Pompy ciepła są bardzo nowoczesnymi i zautomatyzowanymi urządzeniami. Przy prawidłowym zaprojektowaniu i eksploatacji nie generują żadnych dodatkowych kosztów, przyczyniając się do znacznego obniżenia rachunków za ogrzewanie czy przygotowanie ciepłej wody użytkowej. Z uwagi na rosnącą popularność i zmieniające się przepisy odnośnie energochłonności budynków, zaczynają być jednak niesłusznie traktowane jako swoiste remedium na wszystkie związane z tym wymagania. Dobór pomp, jako podstawowego źródła ciepła w budynku zaczyna być standardem, a ich sprzedaż przypomina w wielu przypadkach marketing sieciowy, a nie logiczne rozwiązanie. Należy pamiętać, że pompy ciepła są urządzeniami relatywnie drogimi i ich projektowanie, jak i montaż nie może być prowadzony przez osoby przypadkowe. Decyzja o zakupie pompy powinna mieć też swój rachunek ekonomiczny, z symulacją kosztów wytwarzania energii w ciągu najbliższych lat. Poniżej o podstawowych problemach w pracy pomp ciepła popełnianych zarówno na etapie projektowania jak i eksploatacji.
Błędy na etapie projektowania systemu
1. Błędne wyliczenie OZC (ogólnego zapotrzebowania na ciepło w budynku).
To bardzo częsty błąd projektanta, który przy obliczaniu zapotrzebowania kieruje sie danymi zawartymi tylko w projekcie technicznym budynku, bez przeprowadzenia wywiadu z użytkownikiem. Budynek nie musi wcale odzwierciedlać założeń projektowych. Przy realizacji inwestycji występuje często pewna dowolność odnośnie zastosowanych materiałów i technologii. Zmiany dotyczą np. okien, drzwi zewnętrznych, czy nawet grubości zastosowanej izolacji. Przy wyliczaniu zapotrzebowania na ciepłą wodę wywiad jest wręcz niezbędny, bowiem jej zużycie zależy często od przyzwyczajeń mieszkańców. Generalnie przy błędnym wyliczeniu zapotrzebowania na ciepło dochodzi do niedowymiarowania lub przewymiarowania pompy ciepła.
2. Niedowymiarowanie pompy ciepła.
Dobór za małej pompy, nie będącej w stanie pokryć zapotrzebowania na ciepło, będzie szybko odczuwalny w postaci większych rachunków. Użytkownik budynku będzie zmuszony korzystać z dodatkowego źródła ciepła w celu dogrzania pomieszczeń. Mała pompa ciepła, to z pewnością mniejszy jednorazowy kosztu jej zakupu. Wielu klientów może nawet zachęcać projektanta do takiego rozwiązania, licząc na „chwilowe” oszczędności. Należy wtedy przeprowadzić dokładna symulację kosztów w ciągu najbliższych lat. Takie pozorne oszczędzanie szybko może zwrócić się przeciwko nam. Zwracam uwagę, że potencjalnym klientem pompy ciepła jest właściciel budynku energooszczędnego w którym tradycyjne źródła ciepła, typu kominek czy kocioł na biomasę nie mają racji bytu. Do pomp projektuje się ogrzewania podłogowe, zamiennikiem źródła ciepła może być tutaj co najwyżej kocioł gazowy lub dogrzewanie elektryczne farelkami. Inwestowanie w dodatkowy kocioł to poważny wydatek, dogrzewanie prądem – to już ekstrawagancja. Po kilku latach możemy zapomnieć o oszczędnościach.
3. Przewymiarowana pompa ciepła.
Sytuacja odwrotna do opisanej. Projektant dobiera zbyt dużą pompę ciepła, nie biorąc pod uwagę np. wymiany okien w budynku. Duża pompa pracuje niestabilnie, często potrafi nawet nie dogrzać budynku (kuriozum), w wyniku zadziałania sterownika. Dlaczego tak się dzieje? Pompy mają swoją charakterystykę pracy (krzywą sprawności) w której mogą się poruszać. Przy obliczeniowej temperaturze zewnętrznej np. -20C, (na taką oblicza się zapotrzebowanie na ciepło), pompa przewymiarowana będzie pracować prawidłowo, ale z obniżoną mocą. Zapotrzebowanie budynku wyniesie np. 7kW, a pompa ma 10kW mocy nominalnej. Jeśli konstrukcja pompy na to pozwala ( posiada sprężarkę o modulowanej mocy), to pompa samoistnie dopasuje wtedy moc do zapotrzebowania na ciepło. Jednak tak niskie temperatury występują rzadko. Przez większą część sezonu grzewczego temperatura może być znacznie wyższa i pompa będzie musiała dalej obniżać swoją moc. Przy wzroście temperatury powyżej zera przewymiarowana pompa może tak dalece przesunąć charakterystykę pracy, że sterownik zdecyduje o jej wyłączeniu. Zwykle przewymiarowane pompy w pewnym zakresie temperatur przechodzą w pracę impulsową (załączają się i wyłączają co kilka minut), co prowadzi do ich szybszego zużycia.
4. Źle dobrane dolne źródło ciepła
W instalacjach z pompami ciepła wszystkie trzy elementy systemu – pompa ciepła, dolne źródło ciepła i górne źródło ciepła, muszą ściśle do siebie pasować. Przewymiarowane dolne źródło ciepła nie jest jeszcze wielkim problemem. Po prostu nasza inwestycja wolniej się zwróci, ale pompa będzie pracować prawidłowo. Znacznie gorzej jest niedowymiarować dolne źródło. Wielu inwestorów słysząc koszty wykonania np. odwiertów i zapuszczenia sond gruntowych łapie się za głowy i próbuje szukać oszczędności – nic bardziej mylnego! Zbyt małe dolne źródło ciepło, lub źle doszacowana jego moc przez projektanta powoduje, że czynnik krążący w obiegu sprężarki nie ma możliwości całkowitego odparowania (problem ten omówiłem szerzej w serwisie sprężarek). Powracający do sprężarki czynnik musi być zawsze w postaci gazowej, przy braku jego odparowania czynnik wraca w postaci ciekłej, ma niskie ciśnienie i kontroler pompy ciepła (presostat niskiego ciśnienia) ją wyłączy. W sytuacjach skrajnych, może nawet dojść do „zalania” sprężarki ciekłym czynnikiem i jej uszkodzenia. To oczywiście zjawiska sporadyczne, znacznie częściej źle dobrane dolne źródło ciepła w pierwszej fazie obniży sprawność pompy ciepła, pompa nie będzie po prostu mogła pobrać z dolnego źródła wystarczającej ilości energii. Temperatura dolnego źródła powracająca do pompy będzie niższa niż projektowana, dla kompensacji mocy pompa wydłuży więc swoją pracę, co z kolei spowoduje większy pobór prądu (wyższe rachunki). Jeszcze innym problemem w przypadku dolnego źródła ciepła w postaci wymiennika gruntowego jest stopniowa utrata jego zdolności odtwarzania ciepła. Wysoko obciążony wymiennik gruntowy ulega wtedy stopniowemu wychłodzeniu, aż do całkowitego zamrożenia. Sytuacja taka może unieruchomić pompę na wiele dni.
Skąd się biorą takie błędy? Z nieodpowiedniego oszacowania wydajności cieplnej gruntu, braku znajomości budowy geologicznej kolejnych jego warstw (sondy gruntowe), niedoszacowania wilgotności, itp.
5. Źle dobrane górne źródło ciepła.
należy przez to rozumieć źle zaprojektowany odbiornik ciepła od pompy. Odbiornikiem może być ogrzewanie podłogowe (dla pompy pracującej w układzie c.o.) lub zasobnik ciepłej wody. Najwięcej błędów pojawia się w doborze zasobnika, przy czym błędna może być nie tylko jego objętość ale też sama budowa. Zasobniki w instalacjach z pompami ciepła powinny być do nich dedykowane. Musimy pamiętać, że pompa ciepła pracuje na znacznie niższych parametrach niż kocioł, temperatura na zasilaniu nie przekracza z reguły 50C. Powoduje to konieczność stosowania wymienników o dużej powierzchni wymiany ciepła. Po stronie centralnego ogrzewania należy projektować ogrzewania akumulacyjne, zdolne do odbioru energii przez wiele godzin, jak: ogrzewania podłogowe, ścienne, sufitowe. Podłączanie pompy ciepła pod grzejniki jest tutaj dużym błędem. Grzejniki nie będą w stanie zapewnić wystarczającej mocy zdolnej do ogrzania pomieszczeń. Grzejnik sprzedawany w sklepie o mocy nominalnej 1000W, posiada ją dla parametrów zasilania 75/65C, przy parametrach obniżonych do 55/45C moc spada do 500W, przy jeszcze niższych 50/40 moc grzejnika nie przekracza 350W. Dla zapewnienia wystarczającej ilości energii grzejniki musiałyby być co najmniej 2x większe.
Błędy montażowe
Jest ich bardzo wiele, dlatego poniżej skupimy się tylko nad tymi najbardziej popularnymi.
Zapowietrzona instalacja dolnego źródła ciepła.
Powodem jest najczęściej nieodpowiednie odpowietrzanie w czasie napełnianie kolektora gruntowego. Do napełniania należy wykorzystywać specjalne urządzenia napełniające z pompą napełniającą. Ręczne wlewanie glikolu sprzyja powstawaniu dużych ilości pęcherzy powietrza. Ich usuwanie z instalacji dolnego źródła ciepła trwa potem miesiącami. Powietrze w instalacji powoduje stały spadek ciśnienia i obniżanie się w naczyniu wyrównawczym poziomu czynnika. Należy go wtedy uzupełnić (przy prawidłowej pracy naczynie wyrównawcze powinno być wypełnione co najmniej w 1/3 wysokości).
Błędne wykonanie kolektora gruntowego
Wyróżnić tutaj można cały szereg błędów popełnianych przez wykonawców, jak:
– umieszczenie kolektora poziomego na zbyt małej głębokości, lub w gruncie antropogenicznym (zmienionym przez działalność właściciela działki), skutkiem czego kolektor zostaje odsłonięty przez długotrwałe opady deszczu i narażony na przemarzanie
– błędnie wykonane uszczelnienie sondy gruntowej. zalecane jest tutaj stosowanie metody betonowania podwodnego. zalewanie otworu sondy od góry nie zapewnia odpowiedniego odpowietrzenia mieszanki betonowej
– zbyt gęste rozmieszczenie w gruncie sond pionowych, sondy wzajemnie wpływają na siebie przyspieszając proces wychłodzenia gruntu
– zbyt odległe położenie sond lub wymiennika gruntowego od pompy ciepła (duże straty ciśnienia wymagające zastosowania większych pomp obiegowych)
Wadliwie wykonane uzbrojenie instalacji kolektora gruntowego
Sondy pionowe, kolektory poziome wykonywane są często jako układy złożone wyposażone w wiele osobnych obiegów. Dla prawidłowej pracy, napełniania jak i późniejszego serwisu obiegi takie powinny być zrównoważone hydraulicznie, posiadać osobne zawory odcinające i odpowietrzenia.
Zastosowanie w obiegu dolnego źródła niewłaściwej cieczy
Kolektory gruntowe (zwane też solankowymi) napełniamy zwykle roztworem glikolu propylenowego. Producenci zalecają tutaj stosowanie roztworów o stężeniu 25-33%. Kupując koncentrat glikolu należy go w odpowiednim stopniu rozcieńczyć. Jak wyliczyć prawidłowe proporcje wody w stosunku do glikolu? Możemy tutaj zastosować wzór:
Gl = Wl x (A/B) [litry]
gdzie:
Gl – ilość glikolu w postaci koncentratu
Wl – ilość roztworu w litrach
A – stężenie zalecane w %
B – stężenie koncentratu %
Przykład: Chcemy uzyskać 250 litrów roztworu o zawartości 30% glikolu, stosując koncentrat o zawartości 99,5%.
Obliczenia:
Gl = 250 x (30/99,5) ≈ 75 litrów koncentratu
250-75 = 175 litrów wody
UWAGA – do rozcieńczania glikolu należy użyć wody miękkiej, najlepiej zdemineralizowanej, tak jak do chłodnicy. Woda wodociągowa zawiera zawsze dużą ilość soli mineralnych i tlenu.
Hałas podczas pracy
Jeśli nie jest spowodowany przez uszkodzona sprężarkę, to może mieć przyczynę w nieprawidłowym podłączaniu pompy ciepła do instalacji grzewczej. Należy zawsze stosować tutaj połączenia elastyczne nie przenoszące wibracji na instalację.
Błędnie odprowadzane skropliny z powietrznej pompy ciepła.
