Instalacja pompy ciepła pomaga rozwiązać dwa problemy: ogranicza wydatki w obliczu stale rosnących stawek za ogrzewanie i ciepłą wodę użytkową, a jednocześnie — pozwala ograniczyć emisję gazów cieplarnianych.
Aby jednak pompa rzeczywiście spełniała oba te zadania, każdy element jej instalacji musi być optymalnie dobrany. W przeciwnym razie możemy spodziewać się znaczących strat ciepła i… wzrostu, a nie spadku wysokości rachunków. Dziś skupimy się na prawidłowym doborze przyłączy do pomp ciepła — i wyjaśnimy, jakie warunki musi spełniać taka instalacja.
Materiały rurociągów do pomp ciepła — na który się zdecydować?
Przez długie lata standardowym rozwiązaniem w systemach grzewczych oraz instalacjach wodnych były rury stalowe i miedziane. Drugi z tych materiałów sprawdza się wyraźnie lepiej — miedź jest odporna na korozję (co zwiększa jej trwałość do nawet kilkudziesięciu lat!), wpływ wysokich temperatur, ciśnienia oraz promieni UV. Do tego wysoka szczelność dyfuzyjna — kluczowa dla instalacji grzewczych — i stosunkowo niski opór hydrauliczny, sprawiają, że można zastosować rurociąg o mniejszej średnicy zewnętrznej. Minusem miedzianych rur jest natomiast to, że wymagają one utrzymywania niższej prędkości w przewodzie (w przeciwnym razie możemy spodziewać się wypłukiwania materiału na kolankach). Z tego też powodu przyjmuje się w nich z kolei nieco większą średnicę wewnętrzną.
Z drugiej strony, mamy również do wyboru rury z tworzyw sztucznych — głównie polipropylenu (PP) oraz polietylenu (PE). Pod względem żywotności — w niczym nie ustępują miedzi; natomiast dużą ich zaletą jest bardzo niska (na poziomie λ < 0,5 W/mK) przewodność cieplna, co upraszcza sprawę izolacji termicznej samych rur. Oprócz tego, rury PP/PE są znacznie tańsze od miedzianych, a ich montaż — szybki i łatwy. Dodatkowo, w przypadku polietylenu — możemy praktycznie zrezygnować z niezbyt estetycznie wyglądających kolanek, co będzie istotne, gdyby trzeba było poprowadzić instalację „po wierzchu”.
Projektując system pompy ciepła śmiało można więc zdecydować się i na rury PP/PE, i na przyłącza miedziane. Oba powinny sprostać wymaganiom systemu grzewczego — główna różnica dotyczy izolacji przyłącza oraz doboru jego średnicy.
Technologie izolacyjne dla rurociągów pomp ciepła
Nie trzeba chyba wyjaśniać, dlaczego straty ciepła są największym problemem każdej instalacji grzewczej. W niektórych sytuacjach (np. w nieogrzewanych pomieszczeniach pod poziomem gruntu) trudno jest ich uniknąć — ale trzeba przynajmniej spróbować je ograniczyć. Szczególnie ważne będzie to w przypadku rur miedzianych, które z dużą łatwością „tracą” ciepło przez ścianki.
Najprostszym wyjściem będzie instalacja rur preizolowanych. Składają się one z rury wewnętrznej (przez którą przepływa ciecz), warstwy izolacyjnej oraz tzw. rury osłonowej, chroniącej izolację przed wpływem czynników atmosferycznych oraz uszkodzeniami mechanicznymi.
Sama izolacja może być z kolei wykonana z:
- pianki poliuretanowej (λ ≤ 0,03 W/mK);
- wełny mineralnej (λ ≤ 0,04 W/mK);
- styropianu (λ ≤ 0,04 W/mK);
- kauczuku (λ ≤ 0,035 W/mK);
lub innych materiałów.
Najważniejszy jest tutaj współczynnik przewodności cieplnej — im niższy, tym lepszy — oraz grubość powłoki izolacyjnej. Bezpiecznie można przyjąć, że minimalna grubość izolacji powinna być równa średnicy wewnętrznej rury — ale nie mniejsza niż 30 mm.
Oczywiście, oprócz preizolowanej instalacji można też położyć izolację samodzielnie. Wymienione wyżej materiały też powinny się tutaj sprawdzić, choć jeszcze lepsze właściwości posiadają tzw. pianki ekspandowane. Spieniony polistyren oraz polipropylen są niezwykle lekkie, oferują szeroki zakres gęstości, wysoką odporność na wilgoć i czynniki chemiczne — ale przede wszystkim, mogą się pochwalić najniższymi współczynnikami przewodzenia ciepła λ, na poziomie około 0,02 W/mK (i jeszcze niższym w przypadku polistyrenu).
Jak dobrać średnicę rury w instalacji grzewczej z pompą ciepła?
Ale najważniejszym warunkiem przy wyborze przyłącza do pompy ciepła jest odpowiedni przekrój rur. Trzeba przecież pamiętać, że optymalne funkcjonowanie pompy jest możliwe tylko wtedy, gdy instalacja utrzymuje stałe, minimalne natężenie przepływu — dostarczając wodę do wymiennika ciepła. Jeśli chcemy je utrzymać na prawidłowym poziomie, możemy albo zwiększyć prędkość przepływu, albo — po prostu — wybrać przyłącze o większej średnicy.
Zalecamy tylko tę drugą opcję. Z wielu powodów; wysoka prędkość przepływu cieczy oznacza:
- większe straty liniowe oraz miejscowe;
- większe prawdopodobieństwo uszkodzeń mechanicznych;
- wyższe ciśnienie akustyczne (czyli poziom generowanego hałasu, który będzie trzeba wytłumić);
- trudności z podgrzaniem wody do właściwej temperatury „na czas”;
- większe zapotrzebowanie pompy obiegowej na energię elektryczną — niezbędne do pokonania oporu w przyłączu.
Wybór systemu rur o większej średnicy pozwoli zapobiec każdemu z tych problemów — pod warunkiem, że dopasujemy przekrój do rzeczywistych potrzeb danej instalacji. Jak to zrobić?
Tu przyda się wzór na strumień masy wody:
m = Q / (cp * (Tz - Tp)) [kg/h]
gdzie:
- Q — moc urządzenia [kW]
- cp — ciepło właściwe wody — w energetyce cieplnej do obliczeń najczęściej przyjmuje się wartość 1,163 Wh/kgK
- Tz - Tp — delta temperatur — różnica między zasilaniem a powrotem [K]
Z zasady — pompy ciepłe pracują optymalnie przy delcie temperatur na poziomie 5°C i taką też wartość należy przyjąć w przypadku większości systemów (chyba że producent wskazuje inaczej). Moc urządzenia przyjmujemy zgodnie ze specyfikacją danej pompy.
Mając te wielkości, możemy bez problemu wyliczyć strumień masy.
Na marginesie — gdy przejdziemy przez wszystkie obliczenia, okaże się, że końcowy przepływ wody będzie o ok. 3-4 razy większy niż w przypadku tradycyjnych kotłów gazowych. Pracują one zazwyczaj na różnicy temperatury zasilania i powrotu na poziomie 15-20°C — i stąd ta różnica.
Co dalej? Najprościej będzie posłużyć się nomogramami doborowymi lub innymi narzędziami oferowanymi przez producentów danego systemu; poniżej przykład suwaka doborowego dla pomp firmy York.
Do tego jednak musimy znać natężenie przepływu — czyli strumień objętości wody. Aby go obliczyć, możemy skorzystać z uzyskanej wcześniej wartości strumienia masy, podstawiając ją do wzoru:
V = m / ρ [m3/h]
gdzie:
- m — strumień masy wody [kg/h]
- ρ — gęstość wody w danej temperaturze [kg/m3]
Następnie, podstawiając uzyskany wynik do tabel, określimy optymalną wielkość rurociągu.
Jeśli jednak nie mamy pod ręką gotowych narzędzi, możemy wyliczyć optymalną średnicę również przy pomocy przekształconego wzoru na prędkość przepływu:
d = 4000 * V / (3,6 * π * w) [mm]
gdzie:
- d — średnica przepływu
- V — strumień objętości wody [m3/h]
- w — prędkość przepływu [m/s]
Generalnie zaleca się, aby prędkość przepływu nie przekraczała 1 m/s — wielu producentów jest jeszcze bardziej rygorystycznych, wskazując wielkość do 0,8 m/s. Ponownie, radzimy kierować się dokumentacją producenta systemu.
Dla przykładu — jeśli przyjmiemy, zgodnie ze wskazaniami firmy York, prędkość przepływu na poziomie 0,8 m/s — rura o średnicy wewnętrznej 32 mm powinna poradzić sobie z przepływem wody na poziomie ok. 1,8 m3/h oraz mocą ok. 13 kW.
Tak z kolei wygląda uproszczona tabela doborowa dla pomp ciepła firmy Panasonic.
Uwaga: przy wyborze zawsze należy kierować się średnicą wewnętrzną rury — a nie nominalną. Jeśli producent podaje tę drugą (np. jako średnicę zewnętrzną), wystarczy odjąć od niej grubość ścianki. Z zasady, rury miedziane charakteryzują się większym „światłem” i stosunkowo cienkimi ściankami — rury wykonane z tworzyw sztucznych, wręcz przeciwnie; bardzo grubymi ściankami i mniejszą średnicą wewnętrzną. Warto wziąć to pod uwagę, porównując przyłącza w pompach ciepła.
Dobór przyłączy do pomp ciepła — podsumowanie
Pod kątem technicznym, pompy ciepła są dosyć wymagającymi systemami. Dlatego też przy ich wyborze trzeba zwrócić uwagę na wszystkie parametry — ale przede wszystkim na:
- materiał
- technologię izolacji;
- średnicę przepływu.
Jeśli uda się optymalnie dobrać każdy z tych elementów pod kątem planowanej instalacji — jedynym wyzwaniem pozostanie prawidłowy montaż rurociągów pomp ciepła. Temu zagadnieniu warto jednak poświęcić osobny artykuł.
Natomiast w wyborze systemu możemy pomóc Ci już teraz. Sprawdź, z jakimi dostawcami współpracujemy w BIMs PLUS, poznaj ich rozwiązania — i dołącz do grona tysięcy zadowolonych instalatorów oraz projektantów.
