Jak dobrać grzejniki w instalacjach z pompami ciepła w budynkach remontowanych?

Czy zawsze trzeba wymieniać wszystkie grzejniki?

Jak pokazują analizy producentów grzejników i doświadczenia firm instalacyjnych, w budynkach jednorodzinnych nierzadko nie ma potrzeby wymiany wszystkich grzejników – o ile są sprawne, niezużyte i szczelne. Nowe grzejniki należy dobrać tylko do pomieszczeń o większym zapotrzebowaniu na ciepło, tak aby zapewniły oczekiwaną moc przy niższych temperaturach zasilania. Starsze grzejniki o większych gabarytach można natomiast przenieść do mniejszych pomieszczeń, gdzie – mimo niższej temperatury zasilania – osiągną wymaganą moc i zapewnią komfort cieplny.

Jak sprawdzić, czy grzejniki są odpowiednie?

Aby mieć pewność, że istniejące grzejniki spełnią swoją funkcję, warto wykonać obliczenia cieplne. Pomocne mogą być tu dostępne online narzędzia udostępniane przez producentów, które uwzględniają takie parametry jak:

• izolacyjność przegród,
• powierzchnia i ekspozycja okien,
• kubatura pomieszczeń
• liczba ścian zewnętrznych.

Efektywność pompy ciepła a dobór grzejników

Pompy ciepła osiągają największą efektywność przy małej różnicy temperatur między źródłem dolnym a górnym – czyli między temperaturą zewnętrzną (powietrza dla powietrznych pomp ciepła i  gruntu dla gruntowych) a temperaturą zasilania instalacji. Im niższa temperatura zasilania, tym wyższy współczynnik efektywności (COP), co przekłada się na niższe koszty ogrzewania. W nowych budynkach energooszczędnych można nawet zasilać instalację, zwłaszcza ogrzewania podłogowego, wodą o stosunkowo niskiej temperaturze w przedziale 30-40°C, a przy grzejnikach podłogowych na praktycznie całej powierzchni jednokondygnacyjnego domu z podłogami z ceramiki nawet w przedziale 24-30°C. Lecz instalacje grzejnikowe mają znacznie mniejszą powierzchnię oddawania ciepła niż podłogowe i tym samym wymagają wyższych temperatura zasilania. W nowych domach podanych głębokiej termomodernizacji wystarcza zasilanie grzejników w przedziale 45-55°C.  W przypadku budynków niepoddanych kompleksowej termomodernizacji zapewnienie komfortu przy bardzo niskich temperaturach zasilania prowadziłoby do ich znacznego przewymiarowania i nawet wówczas mogłoby nie dać gwarancji komfortu cieplnego. W  takich sytuacjach wyjściem są tzw. wysokotemperaturowe pompy ciepła pompy osiągające temperatury zasilania nawet rzędu 65–70°C. 

Przecztraj również: https://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/pompy-ciepla/184180,przemyslowe-pompy-ciepla-thermonova-jako-fundament-nowoczesnych-zakladow-inzynieria-termiczna-w-sluzbie-dekarbonizacji

Wpływ temperatury zasilania na wielkość grzejnika i efektywność pompy ciepła

Za przykład może posłużyć jeden z pokoi w jednorodzinnym budynku dwukondygnacyjnym o wysokim standardzie energetycznym (m.in. dobra izolacja termiczna i stolarka) oraz niskim zapotrzebowaniu na ciepło do ogrzewanej powierzchni mieszkalnej – na poziomie 40 W/m². Dom o zapotrzebowaniu na moc cieplną 5,6 kW ogrzewa zasilana elektrycznie pompa ciepła z gruntowym poziomym dolnym źródłem ciepła. Pompa ciepła zasila instalację z grzejnikami płytowymi. Przytoczone poniżej przykłady różnych temperatur zasilania instalacji c.o. pokazują, jaka wielkość grzejnika jest konieczna dla uzyskania mocy wymaganej do pokrycia zapotrzebowania na ciepło w tym pokoju i jak to wpływa na efektywność pracy pompy ciepła, a tym samym koszty ogrzewania. 

Rozpatrywana jest instalacja c.o. z grzejnikami płytowymi w pokoju o powierzchni 19,14 m² (o wymiarach ok. 4×4,8 m) usytuowanym na piętrze, z jedną ścianą zewnętrzną i oknem. Dysponujemy zatem ścianą zewnętrzną z oknem o szerokości 4 m, na której można zamontować grzejnik. W kolejnych krokach pokazano temperaturowe granice stosowania grzejników płytowych i pompy ciepła i, co bardzo ważne, zmianę COP pompy ciepła oraz wymiarów grzejników przy różnych temperaturach na zasilaniu i powrocie. COP to współczynnik wydajności wskazujący efektywność pracy pompy ciepła w danej chwili w stosunku do ilości zużywanej energii elektrycznej – im wyższy, tym mniejsze zużycie energii elektrycznej, czyli tańsze ogrzewanie.

Przykład praktyczny – wpływ temperatury zasilania

Dla pokoju o normowym zapotrzebowaniu na ciepło 765 W, przy temperaturze wewnętrznej 20°C rozpatrywano cztery różne parametry zasilania: 1. 55/45°C, 2. 45/35°C, 3. 40/30°C i 4. 35/28°C.

Porównanie 4 wariantów temperaturowych:

1. Dla zasilania o parametrach 55/45°C zapotrzebowanie obliczeniowe pokryje grzejnik typu CV22 (dwupłytowy) o wymiarach 600×900 mm i mocy 794 W. Pompa ciepła tylko na potrzeby c.o. osiągnie współczynnik COP równy 3,6, a z funkcją c.w.u. COP 3,4.

2. Dla zasilania o parametrach 45/35°C zapotrzebowanie obliczeniowe pokryje grzejnik typu CV22 o wymiarach 600×1400 mm i mocy 781 W. COP dla c.o. wyniesie 4,1, a z funkcją c.w.u. COP 3,8.

3. Dla zasilania o parametrach 40/30/20°C zapotrzebowanie obliczeniowe pokryje grzejnik typu CV22 o wymiarach 600×2000 mm i mocy 778. COP dla c.o. wyniesie 4,4, a z funkcją c.w.u. COP 4,0.

4. Dla zasilania o parametrach 35/28/20°C zapotrzebowanie obliczeniowe pokryje grzejnik typu CV33 (trójpłytowy) o wymiarach 600×2300 mm i mocy 802 W. COP dla c.o. wyniesie 4,7, a z funkcją c.w.u. COP 4,3.

Wnioski są zatem następujące:

• Im wyższa temperatura zasilania, tym mniejszy grzejnik płytowy jest potrzebny, ale spada COP pompy ciepła i rosną koszty ogrzewania.
• Im niższa temperatura zasilania, tym większy grzejnik jest potrzebny i rośnie COP pompy ciepła oraz spadają koszty ogrzewania.
• Temperatury zasilania między 45 a 40°C dają najlepsze wartości współczynnika COP oraz optymalne wielkości grzejników.
• Obniżenie temperatury zasilania z 45 do 35°C nie wpływa istotnie na COP z powodu realizacji przez pompę ciepła także funkcji podgrzewania ciepłej wody.

 Powyższe obliczenia dotyczą domu energooszczędnego.

 Przeczytaj Również: Jak obniżyć hałas od pompy ciepła »

W budynkach poddawanych remontom zapotrzebowanie na ciepło może być nawet dwukrotnie wyższe niż w domach energooszczędnych, co oznacza konieczność zastosowania pompy ciepła wysokotemperaturowej i  stosowania grzejników o większej mocy. Można to osiągnąć przez zwiększenie ich szerokości i głębokości.  Trzeba jednak pamiętać o ograniczeniach montażowych, zwłaszcza przy niskich parapetach. Można też zamiast typowych grzejników płytowych zastosować grzejniki konwektorowe, które przy znacznie mniejszych rozmiarach osiągają wysoką moc dla tych samych temperatur zasilania – patrz. rys. 1.