Gree - Ciepło z Gree
Okiem praktyka 9 sty
PURMO
Ważna rola grzejników w instalacjach z pompami ciepła

fot. PURMO

W wielu krajach m.in. skandynawskich pompy ciepła w instalacjach grzewczych są stosowane od lat. Połączenie dobrze izolowanych budynków i pomp ciepła pracujących w temperaturach 55/45°C z pewnością nie jest niczym nowym. Jeśli jednak stary kocioł zostanie zastąpiony pompą ciepła lub pompa ciepła jest już zainstalowana, ale temperatura systemu ma być jeszcze niższa, np. do 35/25°C, ważne jest, aby pamiętać o sprawdzeniu pod kątem poprawności doboru wszystkich elementów systemu grzewczego, w tym przewodów i grzejników. W większości przypadków oznacza to wymianę starych grzejników na nowe.

System grzewczy zasilany pompą ciepła

Aby system grzewczy z pompą ciepła działał wydajnie, wszystkie jego elementy składowe muszą być ze sobą w pełni kompatybilne. Dopiero wtedy system będzie mógł w pełni wykorzystać swój potencjał i zagwarantować optymalną wydajność. Dlatego tak ważne jest staranne rozplanowanie i zaprojektowanie całego systemu grzewczego z pompą ciepła, w tym wybór typu pompy ciepła, średnic przewodów rozprowadzających, elementów regulacji hydraulicznej oraz typu i wielkości emiterów ciepła. 

W celu osiągnięcia zamierzonych efektów należy dokładne obliczyć obciążenie cieplne budynku i poszczególnych pomieszczeń, wybrać odpowiednie elementy regulacji hydraulicznej, sprawdzić wielkość i dopasowanie istniejących emiterów ciepła i w razie potrzeby wymienić zbyt małe lub nieodpowiednie emitery, lub dodać dodatkowe elementy grzewcze. Ponadto należy przepłukać istniejącą instalację rurową, sprawdzić złączki i zawory oraz ewentualnie je wymienić, a całą instalację grzewczą zrównoważyć hydraulicznie.

Większa wydajność

Gdy wszystkie elementy instalacji są właściwie dopasowane do pompy ciepła i obciążenia cieplnego budynku, wydajność całego systemu znacząco wzrasta.

Pierwszym sposobem na zwiększenie wydajności pompy ciepła jest dalsze obniżenie temperatury systemu z 55/45°C do 35/25°C. Może to skutkować oszczędnością energii wynoszącą około 25%(1). Niższe temperatury w układzie poprawią wartość współczynnika SCOP (sezonowego współczynnika wydajności pompy ciepła), co oznacza jego roczny współczynnik wydajności w różnych stanach roboczych, ważony zgodnie ze strefami klimatycznymi. Im wyższa wartość SCOP, tym niższe zużycie energii. Ma to sens, ponieważ mniejsza różnica temperatur między źródłem ciepła (powietrze, woda lub ciepło geotermalne) a czynnikiem przenoszącym ciepło (np. grzejnika), tym bardziej ekonomicznie działa pompa ciepła. 

Po drugie, równoważenie hydrauliczne układu grzejnego jest ważne dla zwiększenia wydajności. Wszystkie grzejniki w układzie muszą być zrównoważone hydraulicznie, aby nawet grzejnik znajdujący się najdalej od źródła ciepła działał poprawnie. Dawniej pompa obiegowa wody grzewczej często miała większe wymiary i/lub temperatury zasilania były ustawione na wyższą wartość niż jest to konieczne. Oba te działania powodują niepotrzebne straty energii. Równoważenie hydrauliczne pomaga stworzyć wydajny system grzewczy i prowadzi do oszczędności energii na poziomie 7-11% (2).

Kolejnym krokiem w kierunku poprawy wydajności systemu grzewczego z pompą ciepła może być zastosowanie dynamicznej wkładki zaworowej w grzejnikach lub dynamicznych termostatycznych zaworów grzejnikowych. Zwłaszcza w istniejących budynkach, gdzie średnice i stan techniczny przewodów pozostają nieznane, prowadząc do tego, że regulacja hydrauliczna opiera się na założeniach i wartościach empirycznych. Dynamiczna wkładka zaworowa rozwiązuje ten problem. Po ustawieniu żądanej objętości wody, z uwzględnieniem mocy grzejnika i temperatur systemu, układ zaworu zapewni stały przepływ objętościowy. Ustawienie należy wykonać tylko raz, używając do tego celu klucza do nastaw znajdującego się w zakresie dostawy. Skalowanie w l/h sprawia, że ustawienie jest szybkie i nieskomplikowane. Warunkiem wstępnym użycia wkładek dynamicznych czy zaworów dynamicznych jest jednak właściwa jakość wody w układzie grzewczym, która nie może być zanieczyszczona cząstkami stałymi. 

Uzupełnieniem zastosowania regulacji dynamicznej będzie zastosowanie nowoczesnych głowic termostatycznych z zakresem proporcjonalności 1K umożliwiających bardziej precyzyjną regulację temperatury w pomieszczeniu, co z kolei może prowadzić do dalszej oszczędności energii, ponieważ każdy stopień mniej w pomieszczeniu odpowiada ok. 6% oszczędności energii (3).

Na wydajność grzejników wpływa także ich stan. Stare grzejniki często mają pozostałości korozji spowodowane reakcją stali na połączenie wilgoci i tlenu. Korozja ta działa jak warstwa izolacyjna wewnątrz grzejnika i w konsekwencji pogarsza jego sprawność. Aby uniknąć korozji, zalecane jest stosowanie inhibitorów korozji oraz regularne odpowietrzanie grzejników.  

Grzejniki niskotemperaturowe i grzejniki przystosowane do pracy z pompą ciepła

Jak już wspomniano, niższe temperatury zasilania pomagają zoptymalizować SCOP pompy ciepła. Udowodniono, że temperatury zasilania w zakresie od 35 do 50°C są najbardziej efektywne w instalacji grzewczej zasilanej pompą ciepła. Jednak zaprojektowane temperatury w instalacji mają wpływ na wydajność grzejnika. Należy pamiętać, że wraz ze spadkiem temperatur w instalacji spada ilość ciepła oddawana na drodze konwekcji. Konwekcja ciepła jest znacznie zmniejszona, gdy temperatura zasilania spada poniżej 40°C. Poniżej tej temperatury do zastosowania zalecane są grzejniki wentylatorowe lub klimakonwektory, ponieważ zamontowane w nich wentylatory w sposób mechaniczny wymuszają przepływ powietrza przez grzejnik i w ten sposób nadal są w stanie ogrzewać pomieszczenie ciepłem konwekcyjnym.

Aby system grzewczy mógł działać przy niższych temperaturach zasilania, konieczne może być powiększenie powierzchni grzewczej. Ponieważ ciepło promieniowania jest skuteczne nawet w niskich temperaturach, grzejniki o wystarczająco dużych powierzchniach promieniowania mają decydujące znaczenie dla ogrzewania w zakresie temperatur poniżej 50°C. Zwiększa to również odczucie ciepła.

Rozmiar grzejnika

Jednym z najczęstszych tematów w dyskusji bywa to, czy grzejniki będą musiały być mniejsze czy większe po wykonaniu termomodernizacji i zmianach temperatur wody grzewczej w instalacji. Faktem jest, że niższe obciążenie cieplne dobrze zaizolowanego budynku w połączeniu ze zmianami w technologii wykonania instalacji (nowoczesne zawory regulacyjne, głowice termostatyczne ) pozwala na zastosowanie bardziej wydajnych i ekonomicznych emiterów ciepła.

Powinno stać się standardowym działaniem sprawdzenie wielkości grzejników w istniejącej instalacji po wykonaniu termomodernizacji w kontekście niższych temperatur w systemie grzewczym i w razie potrzeby ich wymiana. Nawet jeśli niektóre grzejniki są odpowiednio zwymiarowane i pasują do nowych założeń, należy wziąć pod uwagę ich wiek i stan techniczny i zastanowić się nad ich wymianą. To zawsze musi pozostać indywidualną decyzją inwestora.
Jak już także wspomniano nie wolno także zapominać, że właściwe zrównoważenie hydrauliczne instalacji jest bardzo ważnym czynnikiem, ponieważ zapewnia właściwe rozprowadzenie ciepłej wody w instalacji w ilości wymaganej do zapewnienia właściwej, komfortowej temperatury w każdym z ogrzewanych pomieszczeń.

Źródła
(1) Według danych zebranych w Purmo Group z pompy ciepła MIRAI-SMI 4.0 EH1218DC.
(2) Zgodnie z raportem badawczym z 2019 roku opublikowanym przez ITG Dresden „Potential Energy Savings and Economic Evaluation of Hydronic Balancing in Technical Building Systems”.
(3) Informacje przekazywane m.in. przez Międzynarodową Agencję Energetyczną (IEA) i Komisję Europejską.