Pompa ciepła pracuje tym efektywniej, im niższa temperatura ogrzewanej wody grzewczej. To zdanie, niczym prawdę objawioną, przedstawi każdy instalator, producent i wieloletni użytkownik.
Jest to oczywiście prawda, ale wyłącznie pod warunkiem, gdy aktualna temperatura ogrzewanej wody znajduje się w „temperaturowym polu pracy” pompy ciepła.
Na wykresie 1 widzimy, że zarówno w trybie grzania, jak i chłodzenia producent sprężarki określa zakres temperatury medium odbierającego ciepło, jak i temperatury dolnego źródła – czyli środowiska, skąd pobierane jest ciepło do celów grzewczych. Dolna linia ograniczająca pomarańczowe pole odpowiada minimalnej temperaturze zasilania instalacji w trybie grzania. Została wyznaczona na 25°C.
Temperatura minimalna wynika z wymaganego parametru potrzebnego do poprawnego i efektywnego rozmrażania parowacza. Górna linia ograniczająca pomarańczowe pole wynika z wpływu temperatury ogrzewanej wody na ciśnienie czynnika chłodniczego za sprężarką.
Im wyższa temperatura, tym większa różnica ciśnień oraz większe ciśnienie skraplania. W zależności od modelu sprężarki producent podaje graniczne wartości temperatur.
Instalacja bez bufora
Coraz więcej pomp ciepła jest montowanych bezpośrednio do instalacji grzewczej z pominięciem zbiornika buforowego. Nie ma oczywiście nic złego w takim schemacie instalacji, o ile spełnione są przedstawione przez producenta urządzenia warunki takiego zastosowania, tj. odpowiedni przepływ wody przez urządzenie grzewcze zapewniony w całym zakresie jego pracy (stosowanie siłowników zamykających pojedyncze pętle jest w takim przypadku obostrzone pewnymi warunkami), odpowiedni zład wody grzewczej do rozmrażania czy też możliwości akumulacyjne systemu grzewczego w budynku.
Zimowy rozruch pompy ciepła a wygrzewanie posadzki
Przy najczęstszym obecnie zastosowaniu pompy ciepła współpracują w nowych budynkach w całości z instalacją podłogową. Zimowy rozruch pompy ciepła (pierwsze uruchomienie) – nawet jeśli posadzka została wcześniej wygrzana- wymaga doprowadzenia innym urządzeniem grzewczym do wymaganej temperatury na powrocie wody grzewczej z instalacji do 20-25°C.
Dopiero w tym przypadku producenci pomp ciepła zezwalają na samodzielną pracę pompy ciepła (dotyczy zwłaszcza producentów, którzy w konstrukcji zastosowali skraplacz płytowy, czyli praktycznie wszystkich urządzeń dostępnych na rynku).
Poniżej tej temperatury praca pompy ciepła byłaby zagrożona. Bardzo dużą rolę w poprawnym rozmrażaniu parowacza odgrywa przepływ wody grzewczej przez skraplacz pompy ciepła.
Badanie termowizyjne
Zobaczmy, jak wyglądają badania termowizyjne skraplacza płytowego przy rozmrażaniu parowacza dla różnych przepływów wody i temperatury powrotu wody z instalacji grzewczej:
- przepływ wody przez skraplacz (pokazane na rys. 1): 0,3 l/s; temperatura wody w instalacji: 20°C;
- w tym przypadku mamy stosunkowo mały przepływ wody i przez wielu producentów najniższą dopuszczalną temperaturę wody w instalacji; pojawia się ryzyko zamrożenia wody w skraplaczu;
- przepływ wody przez skraplacz (pokazane na rys. 2): 0,3 l/s; temperatura wody w instalacji: 23°C;
- również niewielki przepływ jak dla tego wymiennika; temperatura wody w instalacji wyższa o 3°C; obszar niskich temperatur jest mniejszy niż w pierwszym przypadku, jednak cały czas występuje w końcowej fazie wymiennika;
- przepływ wody przez skraplacz (pokazane na rys. 3): 0,65 l/s; temperatura wody w instalacji: 20°C; ponad dwukrotnie większy przepływ spowodował, że w całym skraplaczu temperatura jest utrzymywana na bezpiecznym poziomie;
- przepływ wody przez skraplacz (pokazane na rys. 4): 0,65 l/s; temperatura wody w instalacji: 23°C; w tym przypadku rozkład temperatur jest najbardziej bezpieczny i nie ma zupełnie żadnego ryzyka zamrożenia skraplacza w momencie rozmrażania parowacza.
Rozruch pompy ciepła zimą a niska temperatura medium
Teraz chciałbym się zająć analizą urządzenia pracującego na zbyt niskiej temperaturze medium grzewczego w instalacji w przypadku budynku nieużytkowanego, będącego jeszcze w budowie (wykresy 2 – 4).
