SCHEMATY HYDRAULICZNE, DOBÓR URZĄDZEŃ DLA INSTALACJI ODBIORU I ŹRÓDŁA CIEPLA POMP CIEPŁA dr inż. Natalia Fidorów-Kaprawy WYMAGANIA INSTALACJI Z PC Schematy instalacji Nieco inne niż dla kotłów grzewczych ze względu na specyfikę pracy (np. praca na c.o. i na c.w.u. z różnymi temperaturami zasilania ze źródła; kultura pracy sprężarki) Przepływy W obiegach pierwotnym i wtórnym pompy ciepła należy zapewnić odpowiednie przepływy, gwarantujące odpowiedni poziom wymiany ciepła w parowniku i w skraplaczu (należy zagwarantować pobór i odbiór ciepła na odpowiednim poziomie) Pompa ciepła do c.o. i c.w.u. pracuje z pełnym priorytetem, w schemacie występuje trójdrogowy zawór rozdzielający Brak przepływu od strony skraplacza (brak odbioru ciepła) spowoduje awaryjne wyłączenie pompy ciepła ze względu na za wysokie ciśnienie po stronie czynnika chłodniczego 1
UKŁADY BIWALENTNE Z POMPAMI CIEPŁA UKŁADY BIWALENTNE Z POMPAMI CIEPŁA Po naniesieniu punktu biwalentnego na krzywą klimatyczną widać jaką część sezonu obsłuży PC a jaką drugie źródło 2
PRACA WG KRZYWEJ GRZEWCZEJ COP 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 Wykres zależności efektywności energetycznej od temperatury powietrza zasilającego parownik 1,50-15,0-10,0-5,0 0,0 5,0 10,0 t sr wlo, C COP COP(50) COP(35) COP(60) WYBÓR TEMPERATURY ZASILANIA Temperatura zasilania systemu grzewczego nie powinna przekraczać maksymalnej temperatury zasilania pompy ciepła, chyba że dysponujemy drugim źródłem o wyższej temperaturze zasilania 3
Połączenie pompy ciepła solanka-woda z buforem i podgrzewaczem pojemnościowym Pompa ciepła wyposażona w pompę obiegu wtórnego Obie wężownice w podgrzewaczu wykorzystane do grzania wody 4
Pompa ciepła nie wyposażona w pompę obiegu wtórnego Ogrzewanie i przygotowanie c.w.u. wspomagane grzałkami Powietrzna pompa ciepła pracująca na cele c.o. wspomagana kotłem grzewczym praca alternatywna lub równoległa 5
Pompa ciepła solanka-woda pracująca na cele c.o. i c.w.u. wspomagana kotłem grzewczym praca alternatywna lub równoległa Pompa ciepła wyposażona w pompę obiegu wtórnego Podłączenie pompy ciepła bez bufora (inwerterowa) Pompa ciepła wyposażona w pompę obiegu wtórnego 6
7
Połączenie pompy ciepła solanka-woda z dolnym źródłem Pompa ciepła wyposażona w pompy obiegowe pierwotną i wtórną Za skraplaczem po stronie wodnej zamontowana grzałka elektryczna 8
Pompa ciepła podłączona pośrednio do dolnego źródła Po stronie pierwotnej pompy ciepła krąży glikol W studni pompa głębinowa Pompa ciepła typu woda-woda połączona z dolnym źródłem Wyposażona w pompę obiegu wtórnego Pompa obiegu pierwotnego głębinowa w studni 9
DODATEK DO C.W.U. Do obliczenia dodatkowej mocy pompy ciepła na cele c.w.u. należy określić liczbę mieszkańców budynku oraz ich przyzwyczajenia dotyczące korzystania z ciepłej wody użytkowej Dla zwykłego budynku mieszkalnego przyjmuje się zapotrzebowanie na wodę o temperaturze 45 C wynosz ące 50 litrów na osobę dziennie. Odpowiada to dodatkowej mocy grzewczej około 0,25 kw na osobę przy 8-godzinnym czasie podgrzewu. Dodatek ten uwzględnia się tylko wówczas, gdy suma dodatkowego obciążenia grzewczego wynosi więcej niż 20% obciążenia grzewczego obliczonego na podstawie normy EN 12831. Jeżeli rzeczywiste zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową przekracza podane wartości, należy wybrać większy dodatek mocy. DOBÓR PODGRZEWACZA Pojemność - Dobór wg wytycznych EN- 15450:2007 Heating systems in buildings Design of heat pump heating systems Q DPB zapotrzebowanie energetyczne w ramach jednego cyklu, kwh Q DPB NNE zapotrzebowanie energetyczne jednej jednostki użytkowej podczas cyklu, kwh N NE liczba jednostek użytkowych o takim samym profilu V DP wymagana ilość ciepłej wody użytkowej w cyklu, l c w ciepło właściwe wody (c w = 1,163 Wh/(kg K)) t soll zadana temperatura podgrzewacza, C t cw temperatura wody zimnej 10
DOBÓR PODGRZEWACZA C.W.U. Pojemność - Dobór wg wytycznych EN-15450:2007 Heating systems in buildings Design of heat pump heating systems 1,15 V Sp-min minimalna pojemność podgrzewacza, l V DP wymagana ilość ciepłej wody użytkowej w cyklu, l 1,15 15 % strata spowodowana mieszaniem Q WP moc grzewcza pompy ciepła niezbędna do podgrzewu wody użytkowej, kw V Sp pojemność zbiornika (łączna), l T aufh odstępy czasu pomiędzy poszczególnymi cyklami Q WP > wyliczona moc niezbędna podczas stałego rozbioru przez cały dzień (Q hśr cwu ) Zakładane wielkości rozbiorów zgodnie z załącznikiem E normy EN 15450 11
DOBÓR PODGRZEWACZA C.W.U. Przy doborze zbiornika z wymiennikiem wewnętrznym (wężownicą) ze względu na małą różnicę temperatur, należy mieć na uwadze, że na 1 kw mocy grzewczej powinno przypadać minimum 0,20 m 2 powierzchni wężownicy, optymalnie około 0,25-0,30 m 2. Większość wymienników dostępnych na rynku nie spełnia tego wymogu. WYMAGANIA INSTALACJI Z POMPAMI CIEPŁA Zbiorniki buforowe Pełnią szereg funkcji w instalacjach z pompami ciepła Gromadzą energię niezbędną do odszraniania parownika w powietrznych pompach ciepła Zapewniają dobrą kulturę pracy sprężarki długie cykle pracy i długie postoje pomiędzy cyklami Zapewniają dostawę ciepła do c.o. podczas przygotowania c.w.u. Rozdzielają hydraulicznie obieg źródła od obiegów odbiorczych Zapewniają odpowiedni poziom odbioru energii w czasie gdy instalacja ma małe zapotrzebowanie 12
DOBÓR ZBIORNIKA BUFOROWEGO = 2 0,5 1,163 V z pojemność zasobnika buforowego, dm 3 τ p czas cyklu regulacji dwustawnej (dwupołożeniowej), h (1/5 1/3 h) Q obliczeniowe zapotrzebowanie na moc grzewczą do ogrzewania, W Q pc moc grzewcza PC przy temperaturze zewnętrznej, przy której zapotrzebowanie na moc cieplną do ogrzewania jest równe połowie zapotrzebowania obliczeniowego, W Δt różnica między temperaturą zasilania i powrotu wody grzewczej w c.o. w warunkach gdy moc cieplna do ogrzewania jest równa połowie zapotrzebowania obliczeniowego, K DOBÓR ZBIORNIKA BUFOROWEGO Jako zasadę można przyjąć dobór zbiorników buforowych na poziomie 20-30 l na 1kW mocy grzewczej pompy ciepła. 13
DOBÓR ZABEZPIECZEŃ C.O. Naczynie wzbiorcze i zawór bezpieczeństwa można dobrać zgodnie z normą PN-B-02414 ZAWÓR BEZPIECZENSTWA = 54, mm d 0 najmniejsza wewnętrzna średnica króćca dopływowego zaworu bezpieczeństwa, mm M masowa przepustowość zaworu bezpieczeństwa, kg/s α c dopuszczalny współczynnik wypływu zaworu dla cieczy (α c = α c rz ) α c rz rzeczywisty współczynnik wypływu zaworu dla cieczy p 1 ciśnienie dopuszczalne instalacji ogrzewania wodnego, bar ρ gęstość wody przy jej obliczeniowej temperaturze (przy pompach ciepła najczęściej maksymalna temperatura zasilania ze względu na przygotowanie c.w.u.), kg/m 3 = 0,44, / V pojemność instalacji ogrzewania wodnego, m 3 DOBÓR OSPRZĘTU INSTALACJI SOLANKI A zasilanie obiegu pierwotnego (wlot solanki pompy ciepła) B zawór odcinający C zawór spustowy (napełniający) D przyłącze ogranicznika ciśnienia (presostatu niskiego ciśnienia E naczynie powietrzne F zasilanie obiegu solanki G manometr H zawór bezpieczeństwa (3 bary) K powrót obiegu solanki L przyłącze naczynia wzbiorczego M powrót obiegu pierwotnego (wylot solanki pompy ciepła) 14
DOBÓR OSPRZĘTU INSTALACJI SOLANKI NACZYNIE WZBIORCZE obiegu solanki dobieramy korzystając ze wzoru: + = +, V N pojemność znamionowa naczynia wzbiorczego, dm 3 V Z zwiększenie pojemność przy nagrzewaniu się instalacji, dm 3 V V poduszka zabezpieczająca, dm 3 p e dopuszczalne ciśnienie końcowe, bar p st ciśnienie wstępne azotu, bar (1,5 bar) =, V A całkowita pojemność instalacji (solanka), dm 3 β rozszerzalność cieplna (dla czynnika Tycofor β = 0,01) =,, =,, p si ciśnienie początku otwarcia zaworu bezpieczeństwa, bar (3 bary) DOBÓR OSPRZĘTU INSTALACJI SOLANKI ZAWÓR BEZPIECZEŃSTWA OBIEGU SOLANKI: Najczęściej wybieramy zawór proponowany przez producenta pompy ciepła, dostępny jako wyposażenie dodatkowe obiegu solanki Można policzyć zgodnie z PN-B-02414 (ciśnienie początku otwarcia zaworu przyjąć 3 bary) Należy zwrócić uwagę na to czy dobrany zawór nadaje się do instalacji glikolowych PRESOSTAT NISKIEGO CIŚNIENIA SOLANKI: Urządzenie zalecane w instalacjach dolnego źródła pomp ciepła Blokuje włączenie sprężarki przy zbyt niskim ciśnieniu w instalacji dolnego źródła 15
DOBÓR OSPRZĘTU INSTALACJI SOLANKI ZBIORNIK WYRÓWNAWCZY SOLANKI - Pojemność około 7 litrów (Vaillant wchodzi w zakres dostawy wraz z zaworem bezpieczeństwa 3 bar) - Wystarcza dla instalacji glikolowej o pojemności do 500 l przy założeniu zmiany objętości o 0,8% przy podgrzaniu o 20 K (0,8 l na 100 l czynnika pośredniczącego roztworu glikolu) - Należy go zamontować w najwyższym punkcie instalacji solanki - Przy napełnianiu instalacji należy wypełnić zbiornik do 2/3 objętości celem uzyskania odpowiedniego ciśnienia wstępnego - Jeśli zbiornik wyrównawczy w obiegu solanki zostanie zamontowany głębiej, niż instalacja kolektora (np. położenie na stoku), albo jeśli instalacja zawiera więcej środka niezamarzającego, niż zdoła przenieść zbiornik wyrównawczy (np. w przypadku głębokich odwiertów z sondami w postaci podwójnej U-rury) zaleca się stosować naczynie wzbiorcze. 1. Zawory odcinające (napełniające/spustowe) 2. Termometry 3. Manometr 4. Zbiornik wyrównawczy z zaworem bezpieczeństwa 5. Pojemnik do wychwytywania solanki 6. Przeprowadzenie przewodów rurowych ze spadkiem do studzienki 7. Filtr i separator powietrza (brak na rys.) 16