Eksploatacja i konserwacja systemu z pompą ciepła

Przyczyną 80-95% kłopotów w instalacjach z pompą ciepła jest wadliwe wykonanie instalacji po stronie źródła dolnego.

Dobór pompy ciepła

Jakość ogrzewania w budynku zależy od tego czy źródło ciepła dopasowano do jego potrzeb. Pompa ciepła, w przeciwieństwie do kotła, sama takim źródłem nie jest - ona jedynie przekazuje energię od źródła dolnego, czyli gruntu, wody lub powietrza do domu. Dlatego tak ważne jest właściwe zwymiarowanie i wykonanie instalacji źródła dolnego. Wobec upowszechnienia się sprężarek pracujących ze zmienną, płynnie regulowaną mocą, staje się to nawet ważniejsze niż dobór mocy samej pompy.

Efekty niedopasowania mocy pompy i źródła dolnego.

Niestety oszczędzanie na dolnym źródle to kusząca perspektywa, także dla części wykonawców. Tym bardziej, że przeciętny inwestor chętniej zapłaci za pompę większej mocy, niż za większy kolektor poziomy albo dodatkowe odwierty dla sond pionowych. Ale niestety popełni błąd, bo właściwie wykonane "źródło dolne" to podstawa wydajnej, bezawaryjnej i długiej pracy całego układu. W tabeli zestawiono konsekwencje wzajemnego niedopasowania parametrów źródła dolnego i pompy.

Trzeba jednak zastrzec, że efekty zawyżenia mocy pompy mogą być odczuwalne w niewielkim stopniu, jeśli jej sprężarka ma możliwość płynnej regulacji mocy. W żadnym razie nie należy jednak traktować tego jako zachęty do kupna "przewymiarowanych" urządzeń. Po pierwsze zapłacimy za nie więcej, a po drugie ten zapas mocy i tak może być przyczyną problemów, bo zakres regulacji jest ograniczony.

Gdy na zewnątrz panuje "obliczeniowa" temperatura -20°C (dla większości kraju), zarówno dobrze dobrana, jak i "przewymiarowana" pompa ciepła będą pracować właściwie - ta druga po prostu z obniżoną mocą. Jednak przez większość sezonu temperatura jest znacznie wyższa. Gdy na zewnątrz jest ok. +7°C wystarcza zaledwie 30% projektowanej mocy grzewczej. Pompa dobrana bez zapasu będzie w stanie nadal pracować (szczególnie, jeśli też ma regulację mocy), zaś dla tej "przewymiarowanej" dostępny zakres regulacji zostanie najpewniej przekroczony.

Niedostatki "dolnego źródła"

Najpowszechniejszym problemem jest niewystarczająca wydajność dolnego źródła. Przyczyn tego zjawiska może być kilka.

Niewłaściwa ocena wydajności cieplnej gruntu. Zmienia się ona w szerokich granicach - od poniżej 20 W/m pętli kolektora w suchy piaskach do 40-60 W/m w gruntach gliniastych i nawodnionych. Może to być błąd popełniony na etapie projektowania, albo efekt nieprzemyślanych działań inwestora, który np. wyłoży kostką brukową nawierzchnię terenu nad kolektorem. A to oznacza spadek wydajności o ok. ¼ i kłopoty z regeneracją dolnego źródła.

Wówczas pozostaje:

• dodać kolejną pętlę kolektora albo sondę pionową, jeśli warunki na działce na to pozwalają;
• poprawić "możliwości energetyczne" gruntu, np. odprowadzając na ten obszar wody opadowe albo układając na nim drenaż rozsączający przydomowej oczyszczalni.

Na rurach kolektora widać kolanka. Jednak lepiej unikać stosowania złączek, bo są potencjalnym miejscem przecieków. (fot. Nibe-Biawar)

Niedokładne wypełnienie odwiertów sond pionowych. Wszelkie puste przestrzenie utrudniają przekazywanie ciepła. Pozostają próby zagęszczenia gruntu w odwiertach, np. przez jego nawodnienie.

Niewłaściwa ocena zasobów wody gruntowej lub zamulenie studni. To poważny problem w przypadku pomp woda/woda, tym bardziej, że poziom wód gruntowych ulega częstym wahaniom. Niestety jedynym rozwiązaniem jest wykonanie nowych studni.

Nadmierne zanieczyszczenie wody. Ocena jakości wody gruntowej to pierwsze, co powinniśmy zrobić zanim zapadnie decyzja o wykonaniu instalacji ze studniami czerpalną i zrzutową. Pompy w systemie woda/woda pracują bardzo wydajnie, jednak pod warunkiem, że nie zawiera ona zbyt dużo żelaza, manganu lub innych zanieczyszczeń. Mogą one w bardzo krótkim czasie zapchać wszelkie filtry i sam wymiennik ciepła, uniemożliwiając pracę pompy. A czyszczenie jest kłopotliwe. Jeśli skład wody jest zły to można zastosować tzw. wymiennik pośredni - dodatkowy, względnie łatwy do czyszczenia. Jednak to rozwiązanie ma powoduje równocześnie zmniejszenie wydajności całego układu, tak jakby temperatura dolnego źródła spadła o ok. 3 K, a wówczas jego parametry stają się podobne do tych w kolektorach ziemnych.

Oczywiście problem jakości wody praktycznie nie dotyczy pomp z kolektorami ułożonymi na dnie stawu, czy w wodonośnej warstwie gruntu. W ich przypadku z wymiennikiem pompy kontakt ma jedynie krążący w rurach, w obiegu zamkniętym, roztwór glikolu.