Użytkownik nastawił bardzo niską temperaturę zasilania instalacji grzewczej (20°C). W momencie rozmrażania czujnik temperatury wskazuje na wejściu czynnika chłodniczego do skraplacza temperaturę -6,4°C.
Jeśli byłoby zaburzenie odpowiedniego przepływu wody lub w instalacji nie byłoby odpowiednio zamontowanego filtra wody wlotowej – mogłoby nastąpić zmrożenie części kanalików wymiennika i trwałe uszkodzenie urządzenia poprzez zalanie wodą układu chłodniczego.
Na końcu rozmrażania wylot wody ma temperaturę poniżej 0°C. W tym przypadku medium grzewczym jest glikol, ale jeśli zostałaby zastosowana woda, układ mógłby ulec zniszczeniu.
Wygrzew i trzy zjawiska
W procesie wygrzewania występują trzy zjawiska – odparowanie nadmiaru wody zużytej do przygotowania wylewki, usunięcie naprężeń mogących powodować pękanie ostatecznej okładziny podłogowej lub unoszenie się rogów posadzki w pomieszczeniach oraz „stworzenie” sobie przez rurę grzewczą miejsca w wylewce na kompensację temperaturową.
Jeśli do 50 m2 posadzki o grubości 6-7 cm zużywane jest ok. 500 litrów wody, to w typowym domu jednorodzinnym tej wody do przygotowania wylewki zużytej zostanie średnio ok. 2 m3.
Proces odparowania wody jest bardzo energochłonny. Na wykresie 5 możemy zaobserwować, że odparowanie 1 kg wody pobiera 2257 kJ, co możemy porównać do podgrzania od 0 do 100°C ponad 5 kg wody. Mnożąc to choćby przez część zużytej technologicznie wody koniecznej do odparowania, wychodzi nam wynik dostarczonej energii cieplnej na poziomie rocznego zapotrzebowania na ciepło budynku.
Oczywiście nie cała woda z jastrychu czy anhydrytu musi być odparowywana poprzez ogrzewanie posadzki, część wody zostanie usunięta naturalnym suszeniem. Suszeniem pozbywamy się jednak głównie wilgoci powierzchniowej.
Jak wygląda proces wygrzewania posadzki?
Sposób postępowania w sprawie wygrzewania wylewki należy wykonać wg normy PN-EN 1264, część 4. Proces wygrzewania posadzki należy rozpocząć po zakończeniu procesu wiązania jastrychu. W przypadku jastrychów cementowych proces rozpoczęcia wygrzewania określa się na 21 dni po wylaniu jastrychu.
W przypadku jastrychów anhydrytowych norma mówi o min. 7 dniach koniecznych na związanie podkładu. Odstępstwo od normy (tj. skrócenie czasu oczekiwania na wiązanie) jest możliwe wyłącznie w przypadku szczegółowych zaleceń producenta. W okresie wiązania jastrychu trzeba unikać zbyt szybkiego jego wysychania, dlatego w letnim okresie świeżo wylaną wylewkę, zwłaszcza narażoną na bezpośrednie działanie słońca, przykrywa się folią.
Prawidłowo pielęgnowana wylewka będzie miała odpowiednie parametry wytrzymałościowe i estetyczne (tj. nie będzie spękań).
Czas i temperatura
Sam czas wygrzewania również zależy od użytego materiału jastrychu oraz zaleceń producenta mieszanki. W przypadku anhydrytów wygrzewanie najlepiej rozpocząć temperaturą wody grzewczej ok. 5-10°C wyższą niż temperatura otoczenia.
Każdego dnia należy podnosić temperaturę wody ogrzewanej o 5 K aż do osiągnięcia 55°C, które należy utrzymać przez okres 2-5 dni (w zależności od wytycznych producenta jastrychu). W następnych dniach należy przeprowadzić proces odpuszczania – temperatura każdego dnia powinna być zmniejszana o 5 K (na zasilaniu wody grzewczej) aż do osiągnięcia temperatury 20-25°C. Ważne, że temperatura zasilania musi być stała, bez obniżania np. w okresie nocnym.
W przypadku wygrzewania jastrychu cementowego procedura wygrzewania jest bardzo podobna. Należy rozpocząć ok. 5-10 K wyższą temperaturą zasilanej wody grzewczej ponad temperaturę otoczenia. Co 2-3 dni trzeba podnosić temperaturę wody grzewczej o 5 K, aż do uzyskania zadanej 45-50°C, którą należy utrzymać przez 5 dni. Następnie co 2-3 dni należy obniżać temperaturę zasilania wody użytkowej o 5 K, aż do 25°C.
W czasie wygrzewania posadzki konieczne jest wietrzenie pomieszczeń, ale bez dużych przeciągów, zwłaszcza w okresie wiązania jastrychu. W czasie wygrzewania na posadzce nie powinny znajdować się żadne przedmioty, które mogłyby ograniczyć odparowanie wody z posadzki.
Czy z wygrzewania należy wykonać raport?
Wielu producentów systemów ogrzewania podłogowego, urządzeń grzewczych (zwłaszcza pomp ciepła) oraz producentów jastrychu do zachowania gwarancji wymaga przesłania protokołu z próby szczelności instalacji ogrzewania podłogowego oraz wygrzania jastrychu.
Czym wygrzewamy?
Czy wygrzewanie każdym urządzeniem grzewczym jest możliwe? Wszystko zależy od punktów skrajnych i warunków gwarancji zamontowanych urządzeń.
Na pewno wrażliwymi na proces wygrzewania mogą być pompy ciepła. W przypadku powietrznych pomp ciepła największym zagrożeniem jest niska temperatura powrotnej wody do skraplacza w procesie rozmrażania parownika.
Większość producentów zupełnie zabrania wygrzewania posadzki w okresie zimowym (w czasie kiedy pompa ciepła może wchodzić w proces rozmrażania parowacza), jeśli instalacja z powietrzną pompą ciepła wykonana jest w instalacji bezpośredniego zasilania ogrzewania bez bufora.
Wygrzew zabroniony
Wygrzewanie posadzki najczęściej zabraniane jest również dla instalacji pomp ciepła wykorzystujących ciepło z gruntu (niezależnie od pory roku). Wymienniki gruntowe – zarówno te poziome, jak i pionowe – oblicza się z dwóch warunków: na moc chłodniczą maksymalną pobieraną przez pompę ciepła oraz ilość energii, jaka może być pobrana w ciągu sezonu grzewczego, związaną z czasem regeneracji dolnego źródła.
Energia, która musi być dostarczona do wygrzania posadzki, jest niskotemperaturowa, czyli pompa ciepła będzie pracowała z wysokim współczynnikiem efektywności, pobierając bardzo duże ilości energii cieplnej z dolnego źródła. Powoduje to przekroczenie drugiego kryterium doboru – pobrana zbyt duża ilość energii w kWh z metra bieżącego odwiertu.
Ilość energii w ciągu roku, która może być dostarczona do urządzenia grzewczego, zostanie wyczerpana już w okresie wygrzewania posadzki, co może początkowo spowodować podniesienie kosztów ogrzewania (zbyt niska temperatura dolnego źródła w porównaniu do projektowej), a w ostateczności nawet do zamrożenia dolnego źródła (bardzo wysokie koszty naprawy).
Kiedy wygrzewać?
Wygrzewanie posadzki najlepiej wykonać poza sezonem grzewczym, ponieważ w tym czasie budynek nie ma dodatkowych strat ciepła do otoczenia. Wyprodukowane ciepło jest zużywane wyłącznie na potrzeby wysuszenia jastrychu.
Koszty w pierwszych sezonach grzewczych
Jeśli proces wygrzania był wykonany w sposób prawidłowy, zgodny z właściwą normą lub wytycznymi producenta jastrychu, koszty ogrzewania w pierwszym sezonie mogą być wyższe jedynie o 5-10% ze względu na wilgoć szczątkową w posadzce lub wilgoć, która może być jeszcze w innych przegrodach.
Jeśli wygrzanie posadzki nie było wykonane, koszty ogrzewania w pierwszym sezonie grzewczym mogą być nawet 2-krotnie większe, bo wilgoć z posadzki przy jej podgrzewaniu będzie odparowywać. Największy problem mają właściciele budynków, w których przed wygrzaniem ułożono już warstwę hydroizolacji lub ostateczną wykładzinę. W tym przypadku, jeśli wykładzina jest drewniana, ulegnie ona uszkodzeniu lub wilgoć zacznie się pojawiać na innych elementach budowlanych.
Poprawność wygrzania posadzki
Sprawdzenie odpowiedniej wilgotności jastrychu w przypadku wykładziny drewnianej zawsze dokonuje się wilgotnościomierzami (metoda badania CM). Zakładana wilgotność po wygrzaniu posadzki nie powinna przekraczać 0,3% dla wylewek anhydrytowych oraz do 1,8% dla jastrychów cementowych.
Dla wykładzin ceramicznych test można uprościć – próbę można wykonać za pomocą folii PE (o wymiarach min. 1 x 1 m) szczelnie przyklejonej taśmą klejącą do jastrychu. Jeśli po 24 godzinach pod folią pojawi się wilgoć, proces wygrzewania i suszenia posadzki należy kontynuować aż do uzyskania poprawnej próby.
Szymon Piwowarczyk
Źródło: https://www.instalator.pl/2019/03/zimowy-rozruch-pompy-ciepla/