Nieszczęsny bufor do pompy ciepła

Temat ciągle wraca. Ponieważ piszę na blogu, że należy pytać, więc klienci pytają. 
Czy w Pana kalkulacji jest bufor? A dlaczego go nie ma, skoro powinien być? 
W ostatnich tygodniach dostałem nawet szkice instalacji z buforem i uzasadnienia innych firm o konieczności jego stosowania. 
A co mi tam. Niech montują. Po co o tym pisać?
Ale może jednak napiszę.

Trafił do mnie podobny, do tego poniżej schemat. (Nie zamieszczam oryginalnego z uwagi na dane).
 
schemat pompy ciepła z buforem
A razem ze schematem – jego uzasadnienie.
 
Wyjaśniam do czego potrzebujemy sprzęgło hydrauliczne 200L w pompach powietrze woda:
Pompa ciepła do prawidłowego działania potrzebuje dużego przez nią przepływu wody. Dla przykładu przez pompę o mocy 9kW musi płynąć nawet 1800L/godzinę( to jest 9 dużych beczek). Takiego przepływu nie da się uzyskać jeżeli nie zastosujemy zbiornika pośredniego pomiędzy pompą ciepła i budynkiem. I żadna duża pompa obiegowa tego nie zastąpi!!! Właśnie dlatego nasza firma instaluje sprzęgła hydrauliczne.
Drugą ważna kwestią jest to że pompa POWIETRZE-WODA co około 50 minut w temperaturach ujemnych musi się odlodzić. Ponieważ „zachodzi” lodem w trakcie pracy co uniemożliwia jej prawidłowe działanie. Żeby móc się odlodzić pompa odwraca tryb i zaczyna grzać na zewnątrz i chłodzić do środka, i teraz żeby rozpocząć ten proces potrzebny jest zbiornik wody(sprzęgło) z którego możemy pobrać energię na to właśnie odladzanie. Nie może być to podłogówka ani, grzejniki gdyż one potrafią tylko dobrze pobierać ciepło, a nie potrafią dostatecznie szybko go oddawać. Dlatego właśnie potrzebne jest nam sprzęgło hydrauliczne o odpowiedniej pojemności około 200L.”
 
Bufor czy sprzęgło nie jest przypisany do PC PW jako takich.
To element hydrauliczny, który spina zródło ciepła z instalacją grzewczą, jeśli to zródło i instalacja mają różne przepływy i temperatury pracy.
Rynek pomp ciepła stale rośnie, a montuje je coraz więcej firm. Często są to firmy typowo grzewcze, które nie do końca wiedzą jak działa układ chłodniczy PC oraz firmy chłodnicze czy klimatyzacyjne, które nie do końca rozumieją jak hydraulicznie pracuje instalacja grzewcza.
Swoją wiedzę czerpią ze szkoleń organizowanych przez producentów, a tam z kolei mamy handlowców, rzadko praktyków, którym zależy tylko na sprzedaży i kółko się zamyka.
Konkurencja jest duża i wprowadza na rynek pompy ciepła dość mocno odchudzone, by wygrać ceną, bo na stabilny, ale rosnący rynek inaczej wejść się nie da.
Te odchudzenie to słabe i niesterowalne pompy obiegowe, małe wymienniki, słaba modulacja mocy, uboga automatyka.
Tak więc rozłóżmy to uzasadnienie na czynniki pierwsze:)
 
Pompa ciepła do prawidłowego działania potrzebuje dużego przez nią przepływu wody. Dla przykładu przez pompę o mocy 9kW musi płynąć nawet 1800L/godzinę( to jest 9 dużych beczek).
 
Nie wiem skąd to porównanie do dużych beczek. Ale zostawmy.
PC PW potrzebuje nie tyle dużego przepływu, ile właściwego przepływu.
Jeśli w kotle gazowym z palnikiem on/off, nagle zmniejszymy przepływ wody grzewczej, to zaczniemy odbierać mniej ciepła, wzrośnie nam jej temperatura, a wymiennik będzie bardziej gorący. Nic złego się poza tym nie stanie.
W wymiennikach pomp ciepła zachodzą przemiany parowania i skraplania czynnika chłodniczego. Aby były efektywne i nie szkodziły sprężarce, muszą one być niejako całkowite, pełne. A więc tyle ile czynnika ("ciepła") dostarczyła sprężarka, tyle układ, czyli nasza instalacja grzewcza musi odebrać.
Rzeczywiście, by przenieść moc 9-10kW z dt 5 stopni potrzebujemy przepływu na poziomie 1800l/h. Ale takich mocy potrzebujemy przez niewielką cześć sezonu.
Przez większą cześć sezonu potrzebujemy kilka kW i by przenieść np. 3-4 kW wystarczy przepływ 2-3 razy mniejszy. Jest sens gonić wtedy 1800l/h???
Konkurencja w swoich modelach stosuje często tanie pompy obiegowe, o małej wysokości podnoszenia, bez regulacji, które nie radzą sobie z oporami instalacji np. podłogowych.
Do tego dochodzi bardzo wąski zakres modulacji mocy.
W rezultacie cała pompa nie jest w stanie  odpowiedzieć na zmieniające się obciążenie instalacji, zmienne temperatury i przepływy, co skutkuje taktowaniem, przegrzewaniem, koniecznością dużych histerez i wahań temperatury.
Jedynym rozwiązaniem wtedy jest bufor pełniący rolę sprzęgła.
Pompa tłoczy w kółko wodę tylko do bufora i taki układ jest "idioto odporny", bezpieczny dla instalatora i bezpieczny dla producenta.
Za buforem jest już "właściwa" pompa obiegowa, która radzi sobie z oporami instalacji.
 
Takiego przepływu nie da się uzyskać jeżeli nie zastosujemy zbiornika pośredniego pomiędzy pompą ciepła i budynkiem. I żadna duża pompa obiegowa tego nie zastąpi!!! Właśnie dlatego nasza firma instaluje sprzęgła hydrauliczne.
 
Ale dlaczego taka pompa obiegowa nie może być od razu w PC??? Czary?
Za buforem może być a w PC już nie może?
Może być i taka jest np. w Althermie. Tylko jest zapewne kilkaset zł droższa.
Tu kilkaset zł, tam kilkaset zł, i mamy pompę ciepła tańszą o kilka tys zł.
W klasycznej Althermie jest pompa z minimalnym przepływem 10l/min a maksymalnym pod 40-50l/min w zależności od oporów instalacji. I co najważniejsze – pompa ten przepływ moduluje. Razem z mocą (ok. 30 kroków modulacji mocy).
Jeśli zmienia się odbiór ciepła po stronie instalacji, to odpowiednio do tego zmieni się moc grzewcza i przepływ pompy obiegowej, w dalszym ciągu zapewniając stabilne warunki pracy dla układu chłodniczego.
Ktoś powie dobra, dobra – a co jak mamy sterowanie na pętlach???
W klasycznej Althermie, jeśli zaczną się zamykać pętle, to zacznie spadać odbiór mocy i rosnąć temperatura powrotu. Pompa zmniejszy moc i przepływ. Jeśli dojdzie do 10-12l/min przez określoną ilość czasu to wyrzuci błąd.
Jest to rzadki to przypadek, by wszystko się zamknęło jednocześnie, ale możliwy i rozwiązuje się go zaworem bypasowym lub zapewnieniem otwartego przepływu przez 20-30% pętli.
Przy podłogówce sterowanej krzywą grzewczą (i termostatem PC) bez zaworów na pętlach – taki przypadek jest w zasadzie niemożliwy, a modulacja przepływu jest reakcją na zmianę obciążeń układu (np. Przy mrozach duże przepływy, a przy wyższych temperaturach mniejsze).
Przypadek, w którym mamy 100% zaworów na pętlach też nie jest problemem.
W Althermie EHSH/EHSX jest wbudowany zawór bypasowy sterowany elektronicznie.
Nawet jeśli zamkniemy pętle poniżej 10-12l/min czy 100% pętli, to zawór bypasowy przerzuci się proporcjonalnie na wężownicę ładująca zasobnik ciepła.
Pompa będzie próbkowała temperatury, moce i przepływy, ale nie wejdzie w stan awarii i będzie stabilna.
Układy konkurencji nie radzą sobie z takimi sytuacjami jak wyżej. Pracują wtedy niestabilnie, zarówno chłodniczo jak i hydraulicznie, czasem wchodzą w tryb awarii (przegrzanie, przepływ, taktowanie) – jedynym lekarstwem jest bufor/sprzęgło. Dlatego na szkoleniach wpycha się instalatorom ten bufor. By spokojnie spali.
OK. – jeśli taka jest uroda konkretnej PC PW i konkretnej instalacji, to trzeba do niej zastosować bufor.
Niestety cześć instalatorów głosi takie podejście jak prawdy objawione dla wszystkich PC PW i wszystkich instalacji.
 
 
Drugą ważna kwestią jest to że pompa POWIETRZE-WODA co około 50 minut w temperaturach ujemnych musi się odlodzić. Ponieważ „zachodzi” lodem w trakcie pracy co uniemożliwia jej prawidłowe działanie. Żeby móc się odlodzić pompa odwraca tryb i zaczyna grzać na zewnątrz i chłodzić do środka, i teraz żeby rozpocząć ten proces potrzebny jest zbiornik wody(sprzęgło) z którego możemy pobrać energię na to właśnie odladzanie. Nie może być to podłogówka ani, grzejniki gdyż one potrafią tylko dobrze pobierać ciepło, a nie potrafią dostatecznie szybko go oddawać. Dlatego właśnie potrzebne jest nam sprzęgło hydrauliczne o odpowiedniej pojemności około 200L.”
 
Co do odszraniania – to znowu jest to kwestia ubogiej automatyki i logiki odszraniania.
Napewno czytelnicy spotkali się na forach z informacją o "awaryjnych" defrostach trwających 20-30min przy niskich temperaturach powrotu  w instalacji, itd.
Najprostszy defrost to czasówka – start defrostu co x minut i trwa n minut
Potem czasówka z temperaturą wymiennika.
Dalej czasówka z temperaturą wymiennika oraz temperaturą zewnętrzną.
Na koniec czasówka+wymiennik+temp. zewn.+warunki nie tylko startu ale i zakończenia defrostu – tak ma Daikin.
Defrost być musi. Cała zabawa polega na tym, był szybki, sprawny i skuteczny.
Jak pojawia się cykl odszraniania, to pompa na zewnątrz grzeje, a w środku chłodzi.
Ponieważ w środku jest woda, to aby nie zamarzła nam w wymienniku, to musi pracować pompa obiegowa. Chcąc nie chcąc, zawsze ciepło odbierane jest z instalacji.
W instalacjach z małym zładem wody (np. tylko fancoile lub grzejniki konwektorowe) spadek temperatury może być już odczuwalny. Dlatego też z uwagi na komfort i stabilność pracy w klasycznej Althermie logika jest taka, że startuje razem z  defrostem grzałka backup. I nie należy się tym martwić, bo jest to wkalkulowane w etykietę energetyczną. Współczynnik sprawności sezonowej eta S, i tak jest wyższy niż większości konkurencyjnych pomp na rynku.  
Defrost ma być szybki i skuteczny, trwa od kilku sekund (czasówka ale brak szronu) do 8-10 minut (maksymalny czas).
W modelu EHSH/EHSX logika jest nieco inna. Mamy wysoką temperaturę w buforze ciepła. O wiele wyższą niż w podłogówce – i w tym wypadku pompa wykorzystuje to ciepło poprzez pracę zaworów bypass. Dlatego też sprawności z etykiet energetycznych Altherm EHSH/EHSX są jeszcze wyższe.
Pakowanie bufora do instalacji z uwagi na ułatwienie cyklu odszraniania ma uzasadnienie znowu w słabej pompie obiegowej, wielkości wymienników ciepła i logice odszraniania, ale nie, jak to napisał ów instalator, w zdolności oddawania ciepła przez podłogówkę.
Przecież w przeciętnej instalacji podłogowej mamy z 200-300l wody.
Przy kilkuminutowym cyklu odszraniania, pompa nawet nie zdąży tą wodą obrócić.
Czym się różni 200l wody bufora od 200l wody podłogówki?
Bynajmniej nie zasobnością oddawania ciepła, tylko… oporem przepływu.
 
Na stronie jednego z producentów, który promuje nieustannie współczynniki COP, zamiast dane z etykiet energetycznych, znalazłem wyniki badań tych właśnie współczynników. 
Przy parametrach A2/W35 i A-7/W35 – całkiem dobre wyniki. Odszranianie trochę ponad 5 min i przepływ podczas cyklu odszraniania…. No właśnie – ponad 3m3/h!!!
Czy taki przepływ jest możliwy na realnej instalacji podłogówki? Raczej nie.
Ale na stanowisku pomiarowym już tak.
Dlaczego? – ponieważ w obliczeniach COP wg norm, brana jest pod uwagę tylko i wyłącznie ta cześć mocy pompy obiegowej, która wystarczy dla pokonania oporów wymiennika.
Możemy więc mieć PC z "bardzo małą" pompą obiegową, która świetnie radzi sobie na testach z buforem lub sprzęgłem, jednak nie poradzi sobie z realną instalacją.
 
 
Wracając do schematu z początku wpisu – czy zamiast 3 urządzeń w kotłowni, nie lepiej jest mieć jedną pompę/urządzenie, ze zintegrowanym zasobnikiem cwu, szeroką modulacją mocy i zmiennym przepływem?
Tak jak na poniższym zdjęciu. 
 
 
Przesłano mi również jeszcze jeden schemat hydrauliczny.
 
 
Oczywiście poprawny pod względem technicznym i napewno dobrany właściwie do konkretnej pompy ciepła.
Mamy tutaj przepływowy sposób ogrzewania cwu w zasobniku 600l multi inox oraz bufor 400l, za którym znajdują się dwie pompy obiegowe instalacji grzewczej. Łącznie 5 pomp obiegowych w układzie po stronie górnego źródła.
 
Czy zamiast trzech takich klocków zajmujących kawał miejsca i ważących z 1,5 tony, albo i więcej oraz 5 pomp obiegowych i plątaniny rurociągów, nie będzie prościej, lepiej, i estetyczniej mieć jedno urządzenie, z jedną pompą obiegową, z wbudowanymi zaworami bypass i mieszającym, z modulowaną pompą obiegową i modulacją mocy, również z przepływowym przygotowaniem cwu, z możliwością podpięcia, kominka, solarów lub innego źrodła ciepła ? A tak ma właśnie Altherma EHSH/EHSX, jak na zdjęciu.
 
Odpowiedź nasuwa się sama.
 
Podsumowując – bufor/sprzęgło/dodatkowe pompy obiegowe – to rozwiązanie w instalacjach z pompami ciepła głównie on/off, oraz z tymi, które nie radzą sobie z odszranianiem, zmiennym obciążeniem, zmiennym przepływem, oporami instalacji, i w których brak bufora/sprzęgła niekorzystnie wpływałby na pracę całego układu.
A nie obowiązek we wszystkich PC PW.