Pompa ciepła jest jedynym urządzeniem grzewczym, które może zostać wykorzystane również do chłodzenia budynków, zastępując typowe jednostki klimatyzacyjne.
Chłodzenie pompą ciepła możemy podzielić na dwa dwa podstawowe typy: pasywne i aktywne – jest to podział wynikający z możliwości pozyskania chłodu. Wielu klientów zadaje pytanie – czy kupując pompę ciepła, musimy ponieść dużo większe nakłady finansowe, aby wykorzystać ją również do chłodzenia?
Poniżej przedstawię kilka rozwiązań dla domowych instalacji związanych z chłodzeniem.
Chłodzenie pompą ciepła – pasywne
Chłodzenie pasywne jest stosowane w przypadku pomp ciepła typu gruntowego. Mniejszą rolę w pracy odgrywa w tym przypadku pompa ciepła (wykorzystywana wyłącznie jest pompa obiegowa dolnego źródła oraz automatyka sterująca), a bardziej potencjał termiczny dolnego źródła. Glikol przepływający przez dolne źródło schładza się od gruntu, później jest kierowany do dodatkowego wymiennika, gdzie ochładza powietrze lub wodę z instalacji domowej.
Chłodzenie pasywne jest stosowane w większości innych układów z pompą ciepła. Oznacza, że w trakcie chłodzenia pracuje również sprężarka. Ten typ chłodzenia jest efektywniejszy (można generować większe moce do chłodzenia niż w przypadku gruntu), jednak koszt uzyskania chłodu w ten sposób jest porównywalny do pracy klimatyzatorów tradycyjnych (w przypadku chłodzenia pasywnego koszt uzyskania chłodu może być nawet kilkukrotnie tańszy).
Sposób przekazania chłodu do pomieszczeń
W przypadku ogrzewania najczęstszym sposobem przekazywania ciepła jest instalacja ogrzewania podłogowego, grzejniki lub klimakonwektory. W przypadku chłodzenia możemy wyodrębnić najbardziej popularne:
Chłodzenie pompą ciepła i chłodzenie płaszczyznowe
Chłodzenie płaszczyznowe przez użytkowników odczuwane jest jako najbardziej komfortowe (w przypadku prawidłowego sterowania i zastosowania sufitów chłodzących), a zarazem ze względu na specyfikę (temperatura wody chłodzącej jest wyższa niż w innych systemach – obniża to koszty przygotowania wody lodowej). Poprzez niższą temperaturę przegrody (np. ścian) uczucie komfortu jest zapewnione w najbardziej optymalny sposób.
Najczęściej jako płaszczyznę do chłodzenia wykorzystuje się ściany lub sufity. Niestety najbardziej popularna instalacja podłogowa do celów chłodniczych jest mało wydajna i jeśli zależy nam na komforcie (osiągnięciu odpowiedniej temperatury w pomieszczeniu), to instalacja powinna być wyprowadzona na ściany lub sufit.
Przy sterowaniu tego typu chłodzeniem należy zwrócić uwagę na tzw. punkt rosy. Jest to zależność wilgotności względnej powietrza oraz jego temperatury, w jakiej zacznie wykraplać się para wodna z powietrza – zbytnie obniżenie temperatury wody zasilającej może spowodować efekt mokrych powierzchni.
Przy złym sterowaniu takim systemem takie przekazywanie ciepła może być dyskomfortem dla użytkownika oraz przyczyną powstawania grzybów, pleśni i degradacji konstrukcji budynku. Pomimo swoich wad schładzanie budynku poprzez instalację podłogową ma duże zastosowanie – inwestor nie ponosi dodatkowych kosztów inwestycji w porównaniu z urządzeniem służącym wyłącznie do ogrzewania.
Chłodzenie z wykorzystaniem wentylacji mechanicznej
Jest to jedno z najczęściej wykorzystywanych rozwiązań, jeśli w budynku zastosowana została wentylacja mechaniczna. Koszty inwestycyjne w tym przypadku wzrastają nieznacznie jedynie o chłodnicę wodną zamontowaną na wlocie powietrza do pomieszczeń. Minusem tego rozwiązania jest konieczność ustawienia wysokich przepływów powietrza, co dla niektórych osób może nie być do zaakceptowania.
Temperatura wody w chłodnicy zwykle oscyluje w granicach 7-10oC (temperatura wody jest niższa niż w przypadku chłodzenia płaszczyznowego) – podnosi to koszty uzyskania chłodu. Minusem jest też jednakowe schładzanie wszystkich pomieszczeń w domu z brakiem możliwości regulacji.
Ze względu na moc chłodniczą wynikającą z ograniczeń wentylacji mechanicznej (wielkość przepływu powietrza) jest to rozwiązanie pośrednie, jednak najczęściej stosowane w budynkach z pompą ciepła i rekuperacją.
Chłodzenie z wykorzystaniem klimakonwektorów
Alternatywą do ogrzewania i chłodzenia są klimakonwektory. Mogą być one nośnikiem zarówno ciepła, jak i chłodu. Bardzo ułatwiają instalację – z jednej strony nie musimy myśleć o punkcie wykroplenia się pary wodnej z powietrza, ponieważ są wyposażone w odpływ kondensatu, z drugiej strony powierzchnia, którą zajmują, jest stosunkowo mała dzięki wymuszonemu przepływowi powietrza.
Usadowienie osobno klimakonwektorów w poszczególnych pomieszczeniach daje możliwość łatwego sterowania każdym pomieszczeniem według własnych upodobań. Minusem pracy klimakonwektorów jest niższa temperatura wody lodowej (wyższe koszty niż w chłodzeniu płaszczyznowym), znaczny przepływ powietrza (podobnie jak w przypadku klimatyzatorów) oraz fakt, że do prawidłowej pracy potrzebują również zasilania elektrycznego. Są alternatywą dla ogrzewania grzejnikowego
Chłodzenie pompą ciepła i układ hydrauliczny
Wszystko zależy od wybranego modelu rozprowadzenia chłodu. Jeśli chłodzenie będzie przeprowadzane za pomocą rurociągów w ścianach czy sufitach przy zastosowaniu odpowiedniego zładu wody, bufor w niektórych przypadkach będzie mógł być pominięty (np. pompa ciepła ze sprężarką inwerterową z odpowiednią automatyką sterującą).
W przypadku układów z małym zładem wody lodowej, jak klimakonwektory czy chłodnica wentylacyjna, raczej będzie praktykowane włączenie w układ buforowy. Należy zwrócić uwagę na maksymalne dopuszczane przepływy wody chłodzącej w chłodnicach wentylacyjnych i klimakonwektorach – w wielu przypadkach należy zastosować niewielki bufor jako element równoważący przepływ.
Podstawowymi wymaganiem dla bufora będzie zamknięta komórkowo izolacja takiego zbiornika z każdej jego strony (również od dołu), tak aby uniknąć wykraplania się rosy z powietrza na powierzchni zbiornika.
Wymóg przyszłości?
Według analityków zajmujących się wymogami budownictwa jednorodzinnego coraz więcej inwestorów zainteresowanych jest technologią chłodzenia. Im dom lepiej docieplony i szczelny, tym większe procentowo zapotrzebowanie domu na chłodzenie (m.in. zyski wewnętrzne z gotowania, pracy urządzeń elektrycznych).
Chłodzenie w samochodach stało się już standardem, choć zdecydowana większość użytkowników w swoim samochodzie spędza średnio kilkukrotnie mniej czasu niż we własnym domu. Odpowiednio zbudowana instalacja grzewczo-chłodząca może dać wymagane warunki komfortu niewiele wyższym kosztem inwestycyjnym i niskimi kosztami eksploatacji systemu.
Chłodzenie pompą ciepła – koszty
Współczynnik efektywności pompy ciepła w trybie chłodzenia będzie zawsze niższy niż w trybie grzania. W przejściowych okresach grzewczych możemy liczyć na współczynnik COP na poziomie nawet 4-5, a w chłodzeniu aktywnym (czyli z użyciem sprężarki pompy ciepła) współczynnik efektywności dla chłodzenia EER będzie zwykle oscylował w granicach 2-3.
Wynika to z tego, że w czasie pracy urządzenia sprężarka wytwarza ciepło. W przypadku grzania wykorzystujemy je do ogrzewania wody, w przypadku chłodzenia natomiast wyrzucamy je na zewnątrz, traktując jako ciepło odpadowe.
Dla pompy ciepła wykorzystującej ciepło z gruntu w przypadku chłodzenia pasywnego możemy mówić nawet o COP dochodzącym do 15-20. Wynika to z braku pracy sprężarki i wykorzystaniu niższej temperatury gruntu. Chłodzenie pasywne nie zawsze jednak wystarcza – w cieplejszych okresach konieczne będzie włączenie pompy ciepła w tryb aktywny, aby dostarczyć niższą temperaturę do instalacji.
Koszty inwestycyjne i eksploatacyjne będą zależne od rodzaju budynku oraz sposobu przekazania chłodu (płaszczyznowo, klimakonwektorem czy chłodnicą) – im niższa temperatura zasilania instalacji to koszty uzyskania chłodu rosną.
Podsumowanie
Jeśli w tym momencie jesteśmy na etapie rozpoczynającej się budowy domu jednorodzinnego, to warto przemyśleć kwestie związane nie tylko z jego ogrzewaniem, ale również z chłodzeniem. Wymogi dotyczące komfortu wśród inwestorów stale rosną i podejrzewam, że za kilka albo kilkanaście lat chłodzenie w budownictwie jednorodzinnym, tak jak jest to już przyjęte w budownictwie publicznym, powoli stanie się standardem.
Pompa ciepła jako jedyne z dostępnych na rynku urządzeń jest w stanie zapewnić nam ekonomiczne ogrzewanie i chłodzenie.
Szymon Piwowarczyk
Fot. Klimakonwektory są najprostsze w przypadku rozbudowy instalacji o chłodzenie. Mogą być używane do efektywnego grzania i chłodzenia.
Źródło: https://www.instalator.pl/2019/06/chlodzenie-pompa-ciepla-2/