Chłopaki montują hapaki czyli chłodzenie pasywne i aktywne w gruntowej pompie ciepła

O tym, że gruntowa pompa ciepła może chłodzić teoretycznie każdy wie…. Teoretycznie…
Bo kiedy wchodzimy w szczegóły i zaczynamy mówić o chłodzeniu pasywnym i aktywnym,  to zaczynają się schody.
Przedstawię więc sprytne urządzonko jakie oferuje Nibe.
Moduł chłodzenia pasywnego i aktywnego HPAC, czyli hapak.

Kilka słów o tym czym jest chłodzenie pasywne, a czym aktywne.
Otóż to pierwsze, pasywne, czasem nazywane statycznym, wykorzystuje tylko chłód zgromadzony w dolnym źródle, bez udziału sprężarki.
Pracuje tylko pompa obiegowa dolnego źródła.
Czy to działa? – no działa. Chociaż trzeba przyznać, że nie zawsze temperatury te są zadowalające.
Mamy kilka instalacji z takim chłodzeniem.
W przypadku odwiertów pionowych temperatury jakie uzyskujemy na zasilaniu klimakonwektorów (już za wymiennikiem pośrednim) są na poziomie 12-14 stopni. Nie wiele w porównaniu z agregatem wody lodowej, gdzie pracujemy z parametrami 7 stopni, ale zawsze coś.
Temperatury te są stałe przez cały sezon letni.
W trakcie przygotowywania cwu nieznacznie spadają o ok. 2 stopnie.
W przypadku wymienników poziomych, wychłodzonych przez okres zimy, osiągane temperatury na zasilaniu klinakonwektorów są niższe, nawet spadamy do 10 stopni. Zwłaszcza na początku sezonu letniego.
Ale w miarę pracy, po kilku czy kilkunastu dniach, temperatury te podnoszą się i w połowie sezonu lub pod koniec lata efekt z chłodzenia pasywnego jest mizerny.
Chłodzenie pasywne, z racji na wyższe temperatury, często stosowane jest z wykorzystaniem instalacji ogrzewania podłogowego.
Trzeba jednak zapewnić wtedy mądre sterowanie temperaturą zasilania, by temperatura posadzki nie spadała poniżej punktu rosy  i by na podłodze nie zrobiła nam się jedna wielka kałuża.
Działać, to to, działa.
Aczkolwiek chłodzenie z pomocą podłogówki ma tylko jedną zaletę… jest lepsze niż żadne.
Poza tym ma same wady.
Jest niesterowalne  – w podłogę wpuścimy tylko tyle, by nie pojawił sie na niej punkt rosy, a uzyskiwana w pomieszczeniu temperatura jest wynikowa.
Jest mało wydajne, bo z 1 m2 chłodzonej podłogi uzyskamy góra 20-30Wat mocy chłodniczej, a potrzebujemy 3-5 razy tyle.
Jest dla wielu osób niekomfortowe z uwagi na chłodną posadzkę, a także z uwagi na fakt, że odbywa sie bez wykroplenia wilgoci, a wiec w pomieszczeniu wzrasta wilgotność względna pozostawiając uczucie dusznego, ciężkiego powietrza.
Chłodzenie aktywne, nazywane również dynamicznym, wykorzystuje obieg chłodniczy pompy ciepła. Pracuje nam sprężarka, tak jak typowej klimatyzacji.
Tutaj temperatury jakie osiągamy na zasilaniu odpowiadają tym w chillerach, a więc 7 stopni.
Oczywiście jak w klimatyzatorze gdzieś coś chłodzi, to w innym miejscu coś musi grzać. Obieg musi nam się zamknąć.
Jak to zrobić w gruntowej pompie ciepła?
Rozwiązaniem jest moduł do chłodzenia pasywnego i aktywnego HPAC.
HPAC to taka sprytna skrzynka z układem zaworów, którymi steruje dedykowana automatyka sprzęgnięta z pompą ciepła. Zawory kierują  strumienie czynnika w odpowiednie miejsca.
Tak to wygląda w środku.
A tak wygląda schemat hydrauliczny.

 

Przeanalizujmy teraz trzy możliwe tryby pracy HPAC, a więc ogrzewanie, chłodzenie pasywne i chłodzenie aktywne.
Ogrzewanie
Oba strumienie czynnika grzewczego są od siebie odseparowane.

