Pompa ciepła i grzejniki?
 Możliwości modernizacji systemu z ogrzewaniem grzejnikowym
 Współpraca pompy ciepła z instala...
2
Pompa ciepła – dla budynków nowych
oraz modernizowanych
 Pompa ciepła może stanowić podstawowe
źródło ciepła nie tylko ...
3
Modernizacja grzewczego systemu
grzewczego – wymiana grzejników?
 W większości przypadków w budynkach starszych
niż 10...
4
Przykład hybrydowej instalacji grzewczej
z pompą ciepła i kotłem grzewczym
 System grzewczy korzystający z co najmniej ...
5
Zmniejszenie zapotrzebowania ciepła budynku
po przeprowadzeniu termomodernizacji
 Poprawa izolacyjności przegród – w sz...
6
Efekty termomodernizacji – wymiana stolarki
okiennej i zastosowanie izolacji przegród
 Efekt termomodernizacji zależy o...
7
Poglądowy efekt termomodernizacji budynku
jednorodzinnego z lat 60-tych
Rok budowy: lata 60-te
Powierzchnia ogrzewana: 2...
8
Wydajność cieplna grzejnika w zależności
od temperatur wody grzewczej
Maksymalne zapotrzebowanie ciepła pomieszczenia
- ...
9
Wpływ temperatury wody grzewczej
na wydajność cieplną grzejnika
 Za pomocą tabel producentów grzejników można
określić ...
10
Dobór parametrów roboczych systemu
grzewczego po termomodernizacji budynku
Rok budowy: lata 60-te
Powierzchnia ogrzewan...
11
Zasada doboru pompy ciepła powietrze/woda
dla instalacji grzejnikowej
 Budynki jednorodzinne po przeprowadzeniu termom...
12
Krzywa grzewcza dla budynku przed i po
termomodernizacji, zakres pracy pompy ciepła
Temperatura
zewnętrzna
Temperaturaz...
13
Temperatura biwalencyjna w zależności
od parametrów pracy systemu grzewczego
Temperatura
zewnętrzna
Temperaturazasilani...
14
Potencjalny zakres pracy pompy ciepła
powietrze/woda w systemie 55/45 oC
Temperatura
zewnętrzna
Temperaturazasilania
43...
15
Dobór pompy ciepła – wariant mniejszej mocy
nominalnej 10,5 kW (aroTHERM VWL 115/2)
 Wydajność grzewcza pompy ciepła t...
16
Dobór pompy ciepła – wariant większej mocy
nominalnej 14,6 kW (aroTHERM VWL 155/2)
 Większa moc cieplna pompy ciepła 1...
17
Tryby pracy pompy ciepła we współpracy
z kotłem grzewczym
Sezon grzewczy (dni) Sezon grzewczy (dni) Sezon grzewczy (dni...
18
Optymalizacja pracy pompy ciepła
we współpracy z kotłem grzewczym
 Warunki pracy systemu grzewczego zmieniają się
dyna...
19
Efektywność energetyczna pomp ciepła
w trybie nisko- i wysokotemperaturowym
 Pompa ciepła aroTHERM VWL należy do grupy...
20
Efekty ekonomiczne termomodernizacji
budynku i modernizacji systemu grzewczego
 W przykładowym budynku po termomoderni...
21
Pompa ciepła dla modernizacji systemu
grzewczego z grzejnikami - podsumowanie
 Zastosowanie pompy ciepła w modernizowa...
Chłodzenie
Ogrzewanie
Energia odnawialna
Kotły gazowe
Kotły olejowe
Pompy ciepła
Kolektory słoneczne
Systemy wentylacji
ww...
of 22

Pompa ciepła i grzejniki?

Pompa ciepła powietrze/woda stanowi coraz bardziej popularne rozwiązanie w budynkach poddawanych termomodernizacji. Pozwala na efektywną współpracę także z istniejącą instalacją grzejnikową. Kocioł grzewczy istniejący w budynku staje się drugim źródłem ciepła o charakterze szczytowym (praca przy niskich temperaturach zewnętrznych) oraz awaryjnym. Tym samym użytkownik zyskuje dodatkowe zalety ogrzewania hybrydowego. W wielu przypadkach możliwe jest wykorzystanie istniejących grzejników, gdyż obniżenie potrzeb cieplnych pomieszczeń pozwala na obniżenie temperatur roboczych systemu grzewczego z np. 75/65 oC na 55/45 oC. Stwarza to dogodne warunki pracy dla pompy ciepła, a także kotła kondensacyjnego.
Published on: Mar 4, 2016
Published in: Education      
Source: www.slideshare.net


Transcripts - Pompa ciepła i grzejniki?

  • 1. Pompa ciepła i grzejniki?  Możliwości modernizacji systemu z ogrzewaniem grzejnikowym  Współpraca pompy ciepła z instalacją grzejnikową  Wpływ termomodernizacji budynku na parametry pracy systemu grzewczego Wydanie 1/2015 25.10.2015 www.eko-blog.pl www.vaillant.pl
  • 2. 2 Pompa ciepła – dla budynków nowych oraz modernizowanych  Pompa ciepła może stanowić podstawowe źródło ciepła nie tylko w budynkach nowych, ale także modernizowanych. Ze względów praktycznych najczęściej stosowanym typem pompy ciepła w budynkach istniejących jest pompa ciepła typu powietrze/woda, która nie wymaga prac związanych z wykonaniem dolnego źródła ciepła w gruncie (sond pionowych lub kolektora poziomego).  Przy wyraźnym podwyższeniu standardu energetycznego budynku (poprawa izolacyjności przegród, wymiana stolarki okiennej) możliwe jest nawet około 90-procentowe pokrycie potrzeb cieplnych przez pompę ciepła.  Najczęściej pompa ciepła przewidziana jest do współpracy z konwencjonalnym źródłem ciepła, jakim jest zwykle kocioł grzewczy istniejący w budynku. System grzewczy jest przeważnie typu grzejnikowego.
  • 3. 3 Modernizacja grzewczego systemu grzewczego – wymiana grzejników?  W większości przypadków w budynkach starszych niż 1015 lat, system grzewczy wykorzystuje grzejniki. Ich wymiana na system ogrzewania podłogowego była by korzystna przy wymianie starego kotła na nowy kondensacyjny lub na pompę ciepła, jednak jest stosowana bardzo rzadko.  Grzejniki będące w dobrym stanie technicznym, można zwykle wykorzystać w zmodernizowanym systemie grzewczym, także w przypadku zastosowania pompy ciepła.  Korzystną sytuację stwarza przeprowadzenie termomodernizacji budynku – poprawy izolacyjności przegród i wymiany stolarki okiennej. Obniżenie zapotrzebowania ciepła budynku pozwala obniżyć temperatury robocze systemu grzewczego, co korzystnie wpływa na sprawność pracy kotła kondensacyjnego lub pompy ciepła. W przypadku pompy ciepła niższa temperatury zasilania zwiększa dodatkowo zakres jej pracy.
  • 4. 4 Przykład hybrydowej instalacji grzewczej z pompą ciepła i kotłem grzewczym  System grzewczy korzystający z co najmniej dwóch różnych źródeł ciepła, opartych o różne rodzaje paliwa/energii nazywany jest systemem hybrydowym. Przykładem może być rozbudowa istniejącej kotłowni (1) o pompę ciepła (np. Vaillant aroTHERM (2)). Poprzez zbiornik buforowy i zarazem sprzęgło hydrauliczne (3), obydwa źródła ciepła mogą pracować na potrzeby systemu grzewczego (4). 1 3 2 4 5  Ciepła woda użytkowa zależnie od wybranego rozwiązania może być podgrzewana przez każde ze źródeł ciepła lub jedno z nich.  Prostym rozwiązaniem jest wykorzystanie istniejącego podgrzewacza wody (5) z wyłączną pracą kotła grzewczego dla potrzeb podgrzewania ciepłej wody użytkowej.
  • 5. 5 Zmniejszenie zapotrzebowania ciepła budynku po przeprowadzeniu termomodernizacji  Poprawa izolacyjności przegród – w szczególności ścian, stropodachu, stropu pod strychem czy też nad piwnicą, a także wymiana stolarki okiennej jest jedną z najczęściej stosowanych metod służących obniżeniu potrzeb cieplnych budynku.  Przykłady termomodernizacji budynków z lat 60-tych:  Dom 1-rodzinny  Rok budowy: 1964 r.  Powierzchnia: 295 m2  Izolacja ścian: 14 cm  Izolacja stropodachu: 22 cm  Wymiana okien Zakres termomodernizacji Obniżenie zużycia ciepła: ze 178 na 68 kWh/m2rok (-62%)  Dom 6-rodzinny  Rok budowy: 1966 r.  Powierzchnia: 603 m2  Izolacja ścian: 14 cm  Izolacja cieplna stropu: 14 cm  Izolacja stropu nad piwnicą: 10 cm Zakres termomodernizacji Obniżenie zużycia ciepła: ze 118 na 91 kWh/m2rok (-23%) 9 kW 23 kW 24 kW 32 kW
  • 6. 6 Efekty termomodernizacji – wymiana stolarki okiennej i zastosowanie izolacji przegród  Efekt termomodernizacji zależy od jej zakresu oraz standardu energetycznego budynku przed i po pracach termomodernizacyjnych. Zwykle jednak w budynkach pozbawionych izolacji cieplnej lub o niskim standardzie izolacji, jej poprawa przynosi od 20 do 40% obniżenia zapotrzebowania ciepła dla ogrzewania pomieszczeń. Wymiana stolarki okiennej to dalsze obniżenie zapotrzebowania ciepła o około 15÷30%.  Poprawa izolacyjności przegród zewnętrznych lub wewnętrznych stykających się z pomieszczeniami nieogrzewanymi (strych, piwnica, itp.) wraz z wymianą stolarki okiennej, pozwala uzyskać zwykle ponad 60-procentowe obniżenie zapotrzebowania ciepła budynku.
  • 7. 7 Poglądowy efekt termomodernizacji budynku jednorodzinnego z lat 60-tych Rok budowy: lata 60-te Powierzchnia ogrzewana: 200 m2 Maks. zapotrzebowanie ciepła: 18 kW Budynek jednorodzinny - przed termomodernizacją Rok budowy: lata 60-te Powierzchnia ogrzewana: 200 m2 Maks. zapotrzebowanie ciepła: 9 kW Budynek jednorodzinny - po termomodernizacji Zakres termomodernizacji: wykonanie izolacji cieplnej ścian zewnętrznych (10 cm), izolacji cieplnej stropodachu (15 cm) oraz wymiana stolarki okiennej
  • 8. 8 Wydajność cieplna grzejnika w zależności od temperatur wody grzewczej Maksymalne zapotrzebowanie ciepła pomieszczenia - przed termomodernizacją: 2700 W 30 m2 2700 W 75 oC 60 oC 20 oC Maksymalne zapotrzebowanie ciepła pomieszczenia - po termomodernizacji: 1350 W 1380 W 55 oC 45 oC 20 oC  Temperatura zasilania i powrotu wody grzewczej wpływa na wydajność cieplną grzejnika. Jeżeli maksymalne zapotrzebowanie ciepła pomieszczenia po termomodernizacji budynku obniży się o połowę, to często możliwe jest pozostawienie istniejącego grzejnika i obniżenie temperatury zasilania i powrotu wody grzewczej. Sprzyja to zastosowaniu pompy ciepła lub kotła kondensacyjnego.
  • 9. 9 Wpływ temperatury wody grzewczej na wydajność cieplną grzejnika  Za pomocą tabel producentów grzejników można określić wydajność grzejnika w różnych warunkach pracy – w zależności od temperatury wewnątrz pomieszczenia i temperatur wody grzewczej.  Przykładowo grzejnik przy temperaturze wody grzewczej 75/65 oC, w pomieszczeniu z temperaturą wewnętrzną 20 oC mając wydajność cieplną 2700 W, będzie miał w innych warunkach pracy wydajność: haustechnik-renner.de 75/65 oC  2700 W (100%) 90/70 oC  3375 W (125%) 80/60 oC  2675 W (99%) 70/55 oC  2160 W (80%) 55/45 oC  1380 W (51%) 50/40 oC  1080 W (40%) 45/35 oC  800 W (30%) 40/30 oC  540 W (20%)
  • 10. 10 Dobór parametrów roboczych systemu grzewczego po termomodernizacji budynku Rok budowy: lata 60-te Powierzchnia ogrzewana: 200 m2 Maks. zapotrzebowanie ciepła: 9 kW Budynek jednorodzinny - po termomodernizacji  Przy zastosowaniu pompy ciepła w budynku poddawanym termomodernizacji, należy dążyć do jak największego obniżenia temperatur roboczych systemu grzewczego, najlepiej do maksymalnie 45÷50 oC na zasilaniu instalacji grzejnikowej.  Takie obniżenie temperatur roboczych skutkuje jednak znacznym obniżeniem wydajności grzejników (do 3040 % wydajności nominalnej dla warunków 75/55 oC). Należy dokładnie sprawdzić, czy wydajność grzejników będzie w stanie zapewnić pokrycie potrzeb ciepła w poszczególnych pomieszczeniach.  Można zdecydować się bądź na wymianę pojedynczych grzejników na większe lub też w razie konieczności podwyższyć temperatury robocze systemu grzewczego (np. 60/50 oC), co jednak obniży sprawność pracy pompy ciepła i skróci czas jej pracy w sezonie grzewczym
  • 11. 11 Zasada doboru pompy ciepła powietrze/woda dla instalacji grzejnikowej  Budynki jednorodzinne po przeprowadzeniu termomodernizacji cechują się zazwyczaj maksymalnym zapotrzebowaniem ciepła nie większym niż 10 kW. Dla przykładowego budynku o zapotrzebowaniu 9 kW możliwy jest wybór pompy ciepła typu powietrze/woda aroTHERM VWL 115/2 o mocy nominalnej 10,5 kW lub aroTHERM VWL 155/2 o mocy nominalnej 14,6 kW.  Moc nominalna dla pompy ciepła powietrze/woda określona jest dla parametrów A7/W35 (powietrze zewnętrzne 7 oC, zasilanie wody grzewczej 35 oC). W przypadku instalacji grzejnikowych o wyższych temperaturach zasilania, a także z uwzględnieniem niższych niż 7 oC temperatur zewnętrznych, moc cieplna pomp ciepła będzie często niższa.  Dobór pompy ciepła powietrze/woda dla systemu z grzejnikami będzie polegał na sprawdzeniu do jakiej temperatury zewnętrznej będzie możliwa jej praca i w jakim trybie powinna się odbywać jej współpraca z kotłem grzewczym. aroTHERM VWL 155/2 14,6 kW (A7/W35) aroTHERM VWL 115/2 10,5 kW (A7/W35)
  • 12. 12 Krzywa grzewcza dla budynku przed i po termomodernizacji, zakres pracy pompy ciepła Temperatura zewnętrzna Temperaturazasilania 43oC przy -20oC 55oC przy -10oC 63oC przy +2oC 75/65 oC 55/45 oC  Termomodernizacja budynku pozwala obniżyć krzywą grzewczą pracy systemu grzewczego. Jeśli budynek leży w III strefie klimatycznej (np. Warszawa, Kraków, Łódź i in.) to dla temperatury zewnętrznej -20 oC, zasilanie instalacji grzejnikowej w budynku po termomodernizacji może wynosić np. 55 oC (powrót np. 45 oC). Temperatura zasilania z pomp ciepła powietrze/woda obniża się w niskich temperaturach (np. 43 oC przy -20 oC). Maksymalna temperatura zasilania dla pomp ciepła aroTHERM VWL 115/2, 155/2
  • 13. 13 Temperatura biwalencyjna w zależności od parametrów pracy systemu grzewczego Temperatura zewnętrzna Temperaturazasilania 43oC przy -20oC 55oC przy -10oC 63oC przy +2oC 75/65 oC 55/45 oC  Obniżenie krzywej grzewczej pozwala dodatkowo wydłużyć samodzielną pracę pompy ciepła. W systemie o parametrach roboczych 75/65 oC włączenie kotła grzewczego musi nastąpić od temperatury zewnętrznej -6 oC. W systemie o parametrach roboczych 55/45 oC może to nastąpić dopiero przy -14 oC. Kocioł może być włączany jednak wcześniej, gdy wydajność grzewcza pompy ciepła będzie zbyt mała w stosunku do potrzeb cieplnych domu. Pompa ciepła (aroTHERM VWL 115/2) -6 oC -14 oC Wymagana praca kotła
  • 14. 14 Potencjalny zakres pracy pompy ciepła powietrze/woda w systemie 55/45 oC Temperatura zewnętrzna Temperaturazasilania 43oC przy -20oC 55/45 oC  Temperatura zewnętrzna poniżej -14 oC występuje statystycznie przez nie więcej niż 1% czasu trwania sezonu grzewczego w III strefie klimatycznej Polski (szczegółowe dane  uporządkowane wykresy temperatury zewnętrznej). Wobec tego przy odpowiednio dobranej mocy grzewczej pompy ciepła, może ona stanowić w zmodernizowanym systemie grzewczym podstawowe źródło ciepła (do 80÷90% pokrycia potrzeb cieplnych budynku). Obszar pracy pompy ciepła -14 oC Wymagana praca kotła < 1% czasu trwania sezonu grzewczego
  • 15. 15 Dobór pompy ciepła – wariant mniejszej mocy nominalnej 10,5 kW (aroTHERM VWL 115/2)  Wydajność grzewcza pompy ciepła typu powietrze/woda o mocy 10,5 kW w przykładowym budynku pozwala na samodzielną pracę do temperatury zewnętrznej -9 oC (punkt „B1”). Aby zwiększyć zakres pracy pompy ciepła i podwyższyć efektywność jej pracy, można ograniczyć maksymalną temperaturę zasilania do 45 oC. Wówczas przy około -5 oC do pracy włączy się kocioł grzewczy (np. tryb biwalentny równoległy pracy pompy ciepła). Moccieplna(kW) Temperatura zewnętrzna aroTHERM VWL 155/2 14,6 kW (A7/W35) (praca wg krzywej grzewczej do maks. 45 oC na zasilaniu) aroTHERM VWL 115/2 10,5 kW (A7/W35) (praca wg krzywej grzewczej do maks. 45 oC na zasilaniu) UWAGA: Przebiegi wykresów mocy cieplnej pomp ciepła wyznaczono w przybliżeniu w oparciu o punkty charakterystyczne pomiarowe (np. A5/W35) i dla górnych prędkości obrotowych sprężarki. B1 B2
  • 16. 16 Dobór pompy ciepła – wariant większej mocy nominalnej 14,6 kW (aroTHERM VWL 155/2)  Większa moc cieplna pompy ciepła 14,6 kW pozwala wydłużyć samodzielną pracę do w przykładowym budynku do temperatury zewnętrznej -15 oC (punkt „B2”). W zależności od wyboru trybu pracy, kocioł grzewczy może się włączać przy temperaturze zewnętrznej od -5 do -10 oC, w celu podniesienia temperatury zasilania wymaganej dla systemu 55/45oC wg krzywej grzewczej. Moccieplna(kW) Temperatura zewnętrzna aroTHERM VWL 155/2 14,6 kW (A7/W35) (praca wg krzywej grzewczej do maks. 45 oC na zasilaniu) aroTHERM VWL 115/2 10,5 kW (A7/W35) (praca wg krzywej grzewczej do maks. 45 oC na zasilaniu) UWAGA: Przebiegi wykresów mocy cieplnej pomp ciepła wyznaczono w przybliżeniu w oparciu o punkty charakterystyczne pomiarowe (np. A5/W35) i dla górnych prędkości obrotowych sprężarki. B1 B2
  • 17. 17 Tryby pracy pompy ciepła we współpracy z kotłem grzewczym Sezon grzewczy (dni) Sezon grzewczy (dni) Sezon grzewczy (dni) Temperaturazewnętrzna -20 0 +15 -20 0 +15 -20 0 +15 biwalentny równoległy biwalentny częściowo równoległy biwalentny alternatywny np. kocioł na olej opałowy np. kocioł na gaz ziemny np. kocioł na paliwo stałe  Pompa ciepła pracując z systemem ogrzewania grzejnikowego będzie potrzebować wsparcia ze strony kotła grzewczego. Do wyboru pozostają 3 tryby współpracy źródeł ciepła. Wybór jest uzależniony w głównej mierze od rodzaju kotła grzewczego. Jeśli kocioł cechuje się dobrą regulacyjnością (np. kocioł gazowy z modulowanym palnikiem) to korzystny będzie tryb biwalentny częściowo równoległy. W przypadku kotła na paliwo stałe, gdzie dodatkowo występują znaczne straty rozruchowe i postojowe bardziej korzystny będzie tryb biwalentny alternatywny. W przypadku kotła korzystającego z droższego paliwa (olej opałowy, gaz płynny), w trybie biwalentnym równoległym wydłużana będzie maksymalnie praca pompy ciepła zapewniającej także w takich warunkach niższe koszty eksploatacji.
  • 18. 18 Optymalizacja pracy pompy ciepła we współpracy z kotłem grzewczym  Warunki pracy systemu grzewczego zmieniają się dynamicznie, a w związku z tym także zmienia się sprawność pracy pompy ciepła, a także kotła grzewczego. Do tego dochodzi kwestia ewentualnego korzystania z 2-taryfowej opłaty (dzień/noc) za zakup energii elektrycznej dla pompy ciepła.  Szczególnie ważna jest więc stała optymalizacja pracy całego systemu grzewczego. Pomocna może być w tym funkcja triVAI® zawarta np. w regulatorze calorMATIC 470/4. Pozwala ona zdefiniować ceny paliw oraz energii elektrycznej w taryfie dziennej i nocnej. Pozwala to na zarządzanie pracą układu hybrydowego (pompy ciepła i kotła grzewczego), dla uzyskania jak najniższych kosztów wytworzenia ciepła (zł/kWh, zł/GJ).
  • 19. 19 Efektywność energetyczna pomp ciepła w trybie nisko- i wysokotemperaturowym  Pompa ciepła aroTHERM VWL należy do grupy urządzeń o wysokiej efektywności pracy, uzyskując w trybie pracy „wysokotemperaturowym” (55 oC) klasę efektywności energetycznej A+. W trybie „niskotemperaturowym” (35 oC) pompa ciepła uzyskuję najwyższą klasę A++ (np. VWL 155/2)
  • 20. 20 Efekty ekonomiczne termomodernizacji budynku i modernizacji systemu grzewczego  W przykładowym budynku po termomodernizacji (obniżenie maksymalnego zapotrzebowania ciepła z 18 do 9 kW) i przy zastosowaniu pompy ciepła w układzie hybrydowym z kotłem grzewczym, obniżenie kosztów ogrzewania można szacować w zależności od rodzaju paliwa na: Koszt ogrzewania domu przed termomodernizacją Koszt ogrzewania domu po termomodernizacji Kocioł Pompa ciepła UWAGA: ceny paliw i energii 10.2015: gaz ziemny 2,162 zł/m3 (koszt całkowity wg kalkulatora w taryfie W-3), olej opałowy 2,80 zł/dm3, gaz płynny 1,74 zł/dm3 (przy własnym zbiorniku), węgiel ekogroszek 700 zł/t. Sprawności średnioroczne kotłów (istniejące w domu, niskotemperaturowe) w kolejności: 85%, 80%, 85%, 70%. Efektywność roczna pompy ciepła SCOP = 3,71 (waermepumpe.de). zł/rok brutto Kocioł Kocioł Kocioł Kocioł Kocioł
  • 21. 21 Pompa ciepła dla modernizacji systemu grzewczego z grzejnikami - podsumowanie  Zastosowanie pompy ciepła w modernizowanych budynkach zwykle nie wymaga wymiany grzejników na nowe. Możliwe jest obniżenie temperatur roboczych systemu grzewczego.  Istniejący w budynku kocioł grzewczy przejmuję rolę szczytowego i awaryjnego źródła ciepła, pompa ciepła może zapewnić nawet więcej niż 80-procentowe pokrycie potrzeb cieplnych budynku.  Szczególnie ważne jest stosowanie inteligentnych regulatorów dla układów hybrydowych, analizujących chwilową sprawność pracy źródeł ciepła i koszt wytwarzanego ciepła. Decydują one o włączaniu i wyłączaniu z pracy pompy ciepła oraz kotła grzewczego.  Należy zwrócić uwagę na dodatkowe wymagania dla pompy ciepła – od strony hydraulicznej (w szczególności natężenie przepływu wody grzewczej), a także związane z zabudową pompy ciepła na zewnątrz budynku (ochrona przed hałasem w przypadku zwartej zabudowy mieszkalnej).
  • 22. Chłodzenie Ogrzewanie Energia odnawialna Kotły gazowe Kotły olejowe Pompy ciepła Kolektory słoneczne Systemy wentylacji www.eko-blog.pl www.vaillant.pl