Instalacje grzewczo-klimatyzacyjne oparte na pompach ciepła

Często usłyszy się, że pompa ciepła jako urządzenie grzewcze może również służyć jako klimatyzator pomieszczeń poprzez odwrócenie obiegu chłodniczego wewnętrznego – tzw. pompy z układem rewersyjnym. Oznacza to, że wewnątrz pompy ciepła, za pomocą układu zaworów, dodatkowego orurowania i automatyki pompa ciepła może raz pracować w funkcji grzania, a raz w funkcji chłodzenia (oczywiście sprężarka w pompie ciepła nie kręci się odwrotnie; tylko następuje przełączanie na zaworach w zależności od potrzeb i raz  parownik pełni funkcję skraplacza, innym razem skraplacz parownika).Takie rozwiązanie sprawdza się przede wszystkim w małych pompach ciepła zazwyczaj typu powietrze-woda lub powietrze-powietrze.


W klasycznych pompach ciepła typy solanka-woda nie ma układu rewersyjnego. Taka pompa ciepła może więc jedynie wytwarzać chłód, ale w układzie hydraulicznym zewnętrznym, tzn. pompa ciepła może pracować na potrzeby grzania i klimatyzowania, ale cały system hydrauliczny przełączania funkcji układu znajduje się poza pompą ciepła.


Klasyczny układ z pompą ciepła (c.o. + c.w.u) typu solanka-woda składa się z instalacji dolnego źródła (kolektor, pompa obiegowa, grupa bezpieczeństwa); pompy ciepła; instalacji górnego źródła (zbiornik buforowy, pompa obiegowa, grupa bezpieczeństwa) oraz instalacji c.w.u. (zbiornik, grupa bezpieczeństwa; w zależności od konfiguracji układu mogą występować wymiennik płytowy, dodatkowe pompy obiegowe). Układ z funkcją chłodzenia wzbogacony jest dodatkowo o zbiornik wody lodowej (w nim jest gromadzony „chłód” wyprodukowany przez pompę) oraz zawory trójdrogowe (przełączanie funkcji układu); wymiennik zrzutu ciepła oraz pompę zrzutu ciepła; cały system również wymaga „bogatszej” automatyki.


Taki układ realizuje cztery podstawowe funkcje grzewczo-klimatyzacyjne:

1. Układ pracuje w funkcji ogrzewania pomieszczeń oraz produkcji c.w.u. Z dolnego źródła pobierana jest energia niskotemperaturowa, zawór trójdrogowy przełączony jest na pozycję „pionową”, następuje odbieranie energii od medium zawartego w kolektorze i poprzez zbiornik wody lodowej następuje zatłaczanie medium z powrotem do odwiertów. Po stronie górnego źródła następuje produkcja energii wysokotemperaturowej. Zawór trójdrogowy przełączony jest na pozycję „poziomą” i energia rozprowadzana jest do odbiorników ciepła, tj. wymiennika płytowego – podgrzewanie c.w.u., oraz odbiorników ciepła – klimakonwektorów.
2. Układ pracuje w funkcji pasywnego chłodzenia. Pasywne chłodzenie oznacza chłodzenie pomieszczeń bez udziału pompy ciepła. Jest ono uruchamiane jako pierwsza z opcji klimatyzowania pomieszczeń (podyktowane jest to walorami ekonomicznymi). Medium zawarte w kolektorze pionowym przetłaczane jest za pomocą pompy obiegowej bezpośrednio na odbiorniki chłodu – klimakonwektory.
3. Układ pracuje w funkcji aktywnego chłodzenia oraz produkcji c.w.u. Podczas pracy układu w funkcji aktywnego chłodzenia pompa ciepła produkuje wodę lodową – następuje przełączenie zaworu trójdrogowego po stronie dolnego źródła na pozycję „lewo-dół”. Pompa ciepła wykorzystuje (schładza) medium zawarte w zbiorniku wody lodowej (nowe dolne źródło ciepła). Po stronie górnego źródła następuje produkcja energii, która jest wykorzystywana do podgrzewania c.w.u. – zawór trójdrogowy po stronie górnego źródła przełączony jest na pozycję „poziomą”. Ze zbiornika wody lodowej za pomocą pomp obiegowych jest rozprowadzane medium na odbiorniki chłodu – kilmakonwektory.
4. Układ pracuje w funkcji aktywnego chłodzenia oraz zrzutu ciepła. Układ pracuje podobnie jak w punkcie 3, czyli pompa ciepła wytwarza wodę lodową; natomiast po stronie górnego źródła następuje przełączanie się zaworu trójdrogowego na pozycję „lewo-dół” (zbiornik c.w.u. nie może już przyjąć więcej ciepła). Energia powstała podczas procesu wytwarzania wody lodowej jest zrzucana poprzez wymiennik płytowy do kolektora pionowego.

Podsumowując, pompa ciepła w okresie zapotrzebowania na ciepło pracuje na kolektorze pionowym produkując energię cieplną na potrzeby c.o. oraz c.w.u. W przypadku zapotrzebowania na chłód w pierwszej kolejności włącza się funkcja pasywnego chłodzenia. Kiedy „pasywnego chłodu” brakuje, włącza się funkcja aktywnego chłodzenia i produkcji c.w.u. (efekt uboczny produkcji wody lodowej – ciepła woda jest produkowana, można powiedzieć, za darmo). W przypadku ciągłego zapotrzebowania na chłód oraz nagrzania zbiornika c.w.u., następuje zrzut ciepła do kolektora pionowego.


Jako przykład zastosowania powyżej opisanego układu grzewczo-klimatyzacyjnego można podać system ogrzewania dla osiedla 14 apartamentowców w Libertowie „Panorama Południe” (inwestycja w trakcie realizacji). (...)

Krzysztof Borek

Cały artykuł - GLOBEnergia 2/2009

Tagi: