Πώς λειτουργεί μια αντλία θερμότητας με θερμαντικά σώματα;

Υψηλή απόδοση, ομαλή λειτουργία εγγενώς Με τα φιλικά προς το περιβάλλον χαρακτηριστικά της, τη μειωμένη κατανάλωση ενέργειας και τις ελκυστικές κρατικές επιχορηγήσεις, η αντλία θερμότητας είναι μια εξαιρετική λύση θέρμανσης (και ψύξης, στην περίπτωση μιας αντιστρεπτής αντλίας θερμότητας).

Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα είναι ότι η αντλία θερμότητας είναι συμβατή με πολλά οικιακά συστήματα διανομής, ιδίως με θερμαντικά σώματα, είτε πρόκειται για παλιά (υψηλής θερμοκρασίας) είτε για νέα (χαμηλής θερμοκρασίας), αν και υπάρχει σημαντική διαφορά στην απόδοση για κάθε διαμόρφωση.

Σε αυτό το άρθρο, εξετάζουμε τη συνδυασμένη λύση αντλία θερμότητας + θερμαντικά σώματα: πώς λειτουργεί, κριτήρια για την επιλογή των θερμαντικών σωμάτων, διαστάσεις και εναλλακτικές λύσεις.

Αντλία θερμότητας με θερμαντικά σώματα: πώς λειτουργεί;

Ο συνδυασμός αντλία θερμότητας + θερμαντικό σώμα είναι ένα σύστημα θέρμανσης που χρησιμοποιεί την αρχή της θερμοδυναμικής για τη μεταφορά θερμότητας από το ένα μέσο στο άλλο. Τα θερμαντικά σώματα διαδραματίζουν κεντρικό ρόλο σε αυτό το σύστημα, καθώς διανέμουν τη θερμότητα που παράγεται από την αντλία θερμότητας στους διάφορους χώρους του κτιρίου.

Πριν εξετάσουμε τα θερμαντικά σώματα, ας δούμε λίγο πώς λειτουργεί γενικά μια αντλία θερμότητας. Η αντλία θερμότητας απορροφά θερμότητα από το εξωτερικό περιβάλλον (αέρας, νερό ή έδαφος, ανάλογα με τον τύπο της αντλίας θερμότητας) και τη μεταφέρει στο εσωτερικό περιβάλλον, συνήθως ένα κτίριο ή μια κατοικία. Ο θερμοδυναμικός κύκλος της αντλίας θερμότητας αναλύεται σε τέσσερα κύρια στάδια:

1. Εξάτμιση Ένα ψυκτικό μέσο χαμηλής θερμοκρασίας και πίεσης κυκλοφορεί στον εξατμιστή και απορροφά θερμότητα από το εξωτερικό περιβάλλον. Αυτή η απορρόφηση ενέργειας προκαλεί την εξάτμιση του ρευστού, μετατρέποντάς το από υγρό σε αέριο,
2. Συμπίεση Στη συνέχεια, το ψυκτικό αέριο κατευθύνεται προς τον συμπιεστή όπου, υπό την επίδραση της συμπίεσης, θερμαίνεται περαιτέρω,
3. Συμπύκνωση Το θερμαινόμενο αέριο υψηλής πίεσης διέρχεται στη συνέχεια από τον συμπυκνωτή, όπου μεταφέρει τη θερμότητά του στο νερό του κυκλώματος θέρμανσης. Αυτή η μεταφορά θερμότητας προκαλεί τη συμπύκνωση του αερίου και την επιστροφή του στην υγρή του κατάσταση,
4. Χαλάρωση Τέλος, το ρευστό περνά από μια βαλβίδα διαστολής που μειώνει την πίεση και τη θερμοκρασία του, προετοιμάζοντάς το για τον επόμενο κύκλο εξάτμισης.

Η παραγόμενη θερμότητα μπορεί να διανεμηθεί σε εσωτερικούς χώρους μέσω διαφόρων καναλιών: ενδοδαπέδια θέρμανση, μονάδες fan coil, συστήματα αγωγών, θέρμανση τοίχου, ακτινοβολούμενη οροφή και θερμαντικά σώματα. Αυτή η τελευταία διαμόρφωση είναι που μας ενδιαφέρει. 

Όταν το ψυκτικό αέριο συμπυκνώνεται και αποδίδει τη θερμότητά του στο συμπυκνωτή, θερμαίνει ένα κύκλωμα νερού. Αυτό το ζεστό νερό κυκλοφορεί στη συνέχεια μέσω των θερμαντικών σωμάτων. Καθώς το νερό βρίσκεται σε υψηλότερη θερμοκρασία από τον αέρα του περιβάλλοντος, μεταφέρει τη θερμότητά του στον αέρα, ο οποίος θερμαίνεται και στη συνέχεια διαχέεται στον χώρο. Τι γίνεται με τη ρύθμιση;

Σε αυτό το σύστημα θέρμανσης, κάθε θερμαντικό σώμα είναι εφοδιασμένο με μια θερμοστατική βαλβίδα που επιτρέπει τη ρύθμιση της θερμοκρασίας σε κάθε δωμάτιο ξεχωριστά, ελέγχοντας την ποσότητα του ζεστού νερού που κυκλοφορεί μέσω του θερμαντικού σώματος, σύμφωνα με τις οδηγίες του χρήστη. Ο κύριος θερμοστάτης, που συνήθως βρίσκεται στο κύριο δωμάτιο του σπιτιού, στέλνει σήμα στην αντλία θερμότητας όταν η θερμοκρασία του δωματίου πέσει κάτω από τη ρυθμισμένη θερμοκρασία. Στη συνέχεια, η αντλία θερμότητας ενεργοποιείται και παράγει θερμότητα, η οποία διανέμεται από τα θερμαντικά σώματα.

Αντίθετα, όταν η θερμοκρασία του χώρου φτάσει ή υπερβεί τη ρυθμισμένη θερμοκρασία, ο θερμοστάτης στέλνει σήμα για να απενεργοποιήσει την αντλία θερμότητας. Το νερό στα θερμαντικά σώματα ψύχεται τότε σταδιακά και η θερμοκρασία στο δωμάτιο πέφτει. Αυτή η αυτόματη ρύθμιση της θερμοκρασίας εξασφαλίζει σταθερή θερμική άνεση, βελτιστοποιώντας παράλληλα την κατανάλωση ενέργειας.

Τι είδους καλοριφέρ πρέπει να χρησιμοποιήσω με μια αντλία θερμότητας;

Δεν είναι όλα τα θερμαντικά σώματα συμβατά με μια αντλία θερμότητας. Είναι θέμα θερμοκρασίας λειτουργίας. Οι αντλίες θερμότητας είναι πιο αποδοτικές όταν λειτουργούν σε χαμηλές θερμοκρασίες, γενικά κάτω από 55°C, για δύο λόγους: 

• Ο θερμοδυναμικός κύκλοςη οποία δηλώνει ότι χρειάζεται περισσότερη ενέργεια για να μεταφερθεί θερμότητα από μια ψυχρή περιοχή σε μια θερμότερη περιοχή. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της πηγής θερμότητας (π.χ. εξωτερικός αέρας) και του σημείου όπου πρόκειται να παραδοθεί η θερμότητα (π.χ. θέρμανση νερού), τόσο περισσότερη ενέργεια απαιτείται για να γίνει αυτή η μεταφορά. Εάν η αντλία θερμότητας πρέπει να παράγει νερό σε πολύ υψηλή θερμοκρασία, η διαφορά θερμοκρασίας είναι μεγαλύτερη, με αποτέλεσμα να απαιτείται περισσότερη ενέργεια και συνεπώς να μειώνεται ο COP της αντλίας θερμότητας,
• Συμπίεση ψυκτικού μέσου Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία στην οποία πρέπει να θερμανθεί το νερό, τόσο περισσότερο θα πρέπει να συμπιεστεί το ψυκτικό μέσο, με αποτέλεσμα υψηλότερη κατανάλωση ενέργειας.

Εν ολίγοις, για να μεγιστοποιήσετε την απόδοση του συστήματος θέρμανσής σας, θα πρέπει να προτιμάτε να χρησιμοποιείτε θερμαντικά σώματα χαμηλής θερμοκρασίας. Ας εξερευνήσουμε όμως τις δύο επιλογές: χαμηλής και υψηλής θερμοκρασίας.

Θερμαντικά σώματα χαμηλής θερμοκρασίας

Τα θερμαντικά σώματα χαμηλής θερμοκρασίας είναι κατάλληλα για συστήματα θέρμανσης που παράγουν νερό χαμηλής θερμοκρασίας, όπως οι αντλίες θερμότητας. Είναι γενικά μεγαλύτερα από τα τυπικά θερμαντικά σώματα, καθώς πρέπει να αντισταθμίσουν τη χαμηλή θερμοκρασία του νερού με μεγαλύτερη επιφάνεια θέρμανσης.

Ο σχεδιασμός τους είναι επίσης διαφορετικός, καθώς κατασκευάζονται από υλικά με υψηλή θερμική αγωγιμότητα (ιδίως αλουμίνιο) για καλύτερη διάχυση της θερμότητας. Έχουν γενικά σχήμα που ενθαρρύνει τη φυσική συναγωγή του αέρα.

Τα θερμαντικά σώματα χαμηλής θερμοκρασίας είναι μακράν η πιο ενεργειακά αποδοτική επιλογή για ένα σύστημα θέρμανσης με αντλία θερμότητας + θερμαντικά σώματα.

Θερμαντικά σώματα υψηλής θερμοκρασίας

Τα παλαιότερα σπίτια ήταν συχνά εξοπλισμένα με συστήματα θέρμανσης υψηλής θερμοκρασίας που λειτουργούσαν με λέβητες αερίου ή πετρελαίου, με θερμαντικά σώματα υψηλής θερμοκρασίας. Σε αυτά τα σπίτια, η μετάβαση σε αντλία θερμότητας στο πλαίσιο ενός έργου ανακαίνισης μπορεί να αποτελέσει πρόβλημα, καθώς τα θερμαντικά σώματα είναι λιγότερο κατάλληλα για τη χρήση αντλίας θερμότητας.

Ένα άλλο επαναλαμβανόμενο πρόβλημα Τα παλαιότερα σπίτια είναι συχνά ανεπαρκώς μονωμένα με τα σημερινά πρότυπα. Ως αποτέλεσμα, η θερμότητα που παράγεται από την αντλία θερμότητας θα χάνεται γρήγορα και ο εξοπλισμός θα πρέπει να εργάζεται σκληρότερα για να φτάσει στην επιθυμητή θερμοκρασία, αυξάνοντας την κατανάλωση ενέργειας και μειώνοντας την απόδοση του συστήματος.

Εάν σκοπεύετε να εγκαταστήσετε μια αντλία θερμότητας σε ένα παλιό σπίτι, θα πρέπει να αποφασίσετε ανάμεσα σε μία ή περισσότερες από τις ακόλουθες επιλογές: 

• Βελτίωση της θερμομόνωσης του σπιτιού σας να μειώσει την ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη διατήρηση μιας άνετης εσωτερικής θερμοκρασίας και να εξασφαλίσει την αποδοτικότητα οποιουδήποτε συστήματος θέρμανσης,
• Διατήρηση θερμαντικών σωμάτων υψηλής θερμοκρασίας αν είναι σε καλή κατάσταση και αρκετά μεγάλα. Ωστόσο, απαιτείται λεπτομερής μελέτη για να καθοριστεί κατά πόσον η επιλογή αυτή είναι οικονομικά βιώσιμη, 
• Αντικατάσταση θερμαντικών σωμάτων υψηλής θερμοκρασίας με θερμαντικά σώματα χαμηλής θερμοκρασίας ή σύστημα ενδοδαπέδιας θέρμανσης. Αυτά τα συστήματα είναι πιο συμβατά με τις αντλίες θερμότητας και μπορούν να σας βοηθήσουν να μεγιστοποιήσετε την απόδοση του συστήματος θέρμανσής σας,
• Εγκατάσταση αντλίας θερμότητας υψηλής θερμοκρασίας ικανό να παράγει νερό σε θερμοκρασία αρκετά υψηλή ώστε να τροφοδοτεί τα παλιά σας θερμαντικά σώματα υψηλής θερμοκρασίας. Το μειονέκτημα είναι ότι αυτά τα μοντέλα είναι πιο ακριβά και λιγότερο αποδοτικά από τα μοντέλα χαμηλής θερμοκρασίας.