 

Mamy więc typowy układ pompy ciepła. Po stronie grzewczej górnego źródła realizowane jest ogrzewanie, a po stronie dolnego źródła mamy chłodzenie.
Chłodzenie pasywne
Przy chłodzeniu pasywnym udział bierze tylko pompa obiegowa dolnego źródła.
Następuje przełączenie zaworów i czynnik przetłaczany jest przez dolne źródło, a następnie, przez instalację górnego źródła.
Chłodzenie aktywne
Jeśli chłodzenie pasywne nie radzi sobie, tzn. nie jest w stanie uzyskać odpowiednich temperatur, to zostaje uruchomione chłodzenie aktywne.
Włącza się sprężarka, a zawory realizują zmianę kierunku czynnika.
Zimny czynnik za wymiennikiem po stronie dolnego źródła trafia na instalację.
Ale skoro produkujemy chłód, to po drugiej stronie musimy odebrać ciepło.
To ciepło ze strony górnego źródła zostaje przekierowane na dolne źródło i zrzucone do gruntu.
Do dyspozycji mamy więc moc chłodniczą jaką w trybie ogrzewania pompa zrzuca do gruntu.
Prawie same plusy:
– mamy w pełni sterowalną klimatyzację
– jak tylko można, to chłodzimy tanio, czyli pasywnie
– jak się już nie da pasywnie – to chłodzimy aktywnie
– moc chłodnicza jest niezależna od modułu, a zależy tylko od mocy pompy ciepła
Dlaczego prawie? No minusem jest niestety cena.
Rozwiązanie jest dość drogie. Lekko licząc do instalacji musimy dołożyć 10-12 tys zł.
Dla porównania, w pompach powietrze-woda, funkcję chłodzenia mamy niejako w cenie.
Tym nie mniej, chcąc mieć ogrzewanie i klimatyzację w jednej instalacji wewnętrznej z gruntową pompą ciepła – nie mamy wyjścia.
Poniżej zdjęcie takiej zrealizowanej przez nas kotłowni z pompą Nibe 12 kW.

Obsługuje ona 2 obiegi grzewcze.
Jeden oparty na klimakonwektorach, który oprócz ogrzewania zimą,  realizuje również chłodzenie latem. A drugi, to ogrzewanie podłogowe.
Dodatkowo w układzie zastosowano 300 litrowy zasobnik buforowy dla stabilizacji pracy układu.
Co też ludzie nie wymyślą :)))

 

8 myśli nt. „Chłopaki montują hapaki czyli chłodzenie pasywne i aktywne w gruntowej pompie ciepła

  1. anth

    Czegoś tu nie rozumiem. W obiegu podłogówki chyba płynie woda, a w obiegu DZ glikol. To jak one się mieszają przy chłodzeniu aktywnym?

    Odpowiedz
    1. Adrian Teliżyn Autor wpisu

      Wszystko się zgadza 🙂 We wpisie przedstawiłem tylko sam schemat działania HPAC, ten najprostszy. Natomiast sama kotłownia jest o wiele bardziej skomplikowana. Oczywiście nie możemy, czy też nie chcemy puszczać glikolu na instalację. Dlatego też potrzebny jest jeszcze układ wymienników płytowych, układ zaworów, bufor chłodu oraz mądre połączenie tego wszystkiego, jak to się mówi "do kupy". I stąd te kilkanaście tys. zł więcej, chociaż sam HPAC kosztuje 8 tys zł.

      Odpowiedz
  2. Dekoder Moze

    Witam, a gdyby tak zrobić tak jak w poniższym szkicu… ? No mam już wersję poprawioną, ale nie wszystko przecież będe od razu na pierwszej rozmowie ujawniał 😉 IMO to lepsze niż zaprezentowany mechanizm HPAC, ponieważ pompa działa sobie spokojnie w swoim trybie a my tylko trochę tego chłodku podbieramy… jeżlei dobrze rozumuję, to zabranie chłodu z wyjścia PC do obiegu pierwotnego (DZ) nie powinno mieć negatywnego skutku na odbiór temperatury i powrót wyższej temperatury z DZ do pompy – a wręcz przeciwnie, hmm? NAdmiar mogę magazynować w buforze a gdy PC nie pracuje (aktywnie) odciąc się od wymiennika by nie podgrzewać wody w buforze chłodu… podobne koncepcyjnie instalacje działają przy PC w całych stanach (choć są bardziej złożone). Aha pufor CO ma 140 L a CWU 400L taka mała pomyłka na szkicach. Wiem że rosną opory przepływu DZ ale to samo będzie w HPAC – wiec to tylko kwestia odobru wymiennika, można też zrobić inline – czyli połączyć bezpośrednio i dać zawór elektryczny ze sterownikiem temp na wejściu wezownicy glikolowej do bufora. Chłodzenie szło by do wymienników za REKU lub do wymienników na wybrane pokoje – odzielnie załączane. Nie chodzi o mrozenie pokoju – chodzi o chlodniejszą temperaturę.

