Jak pompa ciepła współpracuje z grzejnikami?

Wysoka wydajność, płynne działanie samoistnie Dzięki przyjaznym dla środowiska funkcjom, zmniejszonemu zużyciu energii i atrakcyjnym dotacjom rządowym, pompa ciepła jest doskonałym rozwiązaniem do ogrzewania (i chłodzenia, w przypadku odwracalnej pompy ciepła).

Kolejną ważną zaletą jest to, że pompa ciepła jest kompatybilna z wieloma domowymi systemami dystrybucji, w szczególności z grzejnikami, zarówno starymi (wysokotemperaturowymi), jak i nowymi (niskotemperaturowymi), chociaż istnieje wyraźna różnica w wydajności dla każdej konfiguracji.

W tym artykule przedstawiamy połączone rozwiązanie pompa ciepła + grzejnik: jak to działa, kryteria wyboru grzejników, dobór wielkości i alternatywy.

Pompa ciepła z grzejnikami: jak to działa?

Połączenie pompy ciepła i grzejnika to system grzewczy, który wykorzystuje zasadę termodynamiki do przenoszenia ciepła z jednego medium do drugiego. Grzejniki odgrywają centralną rolę w tym systemie, ponieważ rozprowadzają ciepło wytwarzane przez pompę ciepła do różnych pomieszczeń w budynku.

Zanim przyjrzymy się grzejnikom, poświęćmy chwilę na ogólne omówienie działania pompy ciepła. Pompa ciepła pochłania ciepło ze środowiska zewnętrznego (powietrza, wody lub gruntu, w zależności od typu pompy ciepła) i przenosi je do środowiska wewnętrznego, zwykle budynku lub domu. Cykl termodynamiczny pompy ciepła dzieli się na cztery główne etapy:

1. Parowanie Czynnik chłodniczy o niskiej temperaturze i niskim ciśnieniu krąży w parowniku i pochłania ciepło ze środowiska zewnętrznego. Ta absorpcja energii powoduje parowanie płynu, przekształcając go z cieczy w gaz;
2. Kompresja Gazowy czynnik chłodniczy jest następnie kierowany do sprężarki, gdzie pod wpływem sprężania ulega dalszemu podgrzaniu;
3. Kondensacja Podgrzany gaz pod wysokim ciśnieniem przechodzi następnie przez skraplacz, gdzie przekazuje ciepło do wody w obiegu grzewczym. Ta wymiana ciepła powoduje kondensację gazu i jego powrót do stanu ciekłego;
4. Relaks Na koniec płyn przechodzi przez zawór rozprężny, który obniża jego ciśnienie i temperaturę, przygotowując go do kolejnego cyklu parowania.

Wytworzone ciepło może być rozprowadzane w pomieszczeniach za pośrednictwem wielu kanałów: ogrzewania podłogowego, klimakonwektorów, systemów kanałowych, ogrzewania ściennego, sufitów promiennikowych i grzejników. To właśnie ta ostatnia konfiguracja nas interesuje. 

Gdy czynnik chłodniczy skrapla się i oddaje ciepło w skraplaczu, podgrzewa obieg wody. Ta gorąca woda krąży następnie w grzejnikach. Ponieważ woda ma wyższą temperaturę niż otaczające powietrze, przenosi swoje ciepło do powietrza, które ogrzewa się, a następnie dyfunduje do pomieszczenia. A co z regulacją?

W tym systemie grzewczym każdy grzejnik jest wyposażony w zawór termostatyczny, który umożliwia indywidualne ustawienie temperatury w każdym pomieszczeniu poprzez kontrolowanie ilości ciepłej wody krążącej przez grzejnik, zgodnie z instrukcjami użytkownika. Główny termostat, zwykle umieszczony w głównym pomieszczeniu domu, wysyła sygnał do pompy ciepła, gdy temperatura w pomieszczeniu spadnie poniżej ustawionej temperatury. Pompa ciepła włącza się i wytwarza ciepło, które jest rozprowadzane przez grzejniki.

I odwrotnie, gdy temperatura w pomieszczeniu osiągnie lub przekroczy ustawioną temperaturę, termostat wysyła sygnał do wyłączenia pompy ciepła. Woda w grzejnikach stopniowo schładza się, a temperatura w pomieszczeniu spada. Ta automatyczna regulacja temperatury zapewnia stały komfort cieplny przy jednoczesnej optymalizacji zużycia energii.

Jakiego typu grzejnika powinienem używać z pompą ciepła?

Nie wszystkie grzejniki są kompatybilne z pompą ciepła. Jest to kwestia temperatury roboczej. Pompy ciepła są bardziej wydajne, gdy pracują w niskich temperaturach, zazwyczaj poniżej 55°C, z dwóch powodów: 

• Cykl termodynamicznyktóra mówi, że potrzeba więcej energii, aby przenieść ciepło z zimnego obszaru do cieplejszego. Im większa jest różnica temperatur między źródłem ciepła (np. powietrzem zewnętrznym) a miejscem, do którego ciepło ma być dostarczone (np. podgrzewanie wody), tym więcej energii potrzeba do tego transferu. Jeśli pompa ciepła musi wytwarzać wodę o bardzo wysokiej temperaturze, różnica temperatur jest większa, co wymaga więcej energii, a tym samym zmniejsza współczynnik COP pompy ciepła;
• Sprężanie czynnika chłodniczego Im wyższa temperatura, w której woda musi zostać podgrzana, tym bardziej czynnik chłodniczy musi zostać sprężony, co skutkuje wyższym zużyciem energii.

Krótko mówiąc, aby zmaksymalizować wydajność systemu grzewczego, należy preferować grzejniki niskotemperaturowe. Przyjrzyjmy się jednak dwóm opcjom: niskotemperaturowej i wysokotemperaturowej.

Grzejniki niskotemperaturowe

Grzejniki niskotemperaturowe nadają się do systemów grzewczych, które wytwarzają wodę o niskiej temperaturze, takich jak pompy ciepła. Są one zazwyczaj większe niż standardowe grzejniki, ponieważ muszą kompensować niską temperaturę wody poprzez większą powierzchnię grzewczą.

Ich konstrukcja jest również inna, ponieważ są one wykonane z materiałów o wysokiej przewodności cieplnej (w szczególności aluminium) w celu lepszej dyfuzji ciepła. Ich kształt sprzyja naturalnej konwekcji powietrza.

Grzejniki niskotemperaturowe są zdecydowanie najbardziej energooszczędną opcją dla systemu grzewczego pompa ciepła + grzejnik.

Grzejniki wysokotemperaturowe

Starsze domy były często wyposażone w wysokotemperaturowe systemy grzewcze zasilane kotłami gazowymi lub olejowymi, z grzejnikami o wysokiej temperaturze. W takich domach przejście na pompę ciepła w ramach projektu renowacji może stanowić problem, ponieważ grzejniki są gorzej przystosowane do korzystania z pompy ciepła.

Kolejny powtarzający się problem Starsze domy są często słabo izolowane według dzisiejszych standardów. W rezultacie ciepło wytwarzane przez pompę ciepła jest szybko tracone, a sprzęt musi pracować ciężej, aby osiągnąć pożądaną temperaturę, co zwiększa zużycie energii i zmniejsza wydajność systemu.

Jeśli planujesz zainstalować pompę ciepła w starym domu, będziesz musiał wybrać jedną lub więcej z poniższych opcji: 

• Poprawa izolacji termicznej domu aby zmniejszyć ilość ciepła potrzebnego do utrzymania komfortowej temperatury w pomieszczeniach i zapewnić wydajność każdego systemu grzewczego;
• Utrzymanie grzejników wysokotemperaturowych jeśli są w dobrym stanie i wystarczająco duże. Konieczne jest jednak szczegółowe badanie w celu ustalenia, czy opcja ta jest ekonomicznie opłacalna; 
• Wymiana grzejników wysokotemperaturowych przez grzejniki niskotemperaturowe lub system ogrzewania podłogowego. Systemