Rodzaje instalacji ciepłej wody użytkowej

Zużycie energii w zależności od zapotrzebowania

Najogólniej można wyróżnić trzy sposoby zaspokajania potrzeb na c.w.u.:

• Pompa ciepła służy równocześnie do centralnego ogrzewania oraz do grzania ciepłej wody użytkowej, przy czym zbiornik c.w.u. jest zintegrowany z pompą ciepła, tj. ulokowany wewnątrz jej obudowy (tzw. Kompakt).

Rozwiązanie: kompaktowa pompa ciepła z wewnętrznym zbiornikiem ciepłej wody użytkowej, jest stosowane najczęściej w systemach o małej mocy grzewczej (5 do 20 kW), wystarczającej dla domów jednorodzinnych. Pojemność zbiornika umieszczonego w obudowie pompy ciepła nie może być zbyt duża, zwykle wynosi ok. 150-200 l, a to wystarcza (po zmieszaniu z zimną wodą) na dwa napełnienia wanny. Zaspokaja to w pełni potrzeby rodziny 3-4-osobowej. Dla większej rodziny, intensywnie zużywającej ciepłą wodę, takie rozwiązanie może okazać się mało komfortowe, czy wręcz kłopotliwe. Czas oczekiwania na nagrzanie wody w zbiorniku wynosi zwykle 1-2 godziny. Dla przyśpieszenia grzania wody, a także dla podwyższenia temperatury c.w.u. Stosuje się grzałki elektryczne o mocy 6-9 kW. Jest oczywiste, że stosowanie grzałek elektrycznych podnosi koszty eksploatacyjne systemu grzewczego.

• Instalacja ciepłej wody użytkowej z oddzielnym, ale zasilanym w energię cieplną zbiornikiem c.w.u., z jednej pompy ciepła służącej zarówno do c.o., jak i do wytwarzania c.w.u.

Rozwiązanie: oddzielny zbiornik (podgrzewacz c.w.u.) zasilany w energię cieplną z jednej pompy ciepła, obsługującej również c.o. To rozwiązanie jest wykorzystywane przez większość firm, przy czym stosuje się regułę, że pojemność zbiornika powinna być nie mniejsza niż dobowe zużycie c.w.u. przez rodzinę. Zwykle jest to pojemność 300-500 l. Woda użytkowa w zbiorniku jest podgrzewana wężownicą, zasilaną wodą grzewczą z pompy ciepła. Dodatkowo stosuje się grzałki elektryczne o mocy 6-9 kW.

• Zbiornik c.w.u. oddzielny, zasilany ze źródła ciepła innego niż pompa ciepła obsługująca c.o. Może to być druga pompa ciepła, przeznaczona wyłącznie do ogrzewania c.w.u., albo źródło ciepła innego rodzaju, np. Kolektory słoneczne.

Rozwiązanie: zbiornik ciepłej wody użytkowej zasilany z oddzielnego źródła energii, jest typowe dla dużych instalacji o mocy powyżej 20 kW (np. dla basenu). Ma też wielu zwolenników w zastosowaniu do domów jednorodzinnych. Niektóre firmy szczególnie zalecają rozwiązania wykorzystujące do wytwarzania c.w.u. oddzielną pompę ciepła powietrze-woda, dla której źródłem dolnym jest ciepłe powietrze z wnętrza domu. Taka pompa ciepła, o niewielkiej mocy (do 5 kW), może pracować jednocześnie w systemie klimatyzacji. Po oddaniu ciepła na wymienniku, schłodzone powietrze może być wydmuchiwane z powrotem do tego samego pomieszczenia lub pomieszczeń sąsiednich (np. spiżarni, pralni, itp.). Dzięki temu latem podgrzewacz może spełniać rolę quasi - klimatyzatora. Warto także wspomnieć o kolejnym, dodatkowym efekcie, jaki uzyskujemy dzięki podgrzewaczowi. Jest to mianowicie osuszanie, bowiem wydmuchiwane schłodzone powietrze jest jednocześnie powietrzem osuszonym.

