Pompa ciepła i przygotowanie cwu (ciepłej wody użytkowej)

Niby prosty temat. Pompa ciepła grzeje ciepłą wodę użytkową w jakimś zasobniku wody, jak wszystkie inne kotły czy urządzenia grzewcze.
Nie do końca… i nie jak wszystkie inne…
Omawiając to zagadnienie, trzeba zawsze z tyłu głowy mieć dwie kwestie.

Pierwsza, najważniejsza – POMPA CIEPŁA TO NIE KOCIOŁ!!!
I nie chodzi tutaj o nazwę, tylko o logikę i parametry pracy.
Zapominają o tym użytkownicy, instalatorzy, a czasem nawet producenci.

Druga kwestia – przygotowanie ciepłej wody przez pompę ciepła jest zawsze kompromisem pomiędzy komfortem (ciepłej wody mamy po pachy i nigdy nam jej nie zabraknie), a kosztem jej przygotowania.

Zacznijmy od tej pierwszej kwestii.

Tryb pracy
Kotły na paliwo stałe mogą równolegle ogrzewać dom i ładować zasobnik ciepłej wody.
Mamy dwie oddzielne pompki obiegowe i kiedy palimy w kotle, (a zazwyczaj palimy z zasilaniem przekraczającym 45-50 stopni z uwagi na ochronę wymiennika), to grzejemy i wodę i dom. Jak mamy ochotę, albo prosty układ bez sterowania pompką zasobnika, to ciepłą wodę grzejemy 24h.

Pompa ciepła tak nie działa. Ma jedną pompkę obiegową i zawór, który przerzuca ciepło z grzania domu, na grzanie wody. Grzeje więc albo dom, albo zasobnik.

Moc grzewcza
Większość kotłów stałopalnych, olejowych czy gazowych, zainstalowanych aktualnie w naszych domach, ma moc znacznie większą, niż wymagana do ogrzewania. Często 2-3 krotnie większą – od kilkunastu do 20-30 kW.
Pompy ciepła, to źródło ciepła biwalentne, równoległe, składające się z pompy ciepła i grzałki wspomagającej. (Pisałem o tym tutaj, ale szerzej pracę grzałki postaram się omówić w kolejnym wpisie).
Ten pierwszy składnik, a więc moc samej pompy ciepła, to kilka, góra kilkanaście kW.
Nie pokrywa on nawet 100% zapotrzebowania na moc grzewczą budynku, o nadmiarze mocy, takim jak w kotłach, nawet nie wspominając.

Zakres pracy – koperta pracy
W dużym uproszczeniu, kocioł może grzać wodę od 0 stopni do zagotowania wody. (A nawet wyżej).
Ma tak szeroki zakres pracy.
W pompie ciepła, ten zakres nazywa się ładnie kopertą pracy.
Możliwa temperatura zasilania waha się od 25 do 56 stopni, a w niektórych urządzeniach, nawet 85 stopni.
Nie jest ona stała. Górna granica zależy od temperatury zewnętrznej i możliwości samej pompy, czyli producenta.
Przykładowa koperta pracy pokazana jest w tym wpisie.

Jak widać Althema 3H HT, pracująca na czynniku R32, jest w stanie uzyskać znacznie wyższe temperatury na zasilaniu (65 stopni) niekonkurencja.
Pompy ciepła na czynniku R410A (ma inne właściwości chłodnicze), mają dużo węższą kopertę pracy i uzyskują zasilania od 45 do 55 stopni.

Pompa ciepła grzeje zasobnik przez wężownicę.
Temperatura ciepłej wody, jaką jesteśmy w stanie uzyskać w zasobniku w trybie samej pompy ciepła, będzie więc 3-5 stopni niższa, niż maksymalna temperatura zasilania, jaką w danej chwili potrafi uzyskać pompa ciepła.

I tutaj pojawia się druga kwestia – komfort vs koszty
Im wyższa temperatura zasilania instalacji, tym większy koszt wytworzenia ciepła.
A co dzieje dzieje się poza kopertą pracy? Chciałbym mieć w zasobniku 60 stopni, a moja pompa uzyskuje 45-55 stopni?
Nie ma problemu – w zasobniku jest grzałka i przy nastawach 55-60-65 stopni, zasobnik będzie działał jak bojler elektryczny. Ciepłej wody na pewno nie zabraknie.
Dlatego też na wstępie znalazło się stwierdzenie: Nie do końca…
Nie zawsze do końca pompa ciepła jest w stanie przygotować ciepłą wodę o określonej temperaturze. W pewnych warunkach cykl grzania kończy grzałka.
Grzałka skraca również czas przygotowania cwu, pracując równolegle z pompą ciepła. Nie zawsze ładowanie zasobnika, które trwa 1-1,5h (w tym czasie pompa nie grzeje domu), jest akceptowalne przez użytkownika. A taka sytuacja może mieć miejsce, zwłaszcza przy skrajnie niskich temperaturach zewnętrznych.

Tryb pracy pompy ciepła, jej moc grzewcza oraz koperta pracy – to wszystko wpływa na wielkość zasobnika i sposób, w jaki z niego korzystamy.

Często słyszę po co mi zasobnik 250l. Z kotłem miałem 140l i nigdy wody nie zabrakło, albo bojler miał 120l i wystarczyło wody dla 4 osób.
Zgadza się. Tylko ten bojler z grzałką 3kW pracował 24h/dobę i był w stanie wyprodukować ponad 70kwh ciepła, a woda miała temperaturę 65 stopni. Podobnie i kocioł.
Moim zdaniem, nawet przy 3 osobowej rodzinie, sens ma zasobnik powyżej 200l.
Dlatego, prawie w ogóle nie ofertujemy jednostek zintegrowanych Altherma z zasobnikiem 180l. Jedynie 230l lub oddzielne zasobniki 250l. Przy 5-6 osobach proponujemy zasobniki 300l.
Owszem, mniejsze zasobniki można grzać do wyższej temperatury i są tańsze, ale różnica w cenie nie jest tego warta. Większą ilość wody możemy zagrzać do niższej temperatury czy nawet takiej samej, ale mieszczącej się w kopercie pracy i w mniejszej ilości cykli.
Warto jeszcze napisać kilka słów o samym zasobniku – obcy czy oryginalny. W sieci pojawiają się informację, że wystarczy tylko odpowiednio duża wężownica i może byc dowolny. Niestety nie.
W oryginalnym zasobniku pompa wie, na jakiej wysokości rozmieszczona jest wężownica, grzałka oraz czujnik temperatury.
Logika pracy jest więc zoptymalizowana. Przy współpracy z obcym zasobnikiem, pewne wartości temperatur jakie odczytuje pompa, rozjeżdżają się.

Przechodzimy do logiki przygotowaniu cwu przez pompę ciepła.
W pompie ciepła Daikin Altherma (i w pompach wielu innych producentów) mamy dwa podstawowe tryby przygotowania cwu.

Pierwszy tryb – to tylko dogrzew.
Nie mamy tutaj, godzin czy harmonogramów. Jedynie ustawiona temperatura zasobnika i…, o czym często zapominamy, histereza, czyli różnica temperatury między tym co chcemy mieć, a spadkiem temperatury powodującym kolejne dogrzanie.
Ta różnica jest dość duża i domyślnie wynosi 20 stopni.
Jeśli więc nastawa wynosi 50 stopni, to woda w zasobniku musi spaść do 30 stopni, by pompa ciepła ponownie ją dogrzała.
Dlaczego tak dużo? – pompa to nie kocioł, np. gazowy, który co chwilę może się przełączać na grzanie wody. Grzejąc np. podłogówkę z temp. 30 stopni, musi zatrzymać sprężarkę, przełączyć zawór i ponownie się uruchomić, ale z inną logiką i temperaturą zasilania. Wracając do grzania domu musi zrobić to samo.
By uniknąć kolejnych cykli po niewielkim zużyciu wody i spadku temperatury, domyśla wartość histerezy jest dość wysoka. Raczej nie zaleca się niższych wartości niż 8-10 stopni.
Ten cykl jest dość rzadko wybierany z uwagi na wahania temperatury.

Drugi tryb – harmonogram
Pompa przygotowuje ciepłą wodę do określonej temperatury, tylko w określonych godzinach.
Możemy ustawić maksymalnie 4 ładowania zasobnika na dobę.
Np. przy 1 działaniu na dobę, pompa zaczyna grzać wodę o 18.00 i grzeje ją tak długo, aż osiągnie zadaną temperaturę, np. 50 stopni (chyba, że ustawimy koniec cyklu szybciej).
Jeśli zużyjemy tą wodę, to do godziny 18.00 kolejnego dnia, pompa nie zacznie jej grzać ponownie.

Często użytkownicy mylnie rozumieją wprowadzenie zakończenia cyklu.
Np. wpisują w harmonogram start 18.00 i koniec 22.00 – zakładając, że ciepła woda będzie dostępna o stałej temperaturze cały czas w tym przedziale. Tak to nie działa.
Po uzyskaniu wymaganej temperatury pompa ciepła zakończy cykl i będzie czekała na następny.
Jest to najczęściej wybierany cykl i najbardziej korzystny.

Kompromis, o którym mowa była wcześniej, tj. komfort vs koszty osiągniemy wtedy, kiedy pompa będzie produkowała tyle ciepłej wody, ile zużywamy. O ile w ogóle dopuszczalny jest taki kompromis. Jak to zrobić?

Początkowo ustawić 1 ładowanie na dobę, z nastawą mieszczącą się w kopercie pracy sprężarki (by ograniczyć pracę grzałki), w godzinach poprzedzających największe zużycie.
Jeśli np. wystarczy nam ciepłej wody o temp. 50 stopni na cały dzień, to nastawę możemy w kolejnych dniach obniżyć o 1 stopień.
Jeśli wody nam zabrakło – możemy ustawić 2 ładowania na dobę z nastawą np. 48 stopni i znowu w kolejnych dniach ją obniżać.
Proste? I tak, i nie. Spróbuj wytłumaczyć to żonie 🙂

Na szczęście Altherma przewiduje sprytne połączenie obu tych trybów – tryb trzeci – tj. harmonogram + dogrzew
Dlaczego sprytne?
Pompa ciepła dalej przygotowuje ciepłą wodę w trybie harmonogramu.
Ale jeśli pomiędzy działaniami temperatura wody spadnie poniżej temperatury dogrzewu minus (-) histereza, ale mniejsza, 10 stopni, to pompa ciepła uruchomi grzanie wody.
W praktyce wygląda to tak.
Mamy ustawione 1 ładowanie na dobę do temperatury 50 stopni w połączeniu z dogrzewem 40 stopni i z histerezą 10 stopni.
Jeśli zużyjemy ciepłą wodę i wychłodzimy zasobnik do temperatury dogrzew (40) – histereza(10) = 30 stopni, to pompa uruchomi grzanie wody i podgrzeje zasobnik do 40 stopni.

Sens połączenia obu trybów jest taki, że mimo harmonogramu, zawsze w zasobniku mamy zagwarantowaną jakąś ilość ciepłej wody. W powyższym przykładzie to 30 stopni. Nie gorąca, ale też nie zimna.
Manewrując tymi temperaturami, jesteśmy w stanie uzyskać komfort jaki nam odpowiada.

Jest jeszcze czwarty tryb – ciepła woda teraz, natychmiast
Po południu przyjeżdżają goście, w zasobniku 35 stopni, a harmonogram dopiero wieczorem.
A wszyscy po podróży i już chcą brać kąpiel.
Uruchamiając ten tryb, pompa ciepła zacznie grzać wodę razem z grzałką, by jak najszybciej osiągnąć żądaną przez użytkownika temperaturę.

Jest jeszcze kilka parametrów związanych z pracą grzałki w jednostkach zintegrowanych lub tych z oddzielnym zasobnikiem, czy też trybu dezynfekcji – ale to już czasochłonne wchodzenie w szczegóły. Do omówienia z serwisem 🙂

5 komentarzy do “Pompa ciepła i przygotowanie cwu (ciepłej wody użytkowej)

  1. Robert

    Świetna robota! Jakby potrzebna była pomoc doświadczonego webdevelopera oferuję bezpłatne wsparcie i nie jest to reklama. Po prostu warto pomagać ludziom którzy dzielą się rzetelną wiedzą.

    Odpowiedz
  2. Krzysztof

    Nareszcie ktoś dokładnie i zrozumiale wyjaśnił zasady podgrzewania CWU, jest to ważne dla wszystkich chcących korzystać z PC, mylnie biorą PC za piec CO, ja też miałem początkowo takie zdanie. A co do podgrzewania CWU Daikin Altherma ma chyba możliwość wykorzystania nadmiaru energii z Fotowoltaiki, proszę o komentarz i ewentualnie rozwinąć temat dodatkowej grzałki w zasobniku CWU.

    Odpowiedz
  3. Mirek

    Panie Adrianie, nie wiem czy dobrze rozumiem ten ostatni przykład z dogrzewem. Jeśli dogrzew = 40 a histereza = 10 to dlaczego pompa uruchomi grzanie CWU przy 35 st a nie przy 30 st? I pytanie przy okazji – czy hiterezę na grzanie komfortowe ustawia się identyczną jak dla dogrzewu, czy są to niezależne ustawienia? Pozdrawiam!

    Odpowiedz
    1. Michał T

      Histereza 10 stopni oznacza, że różnica pomiędzy temperaturą wyłączenia i temperaturą włączenia jest 10 stopni. Jeżeli ustawiona temperatura to 40 stopni z histerezą 10 stopni, to oznacza włączenie przy 35 i wyłączenie przy 45 stopniach.

      Odpowiedz
    2. Adrian Teliżyn Autor wpisu

      Przepraszam; moja pomyłka, literówka. Poprawiłem już tekst. Dogrzew 40 z histerezą 10 oznacza, że uruchomi się on, kiedy temperatura w zasobniku spadnie do 30 stopni

      Odpowiedz

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.