Εάν σκοπεύετε να διατηρήσετε θερμαντικά σώματα υψηλής θερμοκρασίας, καθώς και να πραγματοποιήσετε εργασίες μόνωσης, θα πρέπει να καθαρίσετε το υπάρχον σύστημα θέρμανσης ή να το αποψιλώσετε, για να απομακρύνετε σωματίδια, σκουριά, άλατα κ.λπ. Ίσως χρειαστεί να προσθέσετε θερμαντικά σώματα για να αυξήσετε την επιφάνεια θέρμανσης και να βελτιώσετε την κατανομή της θερμότητας. Μπορεί επίσης να χρειαστεί να προσθέσετε θερμαντικά σώματα για να αυξήσετε την επιφάνεια θέρμανσης και να βελτιώσετε την κατανομή της θερμότητας. 

Διαστασιολόγηση θερμαντικών σωμάτων σε σύστημα αντλίας θερμότητας + θερμαντικών σωμάτων

Η απόδοση του συστήματος εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη διαστασιολόγηση των θερμαντικών σωμάτων. Οι κατασκευαστές διαθέτουν συχνά πολύ λεπτομερείς πίνακες διαστασιολόγησης, προσφέροντας μοντέλα κατά παραγγελία για να ταιριάζουν σε όλες τις διαμορφώσεις. Πριν από την πώληση, ο εγκαταστάτης πρέπει να σας παρέχει ένα πλήρες φύλλο διαστασιολόγησης και διάγραμμα ως μέρος του φακέλου σχεδιασμού.

Η διαστασιολόγηση των θερμαντικών σωμάτων σε ένα σύστημα αντλίας θερμότητας + θερμαντικών σωμάτων εξαρτάται από δύο βασικούς παράγοντες. Ο πρώτος είναι η απαιτούμενη θερμική ισχύςΑυτό εξαρτάται από το μέγεθος του χώρου που πρόκειται να θερμανθεί και τις απαιτήσεις θέρμανσης του σπιτιού (βλ. παράδειγμα παρακάτω).

Στη συνέχεια, υπάρχει το καθεστώς θερμοκρασίας αντλίας θερμότητας. Όσο χαμηλότερη είναι η ρύθμιση της θερμοκρασίας (π.χ. 50/40), τόσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνεια του θερμαντικού σώματος και συνεπώς τόσο μεγαλύτερο είναι το μέγεθος του θερμαντικού σώματος, όπως εξηγείται παραπάνω. Μια αντλία θερμότητας παρέχει συχνά θερμοκρασία 50/40 ή 45/35, η οποία είναι χαμηλότερη από εκείνη ενός λέβητα ορυκτών καυσίμων (φυσικού αερίου ή πετρελαίου), ο οποίος παρέχει γενικά 80/60. Τα παλαιότερα θερμαντικά σώματα, τα οποία είναι κατάλληλα για υψηλότερες θερμοκρασίες, έχουν συχνά πολύ μικρή επιφάνεια για μια αντλία θερμότητας. 