Rozwiązanie c.w.u. do ogrzewania wody dla trzech wariantów basenu kąpielowego

Przeważnie firmy zastrzegają sobie, że konkretne rozwiązania instalacji ciepłej wody użytkowej i właściwe typy urządzeń mogą zaproponować tylko wtedy, gdy dostaną podstawowe założenia projektowe - wymiary basenu i warunki jego eksploatacji - umożliwiające wyliczenie zapotrzebowania na ciepłą wodę. Wszystkie firmy zalecają stosowanie pompy ciepła powietrze - woda. To rzeczywiście ważna domena zastosowań tego typu pomp, mniej przydatnych w naszym klimacie do ogrzewania domu w zimie. Propozycje ogrzania wody dla:

• basenu całorocznego w pomieszczeniu zamkniętym,
• basenu sezonowego (letniego) na otwartym powietrzu,
• minibasenu (jacuzzi) całorocznego na otwartym powietrzu.

Dla basenu krytego całorocznego stosowane są wszystkie trzy systemy pomp ciepła: solanka-woda, woda-woda i powietrze-woda. Niektóre firmy zwracają uwagę na korzyści ze stosowania pompy powietrze-woda, umieszczonej w pomieszczeniu (piwnica lub pomieszczenie technologiczne przy basenie) i pobierającej ciepło z powietrza wywiewanego. Dodatkową zaletą tego rozwiązania jest osuszanie powietrza. Na ogół układ grzania wody w basenie składa się z pompy ciepła połączonej z zasobnikiem buforowym, który przekazuje ciepło do wody w basenie za pośrednictwem wymiennika basenowego.

W przypadku basenu sezonowego na otwartym powietrzu zaleca się pompę ciepła czerpiącą energię cieplną z powietrza zewnętrznego. Przy temperaturze powietrza w sezonie letnim większej niż 5°C sprawność COP pompy powietrze-woda jest podobna jak dla systemu woda-woda, a w okresach cieplejszych, gdy temperatura powietrza wynosi kilkanaście stopni lub więcej, jest większa niż dla systemu gruntowego lub woda-woda. Dla sezonowego basenu otwartego firmy oferują również rozwiązanie z kolektorami solarnymi lub mieszane: pompa ciepła + kolektory solarne. Wiadomo, w lecie zarówno pompa ciepła powietrze-woda, jak i kolektory solarne mają doskonałe warunki pracy i osiągają dużą sprawność.

W przypadku minibasenu (jacuzzi) całorocznego na otwartym powietrzu sprawa się komplikuje o tyle, że w zimie pompa ciepła pobierająca energię cieplną z powietrza zewnętrznego ma bardzo niską sprawność, choć na ogół może pracować nawet do -20°C. Niektóre firmy polecają do tego celu stosowanie pomp gruntowych solanka-woda lub woda-woda, takich samych jak dla c.o.

Dom energooszczędny lub pasywny

To specyficzny obszar zastosowań pomp ciepła. Przy znikomym zapotrzebowaniu energii na ogrzewanie pomieszczeń, potrzeby energetyczne związane z ogrzewaniem ciepłej wody użytkowej. Stają się dominujące. Dla domów energooszczędnych i pasywnych wystarcza pompa ciepła o mocy 2-5 kW, przy czym preferuje się rozwiązanie nazywane "integrated heat pump system", w których pompa ciepła spełnia jednocześnie wiele funkcji, tj.

• ogrzewanie c.w.u. ciepłem odzyskiwanym z powietrza usuwanego na zewnątrz,
• wentylacja i dogrzewanie pomieszczeń powietrzem wentylacyjnym,
• pobieranie ciepła z powietrza zewnętrznego wstępnie podgrzanego w gruntowym wymienniku ciepła (taki zintegrowany system z pompą ciepła w domu pasywnym przedstawiono schematycznie poniżej).

opr.: prof. Wiesław Marciniak
zdjęcie: Hansgrohe