Jak zaprojektować wydajny system grzewczy z pompą ciepła Frapol PRIME?

Pompa ciepła PRIME weszła na rynek stosunkowo niedawno i budzi duże zainteresowanie profesjonalistów. Na ich częste pytania, dotyczące zarówno rozwiązań technicznych zastosowanych w tym urządzeniu, jak i jego praktycznego zastosowania, odpowiadają Marcin Czerwiński i Grzegorz Waryan – eksperci Frapol, współtwórcy rozwiązania.

Jakie są zasadnicze przewagi pompy ciepła na R290, zwłaszcza typu monoblok, nad urządzeniem na R32 z punktu widzenia projektanta dobierającego rozwiązanie dla konkretnej inwestycji?

Propan (R290) jest czynnikiem ekologicznym (GWP = 3), zdecydowanie mniej wpływającym na efekt cieplarniany niż F-gazy, mającym doskonałe właściwości termodynamiczne. Precyzyjnie sterowana pompa ciepła na R290 może zapewnić stabilną temperaturę zasilania na poziomie ponad 60°C, co jest wartością nieosiągalną dla F-gazowych odpowiedników. Umożliwia to projektowanie instalacji przy uwzględnieniu nie tylko ogrzewania podłogowego, ale też konwencjonalnych grzejników. Sprawdź >>

Odpowiednio sterowana pompa ciepła oparta na R290 może zachować wysoką sprawność także w warunkach skrajnie niskich temperatur zewnętrznych (nawet do –20°C). Dodatkową zaletą stosowania propanu jest brak konieczności posiadania uprawnień F-gazowych do montażu i serwisu pracującej na nim pompy ciepła, ponieważ sama pompa nie podlega obecnie restrykcjom unijnego rozporządzenia F-gazowego (rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 517/2014 z dnia 16 kwietnia 2014 r. w sprawie fluorowanych gazów cieplarnianych i uchylenia rozporządzenia (WE) nr 842/2006, Dz.Urz. UE L 150/195 z 20.05.2014). Sam czynnik chłodniczy jest względnie tani i powszechnie dostępny.

W pompie ciepła PRIME Frapol zastosował sprężarkę o stałej prędkości obrotowej

Jakie są zalety i możliwości tego rozwiązania z punktu widzenia efektywności energetycznej i niezawodności urządzenia?

Filozofia stosowania sprężarki on/off polega na łączeniu pompy ciepła z buforami magazynującymi ciepło technologiczne na potrzeby wody użytkowej oraz systemu ogrzewania lub chłodzenia obiektu. Uruchomieniu sprężarki on/off towarzyszy szereg procedur programowych, które mają za zadanie zapewnić jej optymalne energetycznie warunki pracy. Sama sprężarka jest każdorazowo rozpędzana do stałych obrotów, przy których osiąga szczytową sprawność. Wyeliminowany jest dzięki temu efekt długotrwałej pracy w nieoptymalnym zakresie prędkości obrotowej, który przekłada się na niższą sprawność całego układu. Uproszczona konstrukcja urządzenia (bez inwertera) w połączeniu z eliminacją problemu smarowania kompresora (uwidaczniającego się w trakcie pracy na niskich obrotach) pozwala prognozować wysoką niezawodność i dobrą żywotność układu.

W jakich inwestycjach monoblokowa pompa na propan sprawdzi się najlepiej? Jakie kryteria powinien uwzględnić projektant na etapie koncepcji sposobu ogrzewania dla danej inwestycji?

Pompa ciepła oparta na czynniku R290 to dobre rozwiązanie dla budynków zarówno nowych, jak i istniejących, podlegających termomodernizacji. Zdecydowana większość starszych budynków jest wyposażona w konwencjonalne grzejniki wysokotemperaturowe, które mogą być bezpośrednio zasilane propanową pompą ciepła. Wysoka temperatura zasilania pozwala efektywnie zasilać bufor ciepłej wody użytkowej, kojarzony z pompą ciepła w obiektach nowych i modernizowanych. W obu przypadkach projektanci docenią wysoką sprawność przy ujemnych, także niskich, temperaturach zewnętrznych. Dowiedz się więcej >>

Filozofia stosowania pompy ciepła PRIME polega na jej integracji z buforami CO i CWU. Na etapie projektowania warto zwrócić uwagę na zapewnienie miejsca do instalacji buforów. Pozwolą one poprawić bilans energetyczny budynku, wprowadzając szereg możliwości planowania sposobu pracy urządzenia w perspektywie dnia i tygodnia. Bufory w zestawie z pompą ciepła tworzą przestrzeń do daleko idącej synchronizacji nastaw pracy pompy względem np. fotowoltaiki. To wymierna korzyść, niezależnie od formuły rozliczeń między użytkownikiem a dystrybutorem energii elektrycznej.

Projekt hydrauliczny systemu grzewczego opartego na monoblokowej pompie ciepła nie musi być skomplikowany. Warto pamiętać, że czynnik chłodniczy jest zamknięty wyłącznie w monoblokowej jednostce zewnętrznej. Oznacza to, że należy przewidzieć połączenie hydrauliczne między monoblokiem a jednostką wewnętrzną, które zostanie odpowiednio zabezpieczone przed zamarzaniem, np. poprzez zastosowanie roztworu wody i glikolu.

W przypadku pompy ciepła PRIME rozwiązanie jest względnie proste pod względem instalacyjnym z uwagi na wyodrębnienie dwóch obiegów: krótkiego glikolowego (monoblok – hydrobox – bufory) i głównego wodnego (bufory – budynkowa instalacja CO/CWU). Projektant powinien zwrócić uwagę na odpowiednie przekroje i sposób izolacji połączeń hydraulicznych między hydroboxem a monoblokiem.

Istotnym aspektem jest sposób montażu jednostki zewnętrznej, który uwzględnia strefy bezpieczeństwa i komfortu akustycznego użytkownika. Połączenia elektryczne wykonywane w obiekcie mogą zostać ograniczone do minimum, natomiast projekt instalacji elektrycznej powinien przewidywać odpowiednie przyłącze zasilania dla jednostki zewnętrznej i wewnętrznej. W obu wypadkach należy prawidłowo zaprojektować zabezpieczenia elektryczne. W wypadku jednostki wewnętrznej warto zweryfikować parametry projektowanego przyłącza zasilania elektrycznego pod kątem rzeczywiście wykorzystywanej mocy ogrzewacza przepływowego – różnice mogą tu sięgać kilku kilowatów mocy elektrycznej. Pompa ciepła umożliwia zazwyczaj sterowanie lokalne lub zdalne. W pierwszym przypadku warto zadbać o właściwy przewód komunikacyjny prowadzony do wyświetlacza lokalnego. W drugim ujęciu niezbędny będzie przewodowy lub radiowy internet.

Czy monoblokowe pompy ciepła PRIME na propan mogą pracować w kaskadzie?

Jakie aspekty powinien w tym przypadku uwzględnić projektant, by rozwiązanie to było wydajne, efektywne i bezpieczne?

Kaskadowa praca pomp ciepła PRIME jest oczywiście możliwa. Istotnym aspektem w takim ujęciu jest odpowiedni montaż jednostek monoblokowych, uwzględniający zachowanie stref bezpieczeństwa i odległości między wymiennikami ciepła. Ważnym elementem systemów kaskadowych jest prawidłowe podłączenie hydrauliczne urządzeń oraz właściwe wyposażenie i skonfigurowanie do pracy ich układu sterowania.

Jak najlepiej wykorzystać możliwości nowoczesnej pompy ciepła na propan? Czy może się ona stać lokalnym „centrum HVAC-R”? I czym się kierować, dobierając komponenty do współpracy w takim systemie?

O tym, jakie komponenty wybrać do współpracy z pompą ciepła, decydują uwarunkowania konkretnego projektu oraz preferencje użytkowników. Spektrum odbiorników ciepła, które można zintegrować z pompami ciepła, jest bardzo szerokie. W systemie, którego sercem jest propanowa pompa ciepła, mogą pracować grzejniki, ogrzewanie podłogowe, maty kapilarne, klimakonwektory czy nagrzewnico-chłodnice systemu wentylacji mechanicznej.

Niektóre propanowe pompy ciepła zapewniają więcej niż wysokosprawną produkcję mediów, więc rzeczywiście mogą się stać lokalnym „centrum HVAC-R”. Taka pompa może tworzyć centralny punkt sterowania produkcją ciepła technologicznego na potrzeby CO i CWU oraz chłodu technologicznego. Automatyka PRIME to zintegrowane środowisko sterowania produkcją i dystrybucją mediów, obsługiwane lokalnie lub zdalnie, gotowe do integracji z automatyką domową. Sterownik pompy ciepła pozwala na sterowanie na jednym ekranie zarówno pompą ciepła, jak i centralą wentylacyjną, której komponenty pobierają ciepło lub chłód z buforów CO i CWU.

Podsumujmy krótko możliwości, jakie daje pompa ciepła PRIME

Przede wszystkim jest to urządzenie bardzo dobrze osadzone w dzisiejszej rzeczywistości, a nawet wyprzedzające aktualne potrzeby profesjonalistów i inwestorów. Nie tylko spełnia wymogi prawne bez kompromisów technologicznych, ale jest też dobrze przygotowane do współpracy z całym systemem ogrzewania, chłodzenia, wentylacji i zasilania we współczesnym budynku, przed którym stawia się przecież sporo wyzwań dotyczących niezależności energetycznej, niezawodnej pracy w różnych warunkach otoczenia oraz energooszczędności. Stanowi bardzo ważny komponent systemu, który przy odpowiednim sterowaniu zapewni wysoki standard energetyczny budynku – nie tylko na papierze. Warto dodać, że nie jest to nasze ostatnie słowo w zakresie nowatorskiej techniki grzewczej przeznaczonej dla różnych rodzajów budynków – wciąż pracujemy nad przewyższeniem oczekiwań rynku, któy przynosi coraz nowsze wyzwania projektowe.