Nieszczelność układu. Najlepszy sposób na wykonanie szczelnych kolektorów, to układanie całych pętli z jednego odcinka rury, bez połączeń. Wszelkie łączenia to potencjalne miejsca przecieku, dlatego nie należy robić ich w gruncie, a połączenia, np. rury z zaworami wykonywać w studzienkach, gdzie będą dostępne bez odkopywania. Oczywiście rura musi być dobrej jakości i trzeba uważać by nie uszkodzić jej w czasie układania, np. zasypując ziemią zawierającą kamienie.

Koszty eksploatacji instalacji grzewczej z pompą ciepła

Wysokie koszty eksploatacji mogą być efektem błędów popełnionych przy projektowaniu i budowie, lub regulacji instalacji grzewczej, albo być zjawiskiem przejściowym, które zniknie samo. Niestety większość wykonawców nie uprzedza użytkowników, że rachunki za ciepło przez pierwsze 2-4 sezony grzewcze będą wyższe niż później.

Po prostu nowy budynek zawiera zwykle dużo tzw. wilgoci technologicznej - wody będącej składnikiem betonu, zapraw, tynków. Dzięki ogrzewaniu i wentylacji nadmiar wody jest przez kilka pierwszych sezonów usuwany z budynku. Jednak pochłania to dużo energii, bo ciepło parowania wody jest bardzo duże.

Ta zależność dotyczy wszystkich domów, nie tylko tych z pompami ciepła, jednak o ile w klasycznych instalacjach kocioł ma najczęściej znaczny nadmiar mocy, a pompę ciepła "dopasowuje" się znacznie dokładniej, co w początkowym okresie może skutkować nawet niedogrzaniem budynku w czasie większych mrozów. Niejednokrotnie jest też tak, że pompa, by pokryć całe zapotrzebowanie na ciepło, wymusza włączenie rezerwowych grzałek elektrycznych.

Przyczyną wysokich rachunków może być także złe wyregulowanie (lub wykonanie) instalacji grzewczej wewnątrz domu, która pracuje na "wysokich parametrach". Już od etapu projektowania, aż po obsługę przez użytkownika, należy dążyć do tego, by temperatura wody w obiegu c.o. była jak najniższa. Lepiej by pompa pracowała znacznie dłużej, ale za to na "niskich parametrach". Różnica pomiędzy 30°C, a 50°C "na zasilaniu", to dla kosztów eksploatacji bardo dużo. Na tym, między innymi, polega różnica pomiędzy pompą i kotłem.

Dlatego zdecydowanie należy odradzić wykonywanie instalacji z grzejnikami ściennymi na rzecz ogrzewania płaszczyznowego - podłogowego, sufitowego, ściennego. Nawet jeden grzejnik o temperaturze zasilania 55°C wymusza podgrzewanie całej wody do tej temperatury, gdy dla dobrze zaprojektowanej "podłogówki" wystarczyłoby 30°C. Przy średniej temperaturze dolnego źródła 0°C dla pompy grunt/woda oznacza to prawie dwukrotny wzrost różnicy temperatury pomiędzy źródłem dolnym i górnym oraz drastyczny spadek COP pompy.

Serwis instalacji z pompą ciepła

Wbrew pozorom zrobić dobrą pompę ciepła wcale nie jest łatwo i różnice w jakości, nawet pomiędzy urządzeniami wyposażonymi w identyczne sprężarki, mogą być znaczne.

Prostota ideowego schematu działania pompy ciepła jest zwodnicza. Przywołując bardzo popularne zestawienie pompy z lodówką, jako urządzeń wykorzystujących dokładnie te same zjawiska, warto zauważyć, że i lodówki bardzo znacznie różnią się zużyciem energii, niezawodnością, czy poziomem powodowanego hałasu. A pompa ciepła to jednak urządzenie znacznie bardziej skomplikowane.

W praktyce wybierając pompę ciepła jesteśmy zmuszeni kierować się renomą producenta. Nie musi to być duży koncern, ale zawsze warto poprosić o kontakt z dotychczasowymi klientami firmy. Oni każdego dnia sprawdzają jakość i niezawodność działania pomp ciepła i całej instalacji. Oczywiście każde urządzenie może się zepsuć, a instalacja z pompą ciepła to nie tylko sama sprężarka, ale także pompy obiegowe dolnego i górnego źródła, zawory, czujniki oraz sporo zaawansowanej elektroniki. Wszystkie te elementy podlegają normalnemu, eksploatacyjnemu zużyciu i konieczne są kontrole serwisowe, a niekiedy wymiana. Dlatego zanim kupimy pompę sprawdźmy, czy w naszej okolicy możemy liczyć na jej szybki i fachowy serwis.

Nigdy też nie lekceważmy pierwszych objawów niedomagania instalacji, np. częstych wyłączeń awaryjnych pompy. A zdarza się, że użytkownik w takiej sytuacji "resetuje" sterownik przez krótkotrwałe wyłączenie zasilania - nawet kilka razy dziennie. Jednak taka niefrasobliwość może doprowadzić do poważnej awarii któregoś z istotnych elementów pompy. Wówczas koszty naprawy mogą być bardzo wysokie, porównywalne nawet z wymianą całej pompy na nową.

opr.: Jarosław Antkiewicz
zdjęcie wprowadzające: Viessmann
film w tekście: Iglotech