    Odpowiedz
  3. Adrian Teliżyn Autor wpisu

    Niestety system bloga blokuje zewnętrzne linki. Ale to co pokazałeś to nic innego jak tylko chłodzenie pasywne z wymiennikiem płytowym na nitce DZ. Nie ma to nic wspólnego z modułem HPAC i chłodzeniem aktywnym. Takie rozwiązanie jest realizowane w szeregach pomp gruntowych, a ten wymiennik jest na ogół wbudowany w pompę. I tyle.

    A jak już chcesz uprościć instalację, i tylko chłodzisz to kilka uwag. Przy chłodzeniu pasywnym i tak tego chłodu jest mało; za mało. Tam nie ma co magazynować i ten bufor jest zbędny. A skoro tylko chłodzisz i tylko klimakonwektorami i zależy Ci na kosztach, to wstaw tam tylko zawór regulacyjny 3d i puść glikol bezpośrednio na fancoile. Odpadnie wymiennik i pompka obiegowa. To również standardowe rozwiazanie szeregu producentów. Nie odkrywaj Ameryki na nowo – to wszystko już jest i było 🙂

    Odpowiedz
  4. Darek

    Witam

    Mam tylko 1 pytanie… Jaką maksymalną temperaturę możemy puścić "do ziemi"? Czy jest jakaś graniczna która może spowodować uszkodzenie dolnego źródła (typu osuszenie co w dalszym etapie spowoduje mniejszą pojemność cieplną podczas grzania zimą)?

    Pozdrawiam

    Odpowiedz
  5. Adrian Teliżyn Autor wpisu

    Nie da się popsuć DZ za dużą temperaturą w trybie chłodzenia. Natomiast mamy graniczne temperatury pracy PC określane przez producenta. Np. dla DZ jest to na ogół przedział od -5 do +20 stopni, czasem wyżej. Czyli z DZ musi przyjść do PC glikol mieszczący się w granicach pracy.

    Odpowiedz
  6. Maciej

    Witam,
    Na początku chciałbym podziękować za bloga, który był dla mnie super pomocny przy wykonaniu własnymi siłami dwóch instalacji pomp ciepła.
    Jako że mam PC gruntową chciałbym w tym roku założyć chłodzenie pasywne przy pomocy podłogi i szukam wszelkich informacji na ten temat. W domu mam 100% ogrzewania podłogowego, w sumie 170m2. Nie wiem ile mocy chłodniczej będę potrzebował. Wiem tylko ile mocy grzewczej potrzebuję w okresie zimowym. Przy temp. zewn. w okolicy 0C do utrzymania temp wew. 23C potrzebuję ok. 1800W (pompa o mocy 7kW pracuje 6h przez 24h na cele CO). Do tego trzeba doliczyć zyski bytowe. Myślę że w sumie nie będzie to więcej jak 2200W
    Jeśli z m2 podłogi możemy uzyskać średnio 25W mocy chłodniczej to wyjdzie mi z całości powierzchni ponad 4000W. Do tego dojdzie jeszcze 500-1000W z chłodnicy w rekuperatorze. W sumie będzie to ok. 5kW mocy chłodniczej. Wydaje mi się to sporo aby dać radę obniżyć temp. o 4-5C. Wymiennik gruntowy mam płaski i jego temp. pod koniec okresu letniego wynosi 16-17C, ale to już maksymalnie – dodatkowo grunt jest wychładzany przez PC przy podgrzewaniu CWU, choć zdaję sobie sprawę że to bardzo mało (ok. 5KWh/24h). Zakładam że podczas chłodzenia, w najgorszym okresie, do podłogi będzie wchodzić max. 19-20C. Przy delcie GZ 2 stopnie potrzebuję przepływ ok. 1700l/min aby uzyskać 4kW, jest to sporo ale do osiągnięcia. Kolektor jest liniowy 3x140m. W domu mam dość sucho więc myślę że punktu rosy nie osiągnę (chłodnica w reku odbiera sporo wilgoci z powietrza).
    Okna w okresie letnim są dość mocno zacienione przez szerokie okapy dachu, więc jakoś mocno nie nagrzewają domu. Na poddaszu w lecie było maksymalnie 28C. Dom konstrukcji średniej (ściany wew. i zew. bal drewniany 12cm ocieplony od środka pianką natryskową 19cm + OSB i GK, strop drewniany zespolony z wylewką anhydrytową 5.5cm) – jeśli to coś pomoże.
    Moje pytanie, czy jest szansa na to że kolektor da radę utrzymać na tyle niską temp. że uda mi się osiągnąć temp. wew. 23-24C? Może to jest trochę wróżenie z fusów ale ja nie mam z chłodzeniem pasywnym żadnego doświadczenia więc pytam. Pozdrawiam.

    Odpowiedz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany.