Wymiana kotła c.o. na pompę ciepła

Wymiana kotła olejowego lub gazowego na pompę ciepła. Cała instalacja c.o. i c.w.u. może pozostać bez zmian

Udział procentowy instalacji pomp ciepła w nowych domach jest już w wielu krajach europejskich bardzo wysoki (w niektórych krajach nawet 30–50%), a liczba budowanych nowych domów utrzymuje się na stałym poziomie, zatem perspektywy rozwoju rynku pomp ciepła dla nowych domów są bardzo ograniczone. Natomiast rynek dla zastosowań pomp ciepła zamiast kotłów w istniejących już domach jest przeogromny.

 

Główną przeszkodą do wymiany kotłów na pompy ciepła jest niedostosowanie pomp ciepła do pracy z instalacją wysokotemperaturową. Standardowe pompy ciepła mogą pracować z instalacjami grzewczymi o niskiej temperaturze wody (zwykle 35°C, a nie więcej niż 55–60°C), podczas gdy stare kotłowe instalacje c.o. pracują przy temperaturze 70–90°C. Innym istotnym czynnikiem jest słaba izolacja cieplna w starych domach.

 

Dla domów postawionych w technologii sprzed 30 lat potrzeba energii cieplnej na poziomie 200–300 kWh/m2·rok, zatem dla przykładowego domu o powierzchni 200 m2 trzeba by zainstalować dość potężną pompę ciepła o mocy 20–30 W. Byłoby to działanie nieracjonalne. Najpierw trzeba dom ocieplić i wymienić stare okna, żeby wystarczyła moc pompy ciepła rzędu 8–10 kW.

 

Rozwój zastosowań pomp ciepła w starych budynkach łączy się z coraz szerszym stosowaniem dwóch rozwiązań:

• opracowanie nowej generacji pomp ciepła, przystosowanych do współpracy z instalacją c.o. o wysokiej temperaturze wody, nawet do 75°C. Oczywiście, nie da się przechytrzyć praw termodynamiki i pompy pracujące w takich warunkach osiągają COP zaledwie 2–3;
• stosowanie systemu powietrze–powietrze bez instalacji c.o. w budynku.

Pompy wysokotemperaturowe

Modernizację systemu ogrzewania w starym domu można różnie rozumieć. Może to być totalna wymiana całego systemu lub tylko niektórych jego elementów. System ogrzewania pompą ciepła – jak wiadomo – składa się z trzech głównych części: źródła dolnego, źródła górnego i pompy ciepła. W modernizowanym domu najprostszym rozwiązaniem jest system, w którym źródłem dolnym jest powietrze. Trudno sobie wyobrazić rozwiązanie z kolektorem poziomym, dewastujące pielęgnowany od lat ogród. W zagospodarowanym otoczeniu domu czasami są warunki do odwiertów pod sondy pionowe lub dwie studnie.

 

Przykłady takich rozwiązań opisujemy dalej w reportażu. Co do źródła górnego również nie ma swobody decyzji, gdyż najkorzystniejsze z punktu widzenia współpracy z pompą ciepła byłoby niskotemperaturowe ogrzewanie podłogowe, ale instalacja rur grzewczych w podłogach zamieszkanego budynku byłaby trudna do przeżycia dla domowników. Raczej trzeba pozostawić starą instalację c.o. i wymienić tylko kocioł na pompę ciepła. Stare instalacje c.o. były projektowane na temperaturę wody 70–90°C. Uzyskanie temperatury wyższej niż 55–60°C w standardowej pompie ciepła nie jest możliwe. Wprawdzie po dociepleniu starego domu można nieco obniżyć temperaturę pracy instalacji c.o., ale nie bardziej niż do 65°C. Przygotowując się do ekspansji na rynku retrofit, wielu producentów pracuje nad specjalnymi rozwiązaniami pomp ciepła, zdolnymi do pracy przy temperaturach 65–75°C. Trudności i ograniczenia wynikają z podstawowych praw fizyki.

 

W jednym cyklu termodynamicznym nie można osiągnąć dowolnie dużych różnic temperatur między skraplaniem i parowaniem. Trudno jest też znaleźć czynnik krążący w obiegu termodynamicznym, który sprostałby tym parametrom. Najprostszym, ale niestety drogim rozwiązaniem, jest budowa kaskady dwóch cykli termodynamicznych. W istocie, są to dwie pompy ciepła, połączone przez wymiennik ciepła – skraplacz kaskadowy. Cykl dolny podgrzewa czynnik chłodniczy (np. R 404A) do temperatury ok. 50°C, a cykl górny, którego czynnik chłodniczy (np. R 134A) „startuje” z tej dość wysokiej temperatury, jest zdolny do osiągnięcia temperatury 65–70°C. Bardziej praktyczne, tańsze i skuteczne jest inne rozwiązanie, nazywane systemem z cyklem EVI (Enhanced Vapour Injection).

 

Cykl EVI, czyli wspomagające wtryskiwanie pary, polega na tym, że za skraplaczem podłączona jest pętla wspomagająca, w której część sprężonego i skroplonego czynnika pobierana jest przez zawór elektromagnetyczny i po rozprężeniu para pobiera ciepło w dodatkowym wymienniku, po czym jest wtryskiwana do sprężarki. Ten wspomagający obwód EVI pozwala podnieść temperaturę pracy pompy ciepła nawet do 65–75°C (są też doniesienia o pompach ciepła osiągających 80°C). Skok temperatury od źródła dolnego do górnego osiąga w tym rozwiązaniu ok. 80 K, zatem 65°C w instalacji grzewczej można osiągnąć dla pompy powietrze–woda, nawet dla temperatury powietrza –15°C.

 

Pełny artykuł w PDF: Wymiana kotła c.o. na pompę ciepła