Parownik powietrznej pompy ciepła powinien być umieszczany w przestrzeni swobodnej w pewnej odległości od ściany budynku. Nawet w takim wykonaniu raz na jakiś czas wymagane jest tzw. odszranianie parownika. Załączana jest wtedy specjalna grzałka która podgrzewa parownik topiąc gromadzący się na nim szron. Przy oszranianiu z parownika kapie woda która powinna być usuwana do kanalizacji. Jeśli tego nie zrobimy, kapiąca woda może zawilgacać ścianę zewnętrzna, powodować wykwity na murach, itp. W zimie kapiący parownik powoduje oblodzenie stanowiąc zagrożenie dla pieszych (jednostki zewnętrzne nad ciągami komunikacyjnymi).
Błędy eksploatacyjne
Niewłaściwa eksploatacja terenu ponad wymiennikiem gruntowym
Teren ponad wymiennikiem gruntowym nie powinien być pokryty utwardzoną nawierzchnią, zalesiony lub przeznaczony pod uprawy. Powinien być on wystawiony na swobodne oddziaływanie promieniowani słonecznych, co sprzyja jego regeneracji. Poważnym błędem jest przykrywanie takiego gruntu kostką brukową, płytami chodnikowymi, betonem, asfaltem lub inną powierzchnią blokującą wnikanie promieni słonecznych, ponieważ może to utrudnić regenerację gruntu, czyli spowodować jego zbytnie wychłodzenie.
Ustawienie zbyt wysokiej krzywej grzewczej
Podczas pierwszego uruchomienia obowiązkiem serwisanta jest ustawienie krzywej grzewczej na sterowniku pompy (przy sterowaniu w funkcji regulatora pogodowego). Krzywą ustala się według wzoru (zob. regulacja krzywej grzewczej). Często użytkownicy po zaznajomieniu się z funkcjami sterownika samodzielnie zmieniają kąt nachylenia krzywej. Ustawienie zbyt wysokiego numeru krzywej (dużego pochylenia) powoduje przegrzanie budynku, szczególnie w zimie przy niskiej temperaturze. Pociąga też za sobą znaczny wzrost zużycie energii do napędu sprężarki o nawet kilkadziesiąt procent.
Brak okresowych kontroli cieczy roboczych
Ciecze robocze roztwory glikolu) należy poddawać okresowej kontroli, podczas której sprawdza się m.in. stężenie jonów wodorowych (pH), rezerwę alkaliczną oraz gęstość roztworu. Jest to konieczne, ponieważ podczas eksploatacji ciecze robocze mogą ulegać destrukcji będącej efektem różnorakich przemian chemicznych. Kontrola pH jest szczególnie wskazana w pompach ciepła nie posiadających tzw. wziernika, w których nie ma możliwości wizualnego sprawdzenia stanu cieczy roboczej.
Brak lub złe uzupełnianie ubytków cieczy roboczych
W przypadku wystąpienia ubytków cieczy roboczej należy je uzupełnić, aby zapewnić prawidłowość działania instalacji. Uzupełnienie takie musi być jednak wykonane prawidłowo. Jeżeli ciecz roboczą stanowi wodny roztwór glikolu nie wolno jej niedoboru uzupełniać wodą, ponieważ spowoduje to zmniejszenie stężenia glikolu w roztworze, co zaskutkuje obniżeniem temperatury krzepnięcia cieczy roboczej i zwiększy prawdopodobieństwo jej zamarznięcia. Konieczność uzupełnienia cieczy roboczej może wystąpić przy stwierdzeniu:
– powietrza w cieczy na wzierniku
– zadziałanie presostatu niskiego ciśnienia
Zawyżone rachunki w pierwszym okresie używania systemu
Często w nowobudowanych obiektach odczuwalne są wyjątkowo wysokie koszty eksploatacji pompy
ciepła w pierwszym sezonie lub pierwszych dwóch sezonach użytkowania. Często traktowane jest to
przez inwestorów jako błąd , chociaż nim nie jest. Należy bowiem pamiętać o tym, że nowy budynek
zawiera wiele tzw. wilgoci technicznej- wody będącej składnikiem betonu, zapraw, tynków, itp.,
przez co ogrzewanie w pierwszym sezonie grzewczym ma za zadanie również usunięcie tej wilgoci.
Powoduje to wzrost zapotrzebowania budynku na ciepło dostarczane przez system pompy ciepła,
przez co rachunki za elektryczność są w tym okresie wyższe niż w okresach późniejszych. Należy
jednak pamiętać, że problem ten dotyczy wszystkich systemów grzewczych, nie tylko pompy ciepła, a
więc błędem jest traktowanie tego jako nieprawidłowość.