30 W/m2 16 – 25 W/m

2

Wodonośny Ŝwir, piasek 40 W/m2 32 W/m

2

Wymagana powierzchnia do rozprowadzenia przewodów rurowych A (m2) = całkowita moc grzewcza (kW) / współcz. rozprowadzenia rur (W/m

2)

Wynik = ............................................................

Wymagana całkowita długość przewodu rurowego solanki

Właściwości gruntu Odstęp rozprowadzenia przewodów rurowych

Średnica przewodu rurowego

Suchy grunt 0.5 m 25 x 2.3 mm*

Normalny grunt 0.7 m 32 x 2.9 mm*

Wilgotny grunt 0.8 m 40 x 3.7 mm*

Wymagana całkowita długość rur solanki (m) = wym. powierzchnia do rozprowadzenia przewodów rurowych A (m2) / odstęp rozprowadzenia rur (m)

Wynik = .............................................................

Ilość obiegów solanki (wielkość rozdzielacza/kolektora zbiorczego) Ilość obiegów glikolu **

(sztuk) = wymagana całkowita długość przewodu rurowego glikolu (m) / maksymalna długość obiegu (m) Wynik = ............................................................

Przy stosowaniu przewodów rurowych typu 25 x 2.3 mm* maksymalna długość obiegu wynosi 100 m

Przy stosowaniu przewodów rurowych typu 32 x 2.9 mm* oraz 40 x 3.7 mm

* maksymalna długość obiegu wynosi 200 m


** W przypadku otrzymania wartości ułamkowych rezultat obliczeń naleŜy zaokrąglić do liczby całkowitej

Zapotrzebowanie na solankę

Zapotrzebowanie na solankę do kolektora gruntowego

Zapotrzebowanie na solankę do rozdzielacza /kolektora zbiorczego

Zapotrzebowanie na solankę do przewodu połączeniowego: rozdzielacz/kolektor zbior-czy – pompa ciepła

Przewód Glikol Rozdzielacz/kolektor zbiorczy Glikol**

Przyłączenie rozdzielacza Glikol***

25 x 2.3 mm2 *

0.327 l/m 4/5 – krotny 3 l do 15 m 40 l

32 x 2.9 mm2 *

0.539 l/m 6/7 – krotny 5 l 16 – 20 m 80 l

40 x 3.7 mm2 *

0.835 l/m 8/9 – krotny 7.5 l

50 x 4.6 mm2 *

1.307 l/m

Zapotrzebowanie na glikol = całkowita długość przewodu rurowego glikol (m) x objętość (l/m) + pojemność rozdzielacza/ kolektora zbiorczego + zapotrzebowanie na glikol do przewodu połączeniowego Wynik = ............................................................


** Dane dotyczą kombinacji rozdzielaczy i kolektorów zbiorczych

*** Dane dotyczą przewodu zasilania i powrotu

Wskazówka: udział koncentratu środka przeciwzamarzającego przy zabezpieczeniu przed zamarzaniem do temperatury – 15 °C wynosi 1/3 w cał-kowitej ilości cieczy przenoszącej ciepło.

2. Projektowanie źródła ciepła Kolektory kompaktowe – wprowadzenie


Kolektor kompaktowy Kolektor kompaktowy dostępny w ofercie Vaillant na rynku niemieckim. W polskich warunkach klimatycznych Vaillant nie zaleca się stosowania takiego rozwiązania i nie jest dostępny w ofercie.

Schemat działania kolektora kompaktowego

1. Zawór odcinający 2. Termometr 3. Manometr 4. Zbiornik wyrównawczy solanki 5. Kolektor zbiorczy 6. Rozdzielacz 7. Studzienka (szyb świetlny) 8. Mata kolektorowa a. Głębokość ułoŜenia mat w ziemi na głębokości ok. 20 cm poniŜej granicy zamarzania (1.2 – 1.5 m) b. Odstępy zabezpieczające c. Szerokość mat kolektorowych: 1 m d. Długość mat kolektorowych: 6 m

2. Projektowanie źródła ciepła Hydrauliczne przyłączenie kolektorów gruntowych


Obiegi glikolu moŜna przyłączać do pom-py ciepła wykorzystując odpowiednią kom-binację rozdzielacza i kolektora zbiorcze-go lub według tak zwanego systemu Ti-chelmanna.

Zalety przyłączenia kolektorów grun-towych z wykorzystaniem kombinacji rozdzielacza i kolektora zbiorczego:

• poszczególne obiegi moŜna napełniać glikolem pojedynczo, wykorzystując odpowiednio zawory odcinające

• przy róŜnych długościach obiegów moŜna nastawiać natęŜenie przepływu solanki za pomocą regulatorów prze-pływu (z rotametrami)

Zalety przyłączenia kolektorów grun-towych z wykorzystaniem systemu Ti-chelmanna:

• mniejsze koszty w porównaniu z przy-łączaniem za pomocą kombinacji roz-dzielacza i kolektora zbiorczego

• brak konieczności stosowania stu-dzienki, gdyŜ trójniki/łuki wraz z odnogami pozostają na stałe w ziemi

• JednakŜe stosowanie systemu połączeń Tichelmanna zaleca się tylko wtedy, gdy ilość obiegów nie jest większa od 4

Z rozdzielaczem/kolektorem zbiorczym

Wg Tichelmanna

Schematy hydraulicznego przyłączania kolektorów gruntowych do pompy ciepła

Typ pompy ciepła do 20 m do 60 m

VWS 61/2, 62/2, 63/2C DA 32 x 2.9 mm* DA 32 x 2.9 mm*

VWS 81/2, 82/2, 83/2 DA 32 x 2.9 mm* DA 40 x 3.7 mm*

VWS 101/2, 102/2,103/2 DA 40 x 3.7 mm* DA 50 x 4.6 mm*

VWS 141/2 DA 40 x 3.7 mm* DA 50 x 4.6 mm*

VWS 171/2 DA 40 x 3.7mm* DA 50 x 4.6 mm*

Minimalne średnice rurowych przewodów zasilających, poprowadzonych od pompy ciepła do roz-dzielacza/kolektora zbiorczego

* PE 100, PN 16 SDR 11

** zwymiarować w zaleŜności od lokalnych warunków

DA = średnica zewnętrzna SDR = stosunek średnicy zewnętrznej do grubości ścianki PE 100 = 10 N/mm

2, klasa wytrzymałości MRS 10 (minimum required strength; mi-

nimalna wymagana wytrzymałość w N/mm2)

PN 16 = dopuszczalne ciśnienie robocze (ciśnienie nominalne przy załoŜeniu okre-su trwałości 50 lat przy temperaturze 20 °C)

2. Projektowanie źródła ciepła Woda gruntowa – wprowadzenie


Woda gruntowa jest najbardziej efektyw-nym źródłem ciepła. Dzięki jej stałej tem-peraturze, utrzymującej się przez cały rok, w granicach 8 – 10 °C, uzyskuje się w po-równaniu z innymi systemami najwyŜsze wydajności przy pozyskiwaniu ciepła. Woda gruntowa jest doprowadzana do pompy ciepła poprzez studnię czerpalną za pomocą zanurzeniowej pompy tłoczą-cej, a potem z powrotem przekazywana do ziemi poprzez studnię chłonną.

Obydwie studnie powinny być oddalone od siebie o ok. 15 m. Przy zakładaniu pompy ciepła wykorzystującej źródło cie-pła w postaci wody gruntowej powinno się uwzględnić następujący warunek: musi istnieć wystarczająco obfite złoŜe wody gruntowej na głębokości nie przekracza-jącej 15 m. Decydujące znaczenie mają równieŜ: maksymalna ilość moŜliwej do pobrania wody oraz jej jakość.

Studnię czerpalną naleŜy usytuować przed studnią chłonną w kierunku prze-pływu strumienia wody podziemnej. Na wykorzystywanie ciepła wód grunto-wych w zasadzie musi się mieć zezwole-nie władz administracyjnych zarządzają-cych wodami.

Schemat dostarczania wody gruntowej jako źródła ciepła poprzez system połączonych studni: czerpalnej i chłonnej

1. Zawór odcinający 2. Termometr 3. Manometr 5. Filtr dokładny (wielkość oczka 100 – 120 µm, wielka powierzchnia filtra, filtr z moŜ-

liwością płukania wstecznego) 6. Studnia czerpalna 7. Studnia chłonna 8. Pokrywa z odpowietrznikiem, która powinna zapobiegać przedostawaniu się do

studni drobnych zwierząt i wód powierzchniowych 9. Rurowy przewód tłoczący 10. Rurowy przewód odpływowy, powietrznoszczelny, zabezpieczony przed korozją, wprowadzony poniŜej lustra wody 11. Pompa zanurzeniowa 12. Filtracyjny przewód rurowy z zasypką Ŝwirową 13. Filtracyjny przewód rurowy a. Rozmieszczenie przewodów rurowych ze spadkiem w kierunku studni poniŜej strefy

zamarzania, na głębokości ok. 1.0 do 1.5 m b. Maksymalna głębokość zalegania wody gruntowej nie powinna przekraczać 15 m c. Minimalna odległość między studniami: 15 m d. Kierunek przepływu strumienia wody gruntowej od studni czerpalnej do

studni chłonnej

2. Projektowanie źródła ciepła Podstawy projektowania źródła ciepła wykorzystującego wodę gruntową


Informacje podstawowe PoniewaŜ woda gruntowa wykorzystywa-na jako źródła ciepła charakteryzuje się najwyŜszymi średniorocznymi temperatu-rami, to gwarantuje uzyskanie szczególnie wysokich wartości współczynnika efektyw-ności oraz rocznego współczynnika wy-dajności w porównaniu z innymi instala-cjami pomp ciepła.

Na przewaŜającej części obszaru kraju istnieje potrzeba raczej ochładzania wód gruntowych (do ok. 5 °C), gdyŜ ich tem-peratury wzrastają wskutek lokalnej dzia-łalności gospodarczej.

Zezwolenia Pobór wody gruntowej i ponowne wpro-wadzanie do warstwy wymaga zezwole-nia organu administracyjnego zarządza-jącego wodami.

Projektując źródło ciepła wykorzystujące wody gruntowe naleŜy uwzględnić cele ekonomiczne i wodne:

• Wykorzystaną wodę gruntową z reguły naleŜy ponownie wprowadzić do war-stwy wodonośnej, z której ją pobrano

• Musi się wykluczyć moŜliwość zanie-czyszczenia wody gruntowej szkodli-wymi substancjami

• Wolno stosować tylko takie media ro-bocze, które nie zawierają substancji szkodliwych, skoncentrowanych w takim stopniu, który byłby groźny dla ludzi i dla środowiska naturalnego w razie zaist-nienia przecieków lub nieszczęśliwych wypadków

• W zasadzie ponowne wprowadzanie wody gruntowej do eksploatowanej warstwy wodonośnej, jeśli woda jest je-dynie tylko ochłodzona, ewentualnie tylko podgrzana, musi się odbywać po-przez dodatkowy odwiert (rozwiązanie z tzw. dubletem)

• Jeśli musi się przechodzić przez kilka poziomów wody, to naleŜy zapewnić hydrauliczne uszczelnienie, odpowiada-jące pierwotnemu stanowi

• Przepłukiwanie odwiertów nie moŜe po-wodować zagroŜenia dla wód grunto-wych; jeśli jest to tylko moŜliwe, to do przepłukiwania naleŜy stosować wy-łącznie czystą wodę

• Powinno się zachować pierwotny sys-tem ciśnień i przepływów w wykorzy-stywanym akwenie po przez wprowa-dzanie do niego wody wyłącznie tylko ochłodzonej, ewentualnie tylko podgrza-nej

Wymagana wysokość tłoczenia pompy zanurzeniowej = wewnętrzna strata ciśnienia w pompie ciepła (m słupa wody)

+ strata ciśnienia w przewodach rurowych (m słupa wody) + głębokość studni (m)

Wymagana wysokość podnoszenia

= wewnętrzna strata ciśnienia w pompie ciepła (m słupa wody) + 10.2 m słupa wody + 15 m słupa wody

*

* maksymalna głębokość zalegania wody gruntowej

VWW VWW VWW VWW VWW Jedn.

61/2 81/2 101/2 141/2 171/2

Moc grzewcza (W10/W35) 8,2 11,6 13.9 19.6 24,3 kW

Pobór mocy 1.6 2,1 2.6 3.7 4,6 kW

COP/wskaźnik efektywności 5.2 5.5 5,3 5.3 5.3

NatęŜenie przepływu wody przy załoŜonym jej ochło-dzeniu o 3 K

1 816 2 604 3 045 4 267 4 983 l/h

Strata ciśnienia w pompie ciepła

19 30 24 40 45 kPa

Strata ciśnienia w pompie ciepła

1.90 3.0 2.40 4,0 4,5 m WS

Strata ciśnienia w przewo-dach rurowych/w armaturze

1) 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 m WS

Strata ciśnienia w studni 2)

15.00 15.00 15.00 15.00 15.00 m WS

Wymagana wysokość pod-noszenia pompy zanurze-niowej

19 20 19,4 21 21,5 m WS

Typ pompy firmy Grundfos w oprac. w oprac. w oprac. w oprac. w oprac. w oprac.

Typ pompy firmy Wilo w oprac. w oprac. w oprac. w oprac. w oprac. w oprac.

ZałoŜenia obowiązujące przy doborze pomp zanurzeniowych: 1) strata ciśnienia w filtrze/w przewodach rurowych/w armaturze: 20 kPA = 2.04 m słupa wody

2) głębokość lustra wody gruntowej: maksymalnie 15 m

1 kPa = 10 mbarów = 102 mm słupa wody



Projektowanie Przy projektowaniu instalacji z pompą cie-pła wykorzystującą wodę gruntową jako źródło ciepła naleŜy uwzględnić trzy czyn-niki:

• natęŜenie przepływu wody gruntowej

• maksymalną głębokość wykorzystywa-nej Ŝyły wody gruntowej

• jakość wody gruntowej

Wymagane natęŜenie przepływu wody gruntowej: Wymagane natęŜenie przepływu wody gruntowej moŜna obliczyć wg następują-cego wzoru:

( )− ∗=

∆

th el

GW

GW

Q P 860V

T

VGW = wymagane natęŜenie przepływu wody gruntowej (l/h)

Qth = moc grzewcza pompy ciepła (kW)

Pel = pobór mocy elektrycznej przez pompę ciepła (kW)

∆TGW = załoŜone ochłodzenie wody gruntowej (K)

W praktyce woda gruntowa ochładza się o 3 K, co odpowiada jej natęŜeniu prze-pływu ok. 240 l/h na 1 kW mocy grzew-czej pompy ciepła.

Maksymalna głębokość wykorzysty-wanej Ŝyły wody gruntowej: Maksymalna głębokość zalegania wód gruntowych, wykorzystywanych przez za-montowaną pompę ciepła w domach jed-no- i dwurodzinnych nie powinna przekra-czać 15 m z uwagi na moc elektryczną, niezbędną do zasilania zanurzeniowej pompy tłoczącej wodę.

Jakość wody gruntowej: Decydującym czynnikiem, najbardziej wpływającym na okres Ŝywotności studni jest zjawisko kolmatacji. Pod pojęciem kolmatacji rozumie się osadzanie i nawar-stwianie nierozpuszczalnych związków Ŝelaza i manganu. Warunkiem wystąpie-nia zjawiska kolmatacji jest istnienie jonów Ŝelaza i manganu w postaci rozpuszcza-jących się w wodzie związków chemicz-nych. Kolmatacja chemiczna powstaje wskutek doprowadzania tlenu do wody gruntowej, np. w strefie jej ponownego wprowadzania do warstwy wodonośnej w szybie infiltracyjnym. Z tego właśnie powodu przewód rurowy odprowadzający wodę do gruntu, umieszczony w szybie infiltracyjnym, musi sięgać do lustra wody gruntowej.

Korozja jest procesem bardzo złoŜonym i wpływa na nią wiele czynników. Bezpo-średni kontakt pompy ciepła z wodą grun-tową sprowadza ryzyko pojawienia się korozji. Stopień tego ryzyka jest określony właściwościami wody gruntowej. PoniŜej zamieszczona tabela podaje wskazówki co do wartości parametrów decydujących o wymaganej jakości wody gruntowej.

Nazwa substancji lub parametru Wartość graniczna Uwagi

Średnica cząstek < 1 mm osady w wymienniku ciepła

Temperatura < 20 °C

Parametr pH 6.5 – 9 moŜliwa korozja stali szlachetnej przy wysokich wartościach parametru (kwaśna woda)

Tlen (O2) < 2 mg/l

Przewodność elektrolityczna właści-wa > 10 µS/cm

< 500 µS/cm

Twardość całkowita > 4 °dH < 8.5 °dH

śelazo (Fe) < 2 mg/l w połączeniu z tlenem powoduje kolmatację studni chłonnej

Mangan (Mn) < 1 mg/l w połączeniu z tlenem powoduje kolmatację studni chłonnej

Aluminium (Al) < 0.2 mg/l zagroŜenie korozją dla miedzi

Amoniak (NH3) < 2 mg/l zagroŜenie korozją dla miedzi

Azotan (NO3) < 70 mg/l

Siarczan (SO4) < 70 mg/l moŜliwa korozja stali szlachetnej przy wysokich wartościach parametru

Związki chloru (Cl) < 300 mg/l moŜliwa korozja stali szlachetnej przy wysokich wartościach parametru

Rozpuszczone kwasy węglowe (CO2) < 5 mg/l zagroŜenie korozją dla miedzi

Amon < 20 mg/l

Wytyczne co do zawartości waŜnych substancji w wodzie gruntowej



MoŜliwe są dwa systemy instalacji z pompami ciepła typu woda/woda, które zamieszczono równieŜ w materiałach do projektowania: a. system z bezpośrednim wykorzysty-

waniem wody gruntowej - pompa wo-da/woda

b. pompa ciepła typu solanka/woda z po-średnim wymiennikiem ciepła

System z bezpośrednim wykorzysty-waniem wody gruntowej zapewnia wprawdzie większą efektywność pozyskiwania ciepła, jednakŜe dla uŜytkownika instalacji niesie pewne ryzyko:

1. Zanieczyszczenia wody gruntowej, któ-re nie zostaną odfiltrowane (np. piasek), mogą się odkładać przede wszystkim w naroŜach parownika pompy ciepła i po-wodować zamarzanie jego tych stref. Ta-kie częściowe zamarzanie naroŜy parow-nika niekoniecznie musi powodować za-działanie wbudowanego detektora prze-pływu, wyłączającego awaryjnie pompę ciepła, gdyŜ przez pompę moŜe jeszcze płynąć woda o wystarczającym całkowi-tym natęŜeniu.

2. Nawet jeśli przeprowadzona analiza wody gruntowej potwierdzi, Ŝe jej właści-wości są odpowiednie, aby moŜna ją wy-korzystywać w pompach ciepła, to szcze-gólnie w pierwszym roku pracy instalacji właściwości te mogą ulec zmianie z po-wodu ciągłego poboru wody nawet w ta-kim stopniu, Ŝe dalsza prawidłowa praca pompy stanie się niemoŜliwa. Dlatego w przypadku instalacji z pompą ciepła ty-pu woda/woda UŜytkownik musi regular-nie konserwować filtry wody gruntowej i przeprowadzać analizę jej parametrów. PoniewaŜ tego rodzaju prace konserwa-cyjne, niezbędne dla zapewnienia prawi-dłowego działania pompy ciepła, są zwią-zane z ponoszeniem dodatkowych bieŜą-cych kosztów, to firma Vaillant zaleca sto-sowanie w instalacjach typu woda/woda pompy ciepła typu solanka/woda z wy-miennikiem ciepła w obiegu wody grun-towej oraz z rozdziałem układu hydrau-licznego. Szkody powstałe w systemie z bezpośrednim wykorzystywaniem wody gruntowej, a wynikające z niewystarcza-jącej konserwacji obiegu pierwotnego, jak np. wskutek jego zamulenia lub zamarza-nia, nie podlegają gwarancji i firma Vail-lant nie uwzględnia roszczeń w tym zakre-sie. Jeśli z powodu niedbałej konserwacji instalacji źródła ciepła nastąpi popękanie parownika i wtargnięcie wody do obiegu chłodniczego, to równieŜ pompa ciepła ulegnie całkowitemu uszkodzeniu. W ta-kiej sytuacji pełno ryzyko ponosi UŜytkow-nik. Firma Vaillant nie udziela gwarancji, ani nie przejmuje roszczeń z tego tytułu. Zamontowanie pośredniego wymiennika ciepła wprawdzie nie zabezpiecza instala-

cji przed zanieczyszczeniami, ale w przy-padku jego ewentualnego zamarznięcia nie dochodzi do uszkodzenia pompy cie-pła. Taki rozdział układów hydraulicznych nieznacznie zmniejsza wartość współ-czynnika wydajności (temperatura solanki na wlocie do pompy ciepła mniejsza o ok. 3 °C, niŜ w przypadku systemu z bezpo-średnim wykorzystywaniem wody grunto-wej, oraz konieczność stosowania dodat-kowej pompy w obiegu solanki), ale za to jest o wiele bardziej niezawodny w uŜyt-kowaniu.

Budowa i eksploatacja instalacji stu-dziennej Przy bezpośrednim wykorzystywaniu wo-dy gruntowej jako źródła ciepła konieczne są przynajmniej dwie studnie.

Jeśli mapy geologiczne lub słuŜby geolo-giczne, ewentualnie lokalne urzędy, od-powiedzialne za wody gruntowe, czy teŜ władze administracyjne zarządzające wo-dami nie dysponują Ŝadnymi danymi od-nośnie występowania wód gruntowych, to za pomocą próbnego odwiertu naleŜy przeprowadzić próbę pompowania. Po-winno się uzyskać wydajność złoŜa rzędu 240 l wody na jeden kW mocy grzewczej pompy ciepła przez okres 24 godzin. Podczas wykonywania próby naleŜy ob-serwować obniŜanie się poziomu lustra wody oraz szybkość jego powrotu do sta-nu ustalonego.

Przedsiębiorstwo wiertnicze powinno mieć, jako firma branŜowa, uprawnienia do pro-jektowania i wykonywania prac wiertni-czych i budowania studni. Materiał zakła-dany w ziemi nie moŜe być trujący oraz powinien być odporny na korozję. Prze-wody rurowe, zarówno pełne, jak i filtrują-ce, wykorzystywane w budowie studni muszą równieŜ być zabezpieczone przed korozją. Przewody rurowe, Ŝwir filtrujący, pęczniejąca glina i cement muszą się nadawać do stosowania w wodzie grun-towej.

Uruchamianie pompy zanurzeniowej od-bywa się poprzez układ sterowania pom-py ciepła. W regulatorze bilansującym energię, sto-sowanym w pompach ciepła geoTHERM firmy Vaillant, naleŜy nastawić minimalną wartość temperatury na wlocie do pompy ciepła w taki sposób, Ŝe ochłodzenie wody (3 K do 5 K) nie będzie powodować za-marzania parowacza. Po obniŜeniu się temperatury wody poniŜej nastawionej wartości następuje automatyczne wyłą-czenie pompy ciepła.

Przekrój poprzeczny pompy zanurzeniowej

2. Projektowanie źródła ciepła Formularz do projektu wykorzystania wody gruntowej


Formularz do projektu wykorzystania wody gruntowej

Prosi się o moŜliwie jak najbardziej dokładne wypełnienie formularza z pytaniami, aby uzyskać prawidłowo zaprojektowaną pompę ciepła.

Informacje dotyczące projektu

Klient: ................................................................ Telefon ................................................................



Instalator/projektant: ................................................................ Telefon ................................................................



ObciąŜenie cieplne budynku

Normatywne obciąŜenie cieplne budynku wg PN-EN 12831:

kW

Pobór mocy elektrycznej przez pompę ciepła: kW

Wymagane natęŜenie przepływu wody gruntowej

ZałoŜone ochłodzenie wody gruntowej (zwykle przyjmowane ochłodzenie wody gruntowej wynosi ok. 3 K) K

Wymagane natęŜenie przepływu wody gruntowej (w l/h) = (całkowita moc grzewcza (kW) - pobór mocy elektrycznej (kW)) x 860

załoŜone ochodzenie wody gruntowej (K)

Projekt instalacji z wodą gruntową jako źródłem ciepła

Typ pompy ciepła Moc grzewcza (W 10/W 35)

kW


kW

NatęŜenie przepływu wody

l/h

VWW 61/2 8,2 1,6 1816

VWW 81/2 11,6 2,1 2604

VWW 101/2 13,9 2,6 3045

VWW 141/2 19,6 3,7 4267

VWW 171/2 24,3 4,6 4983

Wybrana pompa zanurzeniowa:

Odległość między studnią czerpalną i studnią chłonną

Odległość między studnią czerpalną i studnią chłonną w praktyce wynosi 15 m

Minimalną odległość między studnią czerpalną i studnią chłonną „a” moŜna równieŜ obliczyć wg następującego wzoru:

NatęŜenie przepływu pobieranej wody gruntowej VGW = l/s

Pochylenie strumienia wody gruntowej J = %

Prędkość przepływu wody gruntowej kf = m/s

Głębokość wody gruntowej H = m

.

GW

f

Va 0 6 x

J x k x H=

a = _____ m

2. Projektowanie źródła ciepła Woda gruntowa


Pompa ciepła z instalacją studzienną wody gruntowej i z pośrednim wymien-nikiem ciepła Jeśli woda gruntowa zawiera domieszki w takim stopniu koncentracji, Ŝe mogą powodować korozję lub zamulenie parow-nika pompy ciepła (patrz tabela na stronie 165), to moŜna załoŜyć dodatkowy wy-miennik ciepła, zamocowany śrubami między instalacją studzienną wody grun-

towej i pompą ciepła. Takie usytuowanie i zamocowanie pośredniego wymiennika ciepła sprawia, Ŝe w przypadku awarii moŜna go łatwo zdemontować, aby potem wyczyścić, ewentualnie wymienić uszko-dzone płytki, a w końcu z powrotem za-montować, bez konieczności podejmowa-nia ingerencji w obiegu chłodniczym pom-py ciepła. Poślizg temperaturowy ok. 3 K (strata temperatury w pośrednim wymien-

niku ciepła) w porównaniu do pomp ciepła typu solanka/ woda moŜna pominąć z po-wodu wysokiej temperatury wody grunto-wej. Studnia czerpalna i studnia chłonna powinny być od siebie oddalone o około 15 m. Studnię czerpalną naleŜy usytuować przed studnią chłonną w kierunku prze-pływu strumienia wody podziemnej.

Pompa ciepła z instalacją studzienną wody gruntowej i z pośrednim wymiennikiem ciepła

1. Zawór odcinający 2. Termometr 3. Manometr 4. Separator z zaworem bezpieczeństwa 5. Pośredni wymiennik ciepła 6. Studnia czerpalna 7. Studnia chłonna 8. Pokrywa z odpowietrznikiem, która powinna zapobiegać przedostawaniu się do

studni drobnych zwierząt i wód powierzchniowych 9. Rurowy przewód tłoczący 10. Rurowy przewód odpływowy, powietrznoszczelny, zabezpieczony przed korozją, wprowadzony poniŜej lustra wody 11. Pompa zanurzeniowa 12. Filtracyjny przewód rurowy z zasypką Ŝwirową 13. Filtracyjny przewód rurowy a. Rozmieszczenie przewodów rurowych ze spadkiem w kierunku studni poniŜej strefy

zamarzania, na głębokości ok. 1.0 do 1.5 m b. Maksymalna głębokość zalegania wody gruntowej nie powinna przekraczać 15 m c. Minimalna odległość między studniami: 15 m d. Kierunek przepływu strumienia wody gruntowej od studni czerpalnej do

studni chłonnej

Pośredni wymiennik ciepła M3 FM

Pośredni wymiennik ciepła M6 FM

9. Projektowanie źródła ciepła Woda gruntowa


W przypadku zamontowania pośredniego wymiennika ciepła naleŜy stosować tylko pompę ciepła typu solanka/woda (nie ty-pu woda/woda). Obieg pośredni napełnia się podobnie, jak w przypadku kolektora

gruntowego płaskiego mieszaniną 1 ,2 glikolu propylenowego i wody. W za-mieszczonej poniŜej tabeli zamieszczono przykładowo dane projektowe płytowego wymiennika ciepła firmy Alfa Laval. Wy-

miennik ten składa się z profilowanych płytek, sprasowanych razem kołkami mo-cującymi między statywem i płytą oporo-wą (chwilowo brak w ofercie Vaillant w Polsce).

Typ wymiennika Typ: M3-FM- VWS 6, 8, 10

Typ: M3-FM- VWS 14

Typ: M3-FM- VWS 17

Stosowany w pompach ciepła

VWS 61/2, 81/2, 101/2,

VWS 141/2 VWS 171/2

Medium robocze w obiegu ciepłym

woda woda woda

Medium robocze w obiegu zimnym

mieszanina 30% glikolu propyleno-wego i wody



Moc cieplna wymiennika 12 kW 17 kW 20 kW

Temperatura na wlocie: od strony obiegu ciepłego 8 °C 8 °C 8 °C od strony obiegu zimnego 2 °C 2 °C 2 °C

Temperatura na wlocie: od strony obiegu ciepłego 5 °C 5 °C 5 °C od strony obiegu zimnego 5 °C 5 °C 5 °C

Masowe natęŜenie przepływu: w obiegu ciepłym 3 422 kg/h 4 847 kg/h 5 703 kg/h w obiegu zimnym 3 691 kg/h 5 526 kg/h 6 501 kg/h

Strata ciśnienia: w obiegu ciepłym 8.293 kPa 14.07 kPa 15.03 kPa w obiegu zimnym 12.35 kPa 18.25 kPa 19.58 kPa

Kierunek przepływu zasada przeciwprądu

zasada przeciwprądu

zasada przeciwprądu

Materiał płytek AISI 316 AISI 316 AISI 316

Przyłącza ISO R 1 ¼ '' ISO R 1 ¼ '' ISO R 1 ¼ ''

ZałoŜone ciśnienie: w obiegu ciepłym 10 barów 10 barów 10 barów w obiegu zimnym 10 barów 10 barów 10 barów

ZałoŜona temperatura: maksymalna 85 °C 85 °C 85 °C minimalna 5 °C 5 °C 5 °C

Długość pakietu płytek 131 mm 145 mm 168 mm

Długość 300 mm 360 mm 360 mm

Szerokość 180 mm 180 mm 180 mm

Wysokość 480 mm 480 mm 480 mm

Masa pustego wymiennika 40.2 kg 41.4 kg 43.0 kg

Masa napełnionego wymiennika

44.2 kg 45.9 kg 48.3 kg

2. Projektowanie źródła ciepła Powietrze jako źródło ciepła – wprowadzenie


Pompa ciepła typu powietrze/woda wyko-rzystuje nagrzane przez słońce powietrze atmosferyczne. Jest ono do dyspozycji wszędzie i w nieograniczonej ilości. Tem-peratura powietrza atmosferycznego w ciągu roku niestety podlega stosunko-wo duŜym wahaniom. Z tego właśnie po-wodu pompa ciepła typu powietrze/woda z reguły współpracuje z drugą źródłem ciepła. Pompę ciepła geoTHERM classic, wyposaŜoną w nowy kompresor zaprojek-towano z myślą optymalnego dostosowa-nia jej do pracy w warunkach niskich temperatur źródła ciepła. Dzięki temu za-pewniono uzyskiwanie przez nią wysokiej wartości rocznego współczynnika wydaj-ności

Do załoŜenia instalacji z pompą ciepła ty-pu powietrze/ woda nie potrzeba uzyskać zezwolenia. Jednak naleŜy przestrzegać obowiązujących wytycznych w sprawie ochrony przed hałasem. DuŜymi zaletami pomp ciepła typu powietrze/woda są z jed-nej strony niewielkie koszty inwestycji a z drugiej to moŜliwość samodzielnego za-gospodarowania powietrza jako źródła ciepła przez kompetentny zakład branŜo-wy.

Poza tym pompy ciepła typu powietrze/ woda umoŜliwiają bez Ŝadnych kłopotów przeprowadzanie modernizacji starszych instalacji grzewczych. Stare wytwornice mogą ciepła moŜna po prostu zastąpić kompaktową pompą ciepła, przystosowa-ną do ustawiania wewnątrz budynku. MoŜ-liwość ustawiania pompy wewnątrz bu-dynku ułatwia wykonywanie przy niej prac serwisowych, chroni ją przed szkodliwym wpływem czynników pogodowych i zabez-piecza przed zamarzaniem w przypadku awarii zasilania elektrycznego. Pompę ciepła typu powietrze/woda w miarę moŜ-liwości powinno się ustawiać w pomiesz-czeniu piwnicznym. Z powodu emisji ha-łasu na zewnątrz budynku montaŜ kana-łów powietrznych naleŜy wykonać tylko w uzgodnieniu z sąsiadami.

Informacje podstawowe Powietrze atmosferyczne wymaga ponie-sienia najmniejszych nakładów, aby za-gospodarować go jako źródło ciepła. Jest ono zasysane poprzez odpowiedni kanał, ochładzane w parowniku pompy ciepła, a potem drugim kanałem z powro-tem odprowadzane do otoczenia. Pompa ciepła typu powietrze/woda moŜe wytwa-rzać ciepło grzewcze nawet jeszcze przy temperaturze powietrza atmosferycznego dochodzącej do - 20 °C. Oczywiście nie potrafi ona juŜ przy ekstremalnie niskich temperaturach powietrza pokryć w pełni zapotrzebowania na ciepło niezbędne do ogrzania pomieszczeń, mimo zoptymali-zowanego zaprojektowania i wykonania. Dlatego zintegrowana z pompą ciepła

dodatkowa grzałka elektryczna (6 kW) włącza się automatycznie, gdy tempera-tura zewnętrzna zmniejszy się poniŜej temperatury biwalencyjnej.

Pompa ciepła geoTHER classic typu po-wietrze/woda wyróŜnia się wysoką ela-stycznością co do wyboru miejsca jej ustawienia. Oprócz wlotu powietrza od ty-łu (w połączeniu z kanałami powietrznymi VWZ LE 50 730 x 850 mm, VWZ LE 100 730 x 850 mm, lub z kanałem powietrz-nym VWZ LEK ze stoŜkiem 600 x 600 mm, które to elementy stanowią wyposa-Ŝenie dodatkowe) moŜna wybierać usytu-owanie wylotu powietrza z prawej lub z lewej strony, albo teŜ od góry.

Ponadto tę pompę ciepła moŜna ustawiać powyŜej poziomu ziemi (np. w pomiesz-czeniu gospodarczym) z siatką zabezpie-czającą przed oddziaływaniem czynników pogodowych VWZ GA/GE, albo teŜ poni-Ŝej poziomu ziemi (np. w piwnicy) ze zwykłymi szybami świetlnymi (studzien-kami okien piwnicznych).

Generalnie rzecz biorąc istnieją 4 rozwią-zania systemowe przyłączania pompy cie-pła geoTHERM classic typu powietrze/wo-da do układu doprowadzania i odprowa-dzania powietrza (patrz str. 51, 52).

2. Projektowanie źródła ciepła Powietrze jako źródło ciepła – podstawy


Rozwiązanie 1: Ustawienie pompy ciepła z kątowym le-wym układem kanałów powietrznych; wlot powietrza od tyłu, wylot powietrza po le-wej stronie (względem wlotu przestawio-ny o 90°).

1a: Wylot powietrza w wersji sztywnej (VWZ LA 50, VWZ LA 100), patrz ry-sunek ustawienia pompy ciepła z ką-towym lewym układem kanałów po-wietrznych, strona 141

1b: Kanał wylotowy powietrza w wersji elastycznej (VWZ LAF 300)

1. Pompa ciepła typu powietrze/woda geoTHERM classic VWL 7C/9C

2. Kanał wlotowy powietrza VWZ LE 50 2)

3. Kanał wylotowy powietrza VWZ LA 50

2)


1) 2)

6 Buforowy podgrzewacz zasobnikowy VPS 300/500/750

7. Podgrzewacz zasobnikowy z podwój-nym płaszczem VDH 300/1

8. Zespół przewodów rurowych 9. Szyb świetlny

1) Rozwiązanie alternatywne

2) Przy pompie ciepła zawsze musi się zamon-tować elastyczny króciec

Rozwiązanie 1.: Wszystkie kanały, przewody giętkie, płyty kołnierzowe i elastyczny króciec naleŜy izolować cieplnie, aby je zabezpieczyć przed skraplaniem się pary wodnej (kanały i przewody giętkie – izolacja z włókien mineralnych, króciec i płyty kołnierzowe – izolacja chłodnicza)

Rozwiązanie 2: Ustawienie pompy ciepła z kątowym pra-wym układem kanałów powietrznych; wlot powietrza od tyłu, wylot powietrza po pra-wej stronie (względem wlotu przestawio-ny o 90°).

2a: Wylot powietrza w wersji sztywnej (VWZ LA 100), patrz rysunek usta-wienia pompy ciepła z kątowym pra-wym układem kanałów powietrznych, strona 141





2)


1) 2)



8. Zespół przewodów rurowych 9. Szyb świetlny






Rozwiązanie 3: Ustawienie pompy ciepła z układem ka-nałów powietrznych poprowadzonych przez jedną ścianę pomieszczenia; wlot powietrza od tyłu, wylot powietrza po le-wej lub po prawej stronie przez tę samą ścianę.

3a: Wylot powietrza w wersji sztywnej (VWZ LA 50) w połączeniu z kolan-kiem 90° (VWZ LA 90), patrz rysunek ustawienia pompy ciepła z układem kanałów powietrznych poprowadzo-nych przez jedną ścianę pomieszcze-nia, wylot powietrza po lewej stronie, strona 142





1)

5. Kolanko wylotowego kanału powietrz-nego VWZ LA 90



8. Zespół przewodów rurowych 9. Szyb świetlny 10. Ścianka działowa



Rozwiązanie 4: Ustawienie pompy ciepła z układem ka-nałów powietrznych poprowadzonych przez jedną ścianę pomieszczenia; wlot powietrza od tyłu, wylot powietrza do góry.

4a: Wylot powietrza w wersji sztywnej (VWZ LA 50) w połączeniu z kolan-kiem 90° (VWZ LA 90), patrz rysunek ustawienia pompy ciepła z układem kanałów powietrznych poprowadzo-nych przez jedną ścianę pomieszcze-nia, wylot powietrza do góry, strona 142





1)

5. Kolanko wylotowego kanału powietrz-nego VWZ LA 90


7. Podgrzewacz zasobnikowy z podwój-nym płaszczem VDH VDH 300/1

8. Zespół przewodów rurowych 9. Ścianka działowa





Przepisy W przeciwieństwie do pomp ciepła typu solanka/woda i woda/woda, przy projek-towaniu pomp ciepła typu powietrze/woda naleŜy uwzględnić problem emisji hałasu. Prawną podstawę w tym zakresie stanowi ustawa w sprawie ochrony przed imisją – Bundes-Immissionsschutzgesetz, BIm-SchG (Prawo do ochrony przed szkodli-wymi oddziaływaniami środowiska z po-wodu zanieczyszczenia powietrza, hała-su, drgań i wstrząsów i tym podobnych procesów). Ten przepis obowiązuje mię-dzy innymi przy budowie i eksploatacji urządzeń (a w związku z tym równieŜ od-nosi się do pomp ciepła). Zgodnie z tą ustawą wszystkie instalacje naleŜy budować i eksploatować w taki sposób, aby: a) nie dopuścić do tych szkodliwych od-

działywań środowiska, których moŜna uniknąć przy obecnym stanie techniki

b) ograniczyć do minimum te szkodliwe oddziaływania środowiska, których nie moŜna uniknąć przy obecnym stanie techniki

NaleŜy kierować się Techniczną Instrukcją w sprawie ochrony przed hałasem (Tech-nische Anleitung gegen Lärm; TA Lärm), traktując ją jako ogólny przepis władz ad-ministracyjnych, odnoszący się do związ-kowej ustawy w sprawie ochrony przed imisją (GImSchG). Instrukcja ta powinna chronić sąsiadów (ogół ludzi) przed szko-dliwym oddziaływaniem środowiska, po-wodowanym hałasem (pochodzącym z zewnątrz). Szkodliwe oddziaływania środowiska to takie imisje hałasu, które są w stanie powodować zagroŜenie, po-waŜne uszczerbki na zdrowiu i samopo-czuciu lub powaŜne dokuczliwości dla ogółu ludzi, czy teŜ tylko bliskich sąsia-dów. Miarodajne miejsce dla określenia obszaru szkodliwego oddziaływania insta-lacji znajduje się tam, gdzie najczęściej naleŜy się spodziewać przekroczenia do-puszczalnych parametrów imisji. Na za-budowanym terenie miarodajnym miej-scem imisji jest punkt znajdujący na ze-wnątrz budynku, w odległości 0.5 m od środka otwartego okna w pomieszczeniu najbardziej potrzebującym ochrony przed hałasem. Tam naleŜy utrzymać krytyczną lub nawet niŜszą wartość poziomu hałasu Lr (poziomu ciśnienia fali dźwiękowej) wg nr 6 Technicznej Instrukcji w sprawie ochrony przed hałasem.

Krytyczna wartość poziomu hałasu Lr dla miejsc imisji znajdujących na zewnątrz budynku wynosi: a) Tereny przemysłowe 70 dB(A) b) Tereny rzemieślnicze:

za dania 65 dB(A) nocą 50 dB(A)

c) Tereny z ogólną zabudową mieszka-niową: za dania 55 dB(A) nocą 40 dB(A)

d) Tereny wyłącznie z zabudową miesz-kaniową: za dania 50 dB(A) nocą 35 dB(A)

Krótkotrwałe, szczytowe poziomy hałasu nie mogą przekraczać podanych powyŜej wartości o 30 dB(A) za dnia oraz nocą o 20 dB(A).

Norma DIN 4109 (Ochrona przed hałasem w budownictwie wysokim) stwierdza, Ŝe dopuszczalny poziom ciśnienia fali dźwiękowej w pomieszczeniach wymaga-jących ochrony przed hałasem (pomiesz-czenia mieszkalne, sypialnie, pomiesz-czenia biurowe, itd.) nie moŜe przekra-czać wartości 30 dB(A) (w odniesieniu do urządzeń gospodarstwa domowego, trak-towanego jako źródło hałasu). Do urzą-dzeń gospodarstwa domowego zalicza się między innymi instalacje zasilające i utylizacyjne oraz na stałe wbudowane urządzenia techniczne. Norma ta nie do-tyczy ochrony pomieszczeń dziennego przebywania przed hałasem generowa-nym przez urządzenia gospodarstwa do-mowego znajdujące się we własnych po-mieszczeniach mieszkalnych.

Zadaniem normy DIN 2714 (Rozprzes-trzenianie się hałasu na zewnątrz) jest sformułowanie jednolitej metody oblicze-niowej do wyznaczania emisji i imisji ha-łasu. Metoda jest potrzebna w pracach związanych z projektowaniem urządzeń.

Kanały wlotowe i wylotowe powietrza Wszystkie kanały, przewody giętkie, płyty kołnierzowe i elastyczny króciec naleŜy izolować cieplnie, aby je zabezpieczyć przed skraplaniem się na nich pary wod-nej (kanały i przewody giętkie – izolacja z włókien mineralnych, króciec i płyty koł-nierzowe – izolacja chłodnicza). Przy wil-gotności względnej powietrza > 50% i temperaturze zewnętrznej poniŜej 0 °C moŜe dochodzić do osadzania się skro-plin na wymienionych elementach, mimo Ŝe będą one posiadać odpowiednią izola-cję cieplną.

W przypadku stosowania pomp ciepła geoTHERM classic typu powietrze/woda zasysane powietrze nie moŜe zawierać amoniaku. Dlatego wykorzystywanie jako źródła ciepła powietrza z pomieszczeń przeznaczonych dla zwierząt jest niedo-puszczalne.

Przy montowaniu zarówno wlotu, jak i wy-lotu powietrza konieczne jest załoŜenie przynajmniej po jednym zestawie szyn nośnych. W przypadku stosowania kolan-ka (VWZ LA 90) potrzebny jest jeszcze jeden dodatkowy zestaw szyn nośnych. Króćce elastyczne, za pomocą których montuje się kanały powietrzne do pompy ciepła, nie są zaprojektowane w taki spo-sób, aby przenosić obciąŜenia wynikające z cięŜaru kanałów. Dlatego teŜ na kaŜde 0.5 m długości kanału naleŜy załoŜyć ze-staw szyn nośnych VWM LM.



Rozplanowanie i projekt Aby móc zamontować pompę ciepła typu powietrze/woda bez napotykania niepo-trzebnych trudności, to juŜ przy projekto-waniu miejsca jej ustawienia powinno się uwzględnić rozmieszczenie odpowiednich otworów w ścianach na kanały do dopro-wadzania i odprowadzania powietrza. Otwory te naleŜy zaprojektować większe o około 10 mm od właściwych kanałów powietrznych, aby dysponować wystar-czającą przestrzenią na uszczelnienie osadzeń kanałów w ścianie. Uszczelnie-nia te jednocześnie zapobiegają wzajem-nemu oddziaływaniu kanałów i ściany.

Otwór w ścianie pod wlot powietrza: 870 mm x 750 mm (wysokość x szero-kość) w odległości 765 mm od powierzch-ni podłogi przygotowanej do ustawienia pompy ciepła.

Otwór w ścianie pod wylot powietrza: 840 mm x 390 mm (wysokość x szero-kość) w odległości 780 mm od powierzch-ni podłogi przygotowanej do ustawienia pompy ciepła.

Otwory w ścianach pod wlot i wylot powietrza

Odstępy od ścian przy 1 rozwiązaniu: ustawienie pompy ciepła z kątowym lewym układem kanałów powietrznych.

Na pierwszym z poniŜej zamieszczonych rysunków przedstawiono odstępy od ścian w pomieszczeniu przeznaczonym do ustawienia pompy ciepła, obowiązują-ce przy 1 rozwiązaniu jej przyłączenia do układu doprowadzania i odprowadzania powietrza. NaleŜy zwrócić uwagę, Ŝe minimalny od-stęp pompy ciepła od prawej ściany wy-nosi 800 mm (co odpowiada odstępowi 860 mm od otworu w ścianie). Jest to ko-nieczne, aby móc swobodnie wykonywać

prace serwisowe przy obiegu chłodniczym pompy. Taki projekt ustawienia pompy ciepła obowiązuje przy grubości ścian do 350 mm (z siatką zabezpieczającą przed wpływem czynników pogodowych, usta-wienie pompy w pomieszczeniu miesz-kalnym) lub przy grubości ścian do 280 mm (z szybem świetlnym, ustawienie pompy w pomieszczeniu piwnicznym).

Odstępy od ścian przy 2 rozwiązaniu: ustawienie pompy ciepła z kątowym pra-wym układem kanałów powietrznych.

Na drugim z poniŜej zamieszczonych ry-sunków przedstawiono odstępy od ścian w pomieszczeniu przeznaczonym do ustawienia pompy ciepła, obowiązujące przy 2 rozwiązaniu jej przyłączenia do układu doprowadzania i odprowadzania powietrza. NaleŜy zwrócić uwagę, Ŝe minimalny od-stęp pompy ciepła od lewej ściany wynosi 450 mm (co odpowiada odstępowi 510 mm od otworu w ścianie). Jest to koniecz-ne, aby móc swobodnie wykonywać pra-ce serwisowe przy obiegu chłodniczym pompy. Taki projekt ustawienia pompy ciepła obowiązuje przy grubości ścian do 350 mm (z siatką zabezpieczającą przed wpływem czynników pogodowych, usta-wienie pompy w pomieszczeniu miesz-kalnym) lub przy grubości ścian do 280 mm (z szybem świetlnym, ustawienie pompy w pomieszczeniu piwnicznym).

Odstępy od ścian obowiązujące przy 1 rozwiązaniu (ustawienie kątowe lewe) przyłączenia pompy ciepła do układu doprowadzania i odprowa-dzania powietrza

L1 (mm) L2 (mm) Lr (mm)

Z siatką zabezpieczającą przed wpływem czynników pogodowych

735 - X 925 - X min. 860

Przykład: grubość ściany 250 mm 485 675 min. 860

Z szybem świetlnym 665 - X 855 - X min. 860


X = rzeczywista grubość murowanej ściany w mm.

Odstępy od ścian obowiązujące przy 2 rozwiązaniu (ustawienie kątowe lewe) przyłączenia pompy ciepła do układu doprowadzania i odprowa-dzania powietrza

L1 (mm) L2 (mm) Lr (mm)

Z siatką zabezpieczającą przed wpływem czynników pogodowych

1235 - X 925 - X min. 510


Z szybem świetlnym 1165 - X 855 - X min. 510


X = rzeczywista grubość murowanej ściany w mm.



Odstępy od ścian przy 3 rozwiązaniu: ustawienie pompy ciepła z układem kana-łów powietrznych poprowadzonych przez jedną ścianę pomieszczenia; wlot powie-trza od tyłu, wylot powietrza po lewej lub po prawej stronie przez tę samą ścianę.

Odczytać z obydwóch pokazanych obok rysunków (minimalne) wymiary obowiązu-jące przy montaŜu układu wlotu i wylotu powietrza na jednej ścianie.

Jeśli powietrze jest doprowadzane i od-prowadzane przez szyby świetlne, to musi się zachować następujące minimalne wy-miary szybu:

• głębokość: min. 600 mm

• szerokość szybu doprowadzającego powietrze: min. 1 000 mm

• szerokość szybu odprowadzającego powietrze: min. 800 mm

Pompa ciepła nie moŜe zasysać powie-trza odprowadzanego. Jeśli ten warunek nie jest spełniony, to współczynnik sprawności pompy maleje, a jej działanie pogarsza się. Dlatego zaleca się załoŜe-nie ścianki działowej o wymiarach 1 500 x 1 000 mm (wysokość x szerokość) mię-dzy kanałem doprowadzającym i kanałem odprowadzającym powietrze.

Ustawienie pompy ciepła z układem kanałów powietrznych poprowadzonych przez jedną ścianę pomieszczenia; wylot powietrza po lewej stronie

Ustawienie pompy ciepła z układem kanałów powietrznych poprowadzonych przez jedną ścianę pomieszczenia; wylot powietrza po prawej stronie

Wymiary szybów świetlnych oraz wymiary ścianki działowej

2. Projektowanie źródła ciepła Przykłady


Rozwiązanie 1a Ustawienie pompy ciepła z kątowym le-wym układem kanałów powietrznych, wy-lot powietrza w wersji sztywnej, kanały powietrzne zamontowane powyŜej po-ziomu ziemi, z siatką zabezpieczającą przed wpływem czynników pogodowych.

Ustawienia pompy ciepła z kątowym lewym układem kanałów powietrznych

Nr Ilość WyposaŜenie

dodatkowe Opis

Nr zamówienia

1 1 VWZ LE 50 Wlot powietrza 50 cm 308 402

2 1 VWZ GE Siatka zabezpieczająca wlot powietrza 308 406

3 1 VWZ LA 50 Wylot powietrza 50 cm 308 400

– (1) VWZ LA 100 Wylot powietrza 100 cm 308 401 1)

4 1 VWZ GA Siatka zabezpieczająca wylot powietrza 308 407

5 2 VWZ LM Zestaw szyn nośnych 308 409 2)


2) Nie pokazano

Rozwiązanie 2a Ustawienie pompy ciepła z kątowym pra-wym układem kanałów powietrznych, wy-lot powietrza w wersji sztywnej, kanały powietrzne zamontowane poniŜej pozio-mu ziemi, z szybami świetlnymi.

Ustawienia pompy ciepła z kątowym prawym układem kanałów powietrznych


dodatkowe Opis

Nr zamówienia



– (1) VWZ LAF 300 Wylot powietrza w wersji elastycznej 308 408 1)


4 1 Szyb świetlny 600 mm x 800 mm we własnym zakresie

5 1 Szyb świetlny 600 mm x 1 000 mm we własnym zakresie


2) Nie pokazano

2. Projektowanie źródła ciepła Przykłady


Rozwiązanie 3a Ustawienie pompy ciepła z układem ka-nałów powietrznych poprowadzonych przez jedną ścianę pomieszczenia, wylot powietrza po lewej stronie w wersji sztywnej, kanały powietrzne zamontowa-ne poniŜej poziomu ziemi, z szybami świetlnymi.