Εάν αυτό συμβαίνει, έχετε δύο επιλογές: να βελτιώσετε τη μόνωση του σπιτιού σας για να μειώσετε την απαιτούμενη ποσότητα θερμότητας και, επομένως, την απαιτούμενη ενέργεια ή να αντικαταστήσετε τα θερμαντικά σώματα υψηλής θερμοκρασίας με θερμαντικά σώματα χαμηλής θερμοκρασίας, που εξακολουθεί να είναι η πιο συνηθισμένη επιλογή. Σε αυτή την περίπτωση, θα πρέπει να πληρώσετε 150 ευρώ για την αφαίρεση του παλιού θερμαντικού σώματος και από 950 έως 2.000 ευρώ για την αγορά και τοποθέτηση του νέου.

Συγκεκριμένο παράδειγμα διαστασιολόγησης ψυγείων

Ας πάρουμε το παράδειγμα ενός σπιτιού 100 τ.μ. σε εύκρατο κλίμα. Η απαιτούμενη θερμική ισχύς υπολογίζεται γενικά σε Watt ανά τετραγωνικό μέτρο (W/m²). Κατά μέσο όρο, εκτιμάται ότι απαιτούνται μεταξύ 70 και 100 W/m² για τη σωστή θέρμανση ενός σπιτιού το χειμώνα, ανάλογα με τη μόνωση και την έκθεση. Ας πάρουμε μια μέση τιμή 85 W/m² για το παράδειγμά μας.

Έτσι, για ένα σπίτι 100 m², η απαιτούμενη θερμική ισχύς θα είναι : 100 m² * 85 W/m² = 8500 W ή 8,5 kW. Επομένως, θα χρειαζόσασταν μια εγκατάσταση ικανή να παράγει 8,5 κιλοβάτ θερμικής ισχύος για να θερμάνει σωστά το σπίτι.

Πρόκειται για μια απλοϊκή εκτίμηση, διότι η πραγματική απαιτούμενη θερμική ισχύς εξαρτάται από τη μόνωση του σπιτιού, τον αριθμό και τον τύπο των παραθύρων, τον προσανατολισμό του σπιτιού, το τοπικό κλίμα κ.λπ. Μόνο ένας εξειδικευμένος επαγγελματίας θα είναι σε θέση να εκτιμήσει με ακρίβεια τις θερμικές απαιτήσεις του σπιτιού σας.

Αν σε αυτό προσθέσουμε το θερμοκρασιακό καθεστώς της αντλίας θερμότητας, το μέγεθος των θερμαντικών σωμάτων πρέπει να είναι αρκετά μεγάλο ώστε να διανέμεται αυτή η ποσότητα θερμότητας σε χαμηλότερη θερμοκρασία. Για παράδειγμα, με καθεστώς θερμοκρασίας 50/40, τα θερμαντικά σώματα μπορεί να χρειάζονται συνολική επιφάνεια μεταξύ 10 και 20 m² για να διανείμουν 8,5 kW θερμότητας, ανάλογα με το μοντέλο και τον τύπο του θερμαντικού σώματος.

Ενδοδαπέδια θέρμανση, μια ελκυστική εναλλακτική λύση στα θερμαντικά σώματα

Σε αντίθεση με τα θερμαντικά σώματα, τα οποία εκπέμπουν θερμότητα σε ένα μόνο σημείο, τα συστήματα ενδοδαπέδιας θέρμανσης εκπέμπουν θερμότητα ομοιόμορφα σε όλο το δωμάτιο, χάρη στα κυκλώματα ζεστού νερού που είναι ενσωματωμένα στο δάπεδο του δωματίου. 

Πρακτικά, η αντλία θερμότητας θερμαίνει το νερό και το στέλνει σε αυτά τα κυκλώματα στο έδαφος. Στη συνέχεια, το ζεστό νερό κυκλοφορεί μέσω των σωλήνων, διανέμοντας τη θερμότητα ομοιόμορφα και πιο ευχάριστα σε όλο το χώρο. Η θερμοκρασία του νερού στα συστήματα ενδοδαπέδιας θέρμανσης είναι γενικά χαμηλότερη από εκείνη που χρησιμοποιείται για τα θερμαντικά σώματα, συχνά γύρω στους 30 - 40°C, γεγονός που είναι ιδανικό για την απόδοση της αντλίας θερμότητας.

Τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της ενδοδαπέδιας θέρμανσης ως εναλλακτική λύση έναντι των θερμαντικών σωμάτων συνοψίζονται στον παρακάτω πίνακα.

Οφέλη	Μειονεκτήματα
Μεγαλύτερη άνεσηΗ θερμότητα κατανέμεται ομοιόμορφα σε όλο το δωμάτιο, αποφεύγοντας τις περιοχές που είναι πολύ ζεστές ή πολύ κρύες.	Χρόνος αντίδρασηςΗ ενδοδαπέδια θέρμανση χρειάζεται περισσότερο χρόνο για να αυξήσει και να μειώσει τη θερμοκρασία, γεγονός που μπορεί να κάνει πιο δύσκολη τη ρύθμιση.
ΑισθητικήΧωρίς ορατά θερμαντικά σώματα, έχετε μεγαλύτερη ελευθερία στον εσωτερικό σχεδιασμό.	Υψηλό κόστος εγκατάστασης Το κόστος εγκατάστασης ενδοδαπέδιας θέρμανσης είναι υψηλότερο από εκείνο ενός συστήματος καλοριφέρ, ιδίως σε περίπτωση ανακαίνισης.
Ενεργειακή απόδοση Χάρη στο χαμηλό θερμοκρασιακό καθεστώς τους (περίπου 30-40°C), τα συστήματα ενδοδαπέδιας θέρμανσης επιτρέπουν στην αντλία θερμότητας να λειτουργεί πιο αποδοτικά.	Μεγάλες εργασίες ανακαίνισηςΗ εγκατάσταση ενδοδαπέδιας θέρμανσης σε ένα σπίτι που ανακαινίζεται μπορεί να περιλαμβάνει σημαντικές εργασίες: κατεδάφιση του υπάρχοντος δαπέδου, διάστρωση νέου σκυροδέματος...
Καλύτερη ποιότητα του αέρα Σε αντίθεση με τα θερμαντικά σώματα, τα συστήματα ενδοδαπέδιας θέρμανσης δεν κυκλοφορούν σκόνη, γεγονός που μπορεί να βελτιώσει την ποιότητα του εσωτερικού αέρα.	Ασυμβατότητα με ορισμένες επενδύσεις δαπέδουΔεν είναι όλα τα δάπεδα συμβατά με ενδοδαπέδια θέρμανση. Για παράδειγμα, το συμπαγές παρκέ μπορεί να παραμορφωθεί υπό την επίδραση της θερμότητας.

Αντλίες θερμότητας με θερμαντικά σώματα: για το συμπέρασμα

Η εγκατάσταση μιας αντλίας θερμότητας με θερμαντικά σώματα απαιτεί προσεκτική σκέψη σχετικά με την απόδοση και τη βέλτιστη λειτουργία του συστήματος. Είτε επιλέξετε θερμαντικά σώματα χαμηλής θερμοκρασίας, είτε θερμαντικά σώματα υψηλής θερμοκρασίας (για παλαιότερες κατοικίες) είτε ακόμη και ενδοδαπέδια θέρμανση, πρέπει να αναλυθεί προσεκτικά η συμβατότητα αυτών των επιλογών με την αντλία θερμότητας και οι απαιτήσεις της κατοικίας σας. 

Θα πρέπει να λάβετε υπόψη τον τύπο και την κατάσταση των υφιστάμενων θερμαντικών σωμάτων σας, τη μόνωση του σπιτιού σας και τον τύπο της αντλίας θερμότητας που εξετάζετε. Μόνο ένας ειδικευμένος επαγγελματίας θα μπορέσει να σας καθοδηγήσει σε αυτή τη διαδικασία, ώστε να κάνετε μια τεκμηριωμένη επιλογή και να αξιοποιήσετε στο έπακρο την επένδυσή σας χωρίς συμβιβασμούς στη θερμική άνεση του σπιτιού σας.