Ustawienie pompy ciepła z układem kanałów powietrznych poprowadzonych przez jedną ścianę pomieszczenia; wylot powietrza po lewej stronie


dodatkowe Opis

Nr zamówienia



3 VWZ LA 90 Kolanko wylotowego kanału powietrznego 308 403



5 1 Szyb świetlny 600 mm x 800 mm we własnym zakresie

6 1 Szyb świetlny 600 mm x 1 000 mm we własnym zakresie


2) Nie pokazano

Rozwiązanie 4a Ustawienia pompy ciepła z układem ka-nałów powietrznych poprowadzonych przez jedną ścianę pomieszczenia, wylot powietrza do góry, w wersji sztywnej, ka-nały powietrzne zamontowane powyŜej poziomu ziemi.

Ustawienia pompy ciepła z układem kanałów powietrznych poprowadzonych przez jedną ścianę pomieszczenia, wylot powietrza do góry

Montowanie pokrywy blaszanej VWZ LAO


dodatkowe Opis

Nr zamówienia



3 VWZ LA 90 Kolanko wylotowego kanału powietrznego 308 403


4 2 VWZ LA) Pokrywa blaszana 308 4410



2) Nie pokazano

2. Projektowanie źródła ciepła Maksymalne długości


Maksymalne długości kanałów wloto-wych powietrza

• 0.5 m z wyposaŜeniem dodatkowym VWZ LE 50 + VWZ GE + 4.5 m prze-dłuŜki wykonanej we własnym zakresie

• 1.5 m z wyposaŜeniem dodatkowym VWZ LEK + VWZ GE + 3.5 m prze-dłuŜki wykonanej we własnym zakresie

• maks. 5 m w przypadku kanałów o prze-kroju wewnętrznym 600 mm x 600 mm lub większym + VWZ GE

Widok z góry; kątowy lewy układ kanałów powietrznych


2. Projektowanie źródła ciepła Maksymalne długości


Maksymalne długości kanałów wylo-towych powietrza

• 5 m w przypadku kanałów o przekroju wewnętrznym 320 mm x 770 mm + VWZ LA 90 + VWZ GA

• 3 m w połączeniu z wyposaŜeniem do-datkowym VWZ LAF 300 + VWZ GA

• 6 m w połączeniu z elastycznymi prze-wodami o średnicy wewnętrznej min. 560 mm



2. Projektowanie źródła ciepła Formularz do projektu pompy ciepła typu powietrze/woda


Projekt: ..........................................................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................................................

Normatywne obciąŜenie cieplne i normatywna temperatura zewnętrzna budynku:


Miasto/gmina, w której naleŜy zainstalować pompę ciepła: kod pocztowy: ___________ miejscowość:________________

Normatywna temperatura zewnętrzna θe wg PN-EN 12831: °C

Wskazówka: Normatywna temperatura zewnętrzna θe jest to najniŜsza średnia temperatura powietrza z dwóch dni, jaka się zdarzyła lub była od niej mniejsza 10 razy w ciągu 20 lat. Jeśli wartość normatywnej temperatury zewnętrznej jest znana, to dane na temat miejscowości są zbyteczne.

Ustalenie temperatur powierzchni grzewczych

Informacje o systemie grzewczym: Ogrzewanie podłogowe Temperatura zasilania/powrotu: __________ °C

Ogrzewanie ścienne Temperatura zasilania/powrotu: __________ °C

Ogrzewanie radiatorowe Temperatura zasilania/powrotu: __________ °C

Inny system Temperatura zasilania/powrotu: __________ °C

Miejsce ustawienia pompy ciepła

Wymagane wyposaŜenie dodatkowe (we własnym zakresie):

Szyb świetlny do doprowadzanego powietrza: wymiary 600 mm x 1 000 mm (głębokość x szerokość)

Ustawienie poniŜej poziomu ziemi (ustawienie w piwnicy)

Szyb świetlny do odprowadzanego powietrza: wymiary 600 mm x 800 mm (głębokość x szerokość)

Wymagane wyposaŜenie dodatkowe:

Siatka do zabezpieczenia wlotu powietrza przed oddziaływaniem czynników pogodowych VWZ GE (308 406)

Ustawienie powyŜej poziomu ziemi (ustawienie w pomieszczeniu gospo-darczym)

Siatka do zabezpieczenia wylotu powietrza przed oddziaływaniem czynników pogodowych VWZ GA (308 407)


1 kanał wlotowy powietrza, sztywny, VWZ LE 50 (308 402)

1 kanał wylotowy powietrza, sztywny, VWZ LA 50 (308 400)

A przewód giętki, elastyczny do kanału wylotowego powietrza, VWZ LAF 300 (308 408)

A element (kanał) pośredni do kanału wylotowego powietrza, VWZ LAV 300 (308 405)

Rozwiązanie 1: ustawienie z kątowym lewym układem kanałów powietrznych

2 zestawy szyn nośnych VWZ LM (208 409)




A przewód giętki, elastyczny do kanału wylotowego powietrza, VWZ LAF 300 (308 408)

A element (kanał) pośredni do kanału wylotowego powietrza, VWZ LAV 100 (308 405)

Rozwiązanie 2: ustawienie z kątowym prawym ukła-dem kanałów powietrznych





1 kolanko 90° do kanału wylotowego powietrza, VWZ LA 90 (308 403)

A przewód giętki, elastyczny do kanału wylotowego powietrza, VWZ LAF 300 (308 408) *

Rozwiązanie 3: ustawienie z układem kanałów po-wietrznych poprowadzonych przez jedną ścianę pomieszczenia





1 kolanko 90° do kanału wylotowego powietrza, VWZ LA 90 (308 403)

A przewód giętki, elastyczny do kanału wylotowego powietrza, VWZ LAF 300 (308 408) *

Rozwiązanie 4: ustawienie z układem kanałów po-wietrznych poprowadzonych przez jedną ścianę pomieszczenia i z wylo-tem powietrza górą

A element dodatkowy (kanał) do wylotu powietrza górą, VWZ LAO 100 (308 410)

A = Rozwiązanie alternatywne * W przypadku stosowania przewodu giętkiego, elastycznego do kanału wylotowego powietrza stają się zbyteczne następujące elementy wyposaŜenia dodatkowego: VWZ LA 50, VWZ LA 100, VWZ LM.

** Element wyposaŜenia dodatkowego VWZ LAV 100 moŜna stosować tylko w połączeniu z elementem VWZ LA 50.

Otwór w ścianie pod wlot powietrza: 870 mm x 750 mm (wysokość x szerokość) w odległości 765 mm od przygotowanej powierzchni podłogi. Otwór w ścianie pod wylot powietrza:840 mm x 390 mm (wysokość x szerokość) w odległości 780 mm od przygotowanej powierzchni podłogi. NaleŜy dołączyć szkic miejsca ustawienia pompy ciepła typu powietrze/woda (w widoku z góry).

3. Wykresy wydajności pomp ciepła Pompy ciepła geoTHERM VWS, charakterystyki pomp obiegowych


Charakterystyka pomp ciepła geoTHERM VWS

VWS 6../2

0,0

5,0

10,0

-5 0 5 10 15


Mo

c [

kW

]

Moc grzewcza

Moc chłodnicza


TZ = 35 °C

TZ = 45 °C

TZ = 55 °C

TZ = 35 °C

TZ = 45 °C

TZ = 55 °C

TZ = 55 °C

TZ = 45 °C

TZ = 35 °C

VWS 8../2

0,0

5,0

10,0

15,0

-5 0 5 10 15


Mo

c [

kW

]

Moc grzewcza

Moc chłodnicza


TZ = 35 °C

TZ = 55 °C

TZ = 35 °C

TZ = 45 °C

TZ = 55 °C

TZ = 55 °C

TZ = 45 °C

TZ = 35 °C

TZ = 45 °C

VWS 10../2

0

5

10

15

20

-5 0 5 10 15


Mo

c [

kW

] Moc grzewcza

Moc chłodnicza


TZ = 35 °C

TZ = 55 °C

TZ = 35 °C

TZ = 45 °C

TZ = 55 °C

TZ = 55 °C

TZ = 45 °C

TZ = 35 °C

TZ = 45 °C

Strata ciśnienia i ciśnienie dyspozycyjne VWS/VWW 61/2Obieg grzewczy : woda

Źródło ciepła: 30% glikol etylenowy

0

100

200

300

400

500

600

700

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Strumień objętościowy (l/h)

Str

aty

ciś

nie

nia

/

Wy

s.

po

dn

os

ze

nia

(m

ba

r) VWS 61/2 obiegc.o.

VWS 61/2 dolneźródło

STAR RS 25/6(c.o.)

STAR RS 25/7(dolne źródło, niedla VWW)



0

100

200

300

400

500

600

700

0 500 1000 1500 2000 2500 3000


Str

aty

ciś

nie

nia

/

Wy

s. p

od

no

sze

nia

(m

ba

r) VWS 81/2 c.o.


STAR RS 25/6(c.o.)

STAR RS 25/7(dolne źr., nie dlaVWW)



0

100

200

300

400

500

600

700

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500


Str

aty

ciś

nie

nia

/

Wy

s.

po

dn

os

ze

nia

(m

ba

r)

VWS 101/2 c.o.


STAR RS 25/6(c.o.)

STAR RS 25/7(dolne źródło, niedla VWW)

3. Wykresy wydajności pomp ciepła Pompy ciepła geoTHERM VWS, charakterystyki pomp obiegowych


VWS 14../2

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

-5 0 5 10 15


Mo

c [

kW

]]

Moc grzewcza

Moc chłodnicza


TZ = 35 °C

TZ = 45 °C

TZ = 55 °C

TZ = 55 °C

TZ = 45 °C

TZ = 35 °C

TZ = 35 °C

TZ = 55 °C

TZ = 45 °C

VWS 17../2

0

5

10

15

20

25

30

-5 0 5 10 15


Mo

c [

kW

]

Moc grzewcza

Moc chłodnicza


TZ = 35 °C

TZ = 45 °C

TZ = 55 °C

TZ = 55 °C

TZ = 45 °C

TZ = 35 °C

TZ = 35 °C

TZ = 55 °C

TZ = 45 °C



0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 1000 2000 3000 4000 5000


Str

aty

ciś

nie

nia

/

Wy

s. p

od

no

sze

nia

(m

ba

r) VWS 141/2 c.o.


STAR RS 25/7(c.o.)

TOP-RL 25/7,5(dolne źródło, niedla VWW)

Strata ciśnienia i ciśnienie dyspoz. VWS 171/2Obieg grzewczy : woda


0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

700,00

800,00

900,00

0 1000 2000 3000 4000 5000


Str

aty

ciś

nie

nia

/

Wy

s. p

od

no

sze

nia

(m

ba

r) VWS 171/2 obieggrzewczy

VWS 171/2 dolne źródło

TOP-S 25/7(obieg c.o.)

TOP-RL 25/8,5 (dolne źródło)

Temperatura dolnego źródła (na wejściu do parowacza) przyjmowana do doboru:

• +5oC dla kolektora pionowego (odwiertu) • +0oC dla kolektora poziomego

• +5oC studni wierconych z pośrednim wymiennikiem ciepła

4. Układy hydrauliczne Wprowadzenie


Podstawy projektowania instalacji wy-korzystujących pozyskiwane ciepło Pompy ciepła serii geoTHERM zaprojek-towano do pracy przy maksymalnej tem-peraturze zasilania 55 °C. Stąd teŜ tego typu pompa róŜni się zasadniczo od ko-tłów grzewczych opalanych gazem lub olejem, stojących, czy teŜ wiszących, któ-re mogą osiągać temperatury zasilania powyŜej 80 °C. Aby brać pod uwagę do-starczanie energii przez pompę ciepła, to cała instalacja wykorzystująca tę energię, zarówno grzewcza, jak i słuŜąca do przy-gotowywania ciepłej wody, musi być przystosowana do tak niskich temperatur zasilania.

PoniŜej zostaną przedstawione najwaŜ-niejsze podzespoły instalacji wykorzystu-jącej ciepło oraz ich właściwości, wyma-gane przy współpracy z pompą ciepła.

Obiegi grzewcze Aby pompa ciepła mogła uzyskać wysoką wartość rocznego współczynnika wydaj-ności, to bardzo waŜnym zagadnieniem jest zapewnienie z jednej strony moŜliwie jak najwyŜszej temperatury dolnego źró-dła ciepła, a z drugiej jak najniŜszych temperatur w instalacjach wykorzystują-cych pozyskiwane przez pompę ciepło.

Stosowanie systemów ogrzewania powierzchniowego z temperaturami

zasilania ≤≤≤≤ 35 °C We współpracy z pompami ciepła szcze-gólnie dobrze sprawdziły się systemy ogrzewania powierzchniowego, a wśród nich przede wszystkim systemy ogrzewa-nia podłogowego, które potrafią ogrzewać obiekt przy temperaturach zasilania 35 °C lub niŜszych, nawet przy najniŜszych normatywnych temperaturach zewnętrz-nych. Aby zapewnić efektywną pracę in-stalacji grzewczej naleŜy dąŜyć do uzy-skania obliczeniowej róŜnicy temperatur zasilania i powrotu w granicach 5–8 K. Jeśli praca pompy ciepła podlega okre-sowej blokadzie przez lokalnego dystry-butora publicznej sieci zasilającej (zakład energetyczny), to w przypadku systemu ogrzewania podłogowego, w przeciwień-stwie do systemów ogrzewania radiato-rowego, nie jest potrzebne buforowanie energii cieplnej w specjalnym zbiorniku (w buforowym podgrzewaczu zasobniko-wym), gdyŜ warstwa jastrychu i sam sys-tem dysponują wystarczającymi moŜliwo-ściami magazynowania ciepła.

Przestrzeganie utrzymania charaktery-stycznych właściwości systemów ogrzewania radiatorowego Jeśli bierze się pod uwagę stosowanie systemu ogrzewania radiatorowego, to bardzo waŜnym jest, aby zaprojektować go przy załoŜeniu moŜliwie jak najniŜszych temperatur zasilania (np. maksymalna temperatura zasilania 45 °C). Jeśli będą konieczne temperatury zasilania powyŜej 55 °C, to pompę ciepła moŜna stosować tylko przy załoŜeniu, Ŝe będzie z nią współ-pracować dodatkowe, drugie źródło cie-pła. Firma Vaillant dąŜy do zapewnienia monowalentnego lub monoenerge-tycznego sposobu pracy pompy ciepła, aby nie obciąŜać budowy instalacji grzew-czej dodatkowymi kosztami, związanymi z koniecznością zakładania drugiego źró-dła ciepła. W przypadku modernizacji sta-rej instalacji grzewczej wykorzystanie juŜ istniejącej tam źródła ciepła do współpra-cy z pompą ciepła moŜe jednak być roz-wiązaniem całkiem uzasadnionym. Jeśli praca pompy ciepła podlega okresowej blokadzie przez lokalnego dystrybutora publicznej sieci zasilającej (zakład ener-getyczny), to naleŜy zaplanować zamon-towanie buforowego podgrzewacza za-sobnikowego do zniwelowania skutków tejŜe blokady.

System ogrzewania podłogowego bez regulacji temperatury poszczególnych pomieszczeń jako rozwiązanie stan-dardowe W przewaŜającej części przedstawionych w następnym rozdziale przykładów pom-pa ciepła współpracuje z systemem ogrzewania podłogowego, nie wyposaŜo-nego w elementy wykonawcze, funkcjo-nujące w zaleŜności od temperatury po-kojowej.

Następujące przesłanki przemawiają za stosowaniem systemu ogrzewania podłogowego bez regulacji temperatu-ry poszczególnych pomieszczeń:

• Efekt samoregulacji: W okresie grzewczym przewaŜają tem-peratury zewnętrzne oscylujące wokół temperatury 0

oC. Temperatury po-

wierzchniowe w systemach ogrzewania podłogowego wynoszą maksymalnie 23 °C przy średniej temperaturze wody grzewczej ok. 26 °C. Jeśli temperatura w pokoju podnosi się np. z powodu od-działywania innych, wewnętrznych źró-deł pozyskiwania ciepła lub na skutek promieniowania słonecznego, to jedno-cześnie natychmiast maleje intensyw-ność przekazywania ciepła przez sys-tem ogrzewania podłogowego, gdyŜ zmniejsza się róŜnica temperatur. Przy temperaturze 23 °C w pomieszczeniu przekazywanie ciepła przez system ogrzewania podłogowego spada do ze-ra. Z kolei przy zmniejszaniu się tempe-ratury w ogrzewanym pomieszczeniu procesy przebiegają odwrotnie. Ten efekt samoregulacji temperatury wystę-puje niezaleŜnie od istnienia w syste-mie technicznych urządzeń regulacyj-nych, czy teŜ braku. Efekt samoregula-cji wzmaga się wraz ze spadkiem tem-peratur zasilania ogrzewania podłogo-wego i załoŜoną róŜnicą temperatur

Zmiany temperatur róŜnych źródeł ciepła

Powietrze jako źródło ciepła

Woda gruntowa jako źródło ciepła

Grunt jako źródło ciepła

TWył

TObniŜona

TŹródła

TObniŜona TŹródła

TObniŜona

TŹródła

TObniŜona



• Współczynnik efektywności instala-cji z pompą ciepła (COP) O wartości współczynnika efektywności instalacji z pompą ciepła decyduje przede wszystkim niska temperatura zasilania oraz mała róŜnica temperatur zasilania i powrotu. W pompach ciepła temperatura zasilania oraz pośrednio temperatura powrotu są regulowane w zaleŜności od temperatury zewnętrznej. Objętościowe natęŜenia przepływu me-dium roboczego w obiegach ogrzewania są wzajemnie zrównowaŜone. Ingeren-cja układu regulacji temperatury w po-szczególnych pomieszczeniach powo-dowałaby zmniejszenie natęŜenia prze-pływu medium roboczego, co z kolei skutkowałoby zwiększeniem zarówno róŜnicy temperatur, jak i samej tempera-tury zasilania. W rezultacie regulacja temperatury w poszczególnych po-mieszczeniach pogarszałaby wartość współczynnika wydajności, a co za tym idzie, wzrastał by udział doprowadzanej energii elektrycznej aŜ ok. 10%. MoŜliwe zaoszczędzenie energii poprzez regu-lację temperatury w poszczególnych pomieszczeniach w wysokości ok. 2% nawet w przybliŜeniu nie skompenso-wałoby wyŜej opisanego efektu.

• Nieopłacalność stosowania regulacji temperatury w poszczególnych po-mieszczeniach Znaczących dodatkowych kosztów, wy-nikających z zainwestowania w elemen-ty układu regulacji w poszczególnych pomieszczeniach i potem z konieczno-ści ich konserwacji, w Ŝaden sposób nie równowaŜą uzyskane tą drogą oszczędności w zuŜyciu energii, a więc i oszczędności na kosztach eksploata-cji. Wymagane minimalne natęŜenie przepływu w obiegu chłodniczym pom-py ciepła uzyskuje się poprzez wyŜej wymienione przedsięwzięcia, i dlatego nie ma potrzeby montowania Ŝadnych dodatkowych podzespołów, które by wielkość tego natęŜenia musiały zapew-niać.

Wybór sposobu przygotowywania cie-płej wody Szczególną uwagę naleŜy zwrócić na wybór sposobu przygotowywania ciepłej wody. PoniewaŜ pompy ciepła serii geo-THERM pozwalają uzyskać maksymalną temperaturę zasilania 55 °C, to naleŜy stosować takie systemy, które umoŜliwią przekazywanie tej temperatury wodzie uŜytkowej przy moŜliwie najmniejszych stratach. Zastosowanie w obiegu ładowa-nia podgrzewacza zasobnikowego wy-miennika ciepła z bardzo duŜymi powierz-chniami roboczymi gwarantuje uzyskiwa-nie wystarczającej temperatury ciepłej wody. Jednocześnie tym sposobem za-pobiega się zbyt częstemu włączaniu pompy ciepła.

Przy wyborze podgrzewacza ciepłej wody naleŜy uwzględnić oczekiwane zapotrze-bowanie na ciepłą wodę (pojemność pod-grzewacza zasobnikowego), moc grzew-czą pompy ciepła oraz moc, której prze-niesienie musi zapewnić wymiennik cie-pła w obiegu ładowania.

MoŜliwe są następujące rozwiązania systemowe:

• Podgrzewacz zasobnikowy z po-dwójnym płaszczem Do podgrzewania ciepłej wody zaleca się stosować podgrzewacz zasobniko-wy z podwójnym płaszczem, charakte-ryzujący się zbiornikiem w obiegu łado-wania o duŜej pojemności wodnej (po-jemność wodna w obiegu pierwotnym), a dzięki duŜym powierzchniom roboczym oddzielającym wodę grzewczą i wodę pitną moŜna w nim uzyskać wysoką temperaturę zbiornika wody uŜytkowej (pojemność wodna w obiegu wtórnym).

• Podgrzewacze zasobnikowe ogrze-wane pośrednio z umieszczonym wewnątrz wymiennikiem ciepła Aby zapewnić przygotowywanie ciepłej wody przy wykorzystywaniu pompy ciepła bez zakłóceń, naleŜy w przybli-Ŝeniu załoŜyć jednostkową powierzch-nię roboczą wymiennika ciepła w obie-gu ładowania, wynoszącą ok. 1 m

2 na

kaŜde 3 – 4 kW mocy grzewczej pompy ciepła. Jeśli powierzchnia robocza wy-miennika ciepła będzie zbyt mała, to skutkiem mogą być niskie temperatury ciepłej wody (a związku z tym zwiększo-ne zapotrzebowanie na pracę pompy ciepła w trybie przygotowywania ciepłej wody), albo wyłączenia awaryjne pom-py ciepła przez presostat wysokociśnie-niowy. Przy stosowaniu wymienników ciepła z duŜymi powierzchniami robo-czymi naleŜy konieczne porównać oraz ewentualnie wzajemnie dopasować wielkość strat ciśnienia w węŜownicy wymiennika i dyspozycyjną wysokość podnoszenia pompy ciepła.

• Systemy zewnętrznego ładowania podgrzewacza zasobnikowego Ładowanie podgrzewacza zasobniko-wego realizuje się za pomocą zewnętrz-nego wymiennika ciepła współpracują-cego z pompą ładującą oraz zaworem sterowanym w zaleŜności od tempera-tury. Drogą indywidualnego dopasowa-nia tego systemu ładowania do stoso-wanej pompy ciepła moŜna uzyskać równieŜ wysoką wydajność zbiornika z ciepłą wodą. Projekt płytowego wy-miennika ciepła musi wynikać z mocy grzewczej pompy ciepła w warunkach S0/W35 oraz z temperatur wody w obie-gu pierwotnym 55 °C/45 °C i w obiegu wtórnym 50 °C/40 °C. Przy projektowa-niu duŜych systemów ładowania, prze-znaczonych dla domów wielorodzinnych,

musi się uwzględnić wymagania normy dotyczącej ochronny instalacji przed bakteriami Legionella.

• Pompa ciepła wykorzystywana tylko do przygotowywania ciepłej wody W przypadku rozdzielenia zapotrzebo-wania na ciepło do ogrzewania i do przygotowywania ciepłej wody przez zastosowanie osobnej pompy ciepła do ładowania podgrzewacza zasobniko-wego, przygotowywanie ciepłej wody w miesiącach letnich jest bardziej efek-tywne, a to z powodu wyŜszych wtedy temperatur powietrza atmosferycznego. Poprzez zastosowanie w pompach cie-pła wykorzystywanych do przygotowy-wania ciepłej wody czynnika roboczego R 134a moŜna uzyskać temperaturę wody uŜytkowej ok. 55 °C (65 °C). Przy obniŜeniu się temperatury powietrza poniŜej 8 °C przygotowywanie ciepłej wody przejmuje dodatkowa grzałka elektryczna lub grzewcza pompa ciepła geoTHERM.

Bufory wody grzewczej

Bufory wody grzewczej spełniają w insta-lacjach z pompami ciepła cztery podsta-wowe zadania:

• PrzezwycięŜenie negatywnego wpływu na komfort cieplny okresów blokady pracy pompy przez lokalnego dystrybu-tora sieci zasilającej (zakład energe-tyczny) poprzez zapewnienie ciągłego dostarczania ciepła

• Zwiększenie minimalnych czasów pra-cy pompy ciepła w instalacjach z nie-wielkim natęŜeniem przepływu wody w obiegu ogrzewania

• Zapewnienie dopuszczalnego minimal-nego natęŜenia przepływu w obiegu chłodniczym pompy ciepła przy przyłą-czeniu bufora wody grzewczej jako elementu słuŜącego do rozdziału ukła-dów hydraulicznych instalacji

• Buforowanie energii cieplnej potrzebnej w procesie rozmraŜania parowa-czaw pompach ciepła geoTHERM clas-sic typu powietrze/woda



PoniŜej wyjaśniono najwaŜniejsze sposoby bufora wody grzewczej w układ hydrauliczny instalacji z pompą ciepła.

• Bufory wody grzewczej jako oddzie-lający hydraulicznie instalację grzewczą Przy takim włączeniu bufora następuje hydrauliczne oddzielenie obiegu wytwa-rzania ciepła (w tym przypadku oddzie-lenie pompy ciepła) od obiegu wyko-rzystywania ciepła (system ogrzewania podłogowego). Punkt zerowego ciśnienia znajduje się w buforze. Dzięki temu uzyskuje się gwarancję zachowania minimalnego natęŜenia przepływu w obiegu chłodni-czym pompy ciepła oraz zmniejszenie ilości cykli załączeń. W obiegu ogrzewa-nia, wykorzystującym pozyskane przez pompę ciepło, moŜna stosować regula-cję temperatury w poszczególnych po-mieszczeniach.

• Bufory wody grzewczej jako włącza-ny szeregowo na powrocie Bufor włączany szeregowo na powrocie stosuje się w połączeniu z systemami ogrzewania radiatorowego lub ścienne-go celem zwiększenia natęŜenia prze-pływu wody grzewczej w obiegu. Dzięki temu następuje zwiększenie czasów pracy pompy ciepła. Inaczej, niŜ gdy bufor funkcjonuje jako oddzielający hy-draulicznie instalację grzewczą, w tym przypadku moŜna zrezygnować z dru-giej pompy w obiegu ogrzewania. Mi-nimalne natęŜenie przepływu wody grzewczej w obiegu zapewnia odpo-wiedni zawór nadmiarowo-upustowy.

Dobór bufora wody grzewczej Zasilanie elektryczne pompy ciepła podle-ga specjalnym uwarunkowaniom. Osobne doprowadzanie do pompy ciepła prądu elektrycznego umoŜliwia lokalnemu dystrybutorowi publicznej sieci zasilającej (zakładowi energetycznemu) odłączanie jej do 3 razy dziennie na 2 h. Ponadto uruchamianie pompy ciepła naleŜy ogra-niczyć do 3 włączeń w ciągu jednej go-dziny. Z tych powodów w kilku rodzajach zasto-sowań (np. w przypadku systemów ogrze-wania radiatorowego) konieczne jest two-rzenie zapasu energii cieplnej, magazy-nowanej w buforze wody grzewczej

Dlatego bufor naleŜy dobrać w taki spo-sób, aby pompa ciepła potrzebowała 20 minut czasu na jego (do)ładowanie (stąd wynikają maksimum 3 włączenia pompy w ciągu jednej godziny) bez konieczności zmniejszania ilości ciepła dostarczanego do instalacji grzewczej.

Przy takich załoŜeniach otrzymuje się na-stępującą Ŝelazną regułę:

m = Q/(c x ∆T), przy czym Q = P x t

m = Ilość wody w buforze (przy załoŜe-niu, Ŝe gęstość wody wynosi 1 000 kg/m

3) w (m

3)

Q = ilość energii cieplnej = moc grzewcza pompy ciepła (kW) x czas kompen-sacji skutków wyłączenia pompy.

Minimalny czas kompensacji = 0.33 h Maksymalny czas kompensacji = 2 h c= 1.163 Wh/kg (ciepło właściwe wody) ∆T= RóŜnica temperatur powrotu i zasi-

lania (K). RóŜnica temperatur ∆T powinna

wynosić od 5 do 10 K

Przykład obliczeniowy Moc grzewcza pompy ciepła geoTHERM VWS 8/2 C = 8.0 kW Wybrany czas kompensacji = 0.33 h RóŜnica temperatur ∆T w systemie ogrzewania podłogowego = 7 K

m = (8.0 kW x 0.33 h)/(1.163 Wh/kg K x

7 K) ≅ 300 l pojemności wodnej buforo-wego podgrzewacza zasobnikowego.

Pozostałe podzespoły • Dodatkowa grzałka elektryczna

Grzałki elektryczne skonstruowano do podgrzewania instalacji grzewczej oraz ciepłej wody i we wszystkich pompach serii geoTHERM są montowane seryj-nie. Grzałki elektryczne słuŜą do pokrywa-nia szczytowego zapotrzebowania na ciepło przez instalację grzewczą, do termicznej dezynfekcji wody uŜytkowej (pompa ciepła moŜe zapewnić uzyska-nie przez ciepłą wodę maksymalnej temperatury ok. 55 °C, co nie wystar-cza do przeprowadzenia dezynfekcji termicznej wody) oraz do wspomagania procesu wysuszania podłogi. To ostat-nie zadanie grzałki elektrycznej jest szczególnie waŜne przede wszystkim w miesiącach zimowych, aby odciąŜyć wtedy źródło ciepła). Dodatkowe zapotrzebowanie na moc do wysuszania budynku przez nowo budowane obiekty wynosi do 40% całkowitego zapotrzebowania

• Sprzęgło hydrauliczne Sprzęgło hydrauliczne to nic innego, jak tylko włączony równolegle przewód ru-rowy (przewód obejściowy) o bardzo duŜej średnicy. Podobnie, jak w przy-padku zastosowania buforowego pod-grzewacza zasobnikowego jako pod-grzewacza do rozdziału układów hy-draulicznych, równieŜ sprzęgło hydrau-liczne powoduje oddzielenie procesu wytwarzania ciepła (w tym przypadku oddzielenie pompy ciepła) od procesu wykorzystywania ciepła (system ogrze-wania podłogowego). Minimalne natę-Ŝenie przepływu w obiegu chłodniczym pompy ciepła jest zapewnione nieza-leŜnie od instalacji wykorzystującej po-zyskiwane ciepło. W obiegu wykorzy-stującym pozyskane przez pompę cie-pło moŜna stosować regulację tempe-ratury w poszczególnych pomieszcze-niach.

• Zawór mieszający W prostych instalacjach z pompami ciepła powinno się unikać stosowania zaworów mieszających, gdyŜ zmniej-szają one wartość rocznego współ-czynnika wydajności, a zatem i efek-tywność instalacji grzewczej. Przykładowe schematy hydrauliczne układów z pompami ciepła przed-stawiono w III części materiałów pro-jektowych.

Documents

Materiały projektowe cz. II Dolne źródła pomp ciepła geoTHERM · energi ę w prywatnych domach jest wykorzystywane dla celów ... Jednak Ŝe dzisiaj oszcz ędne traktowanie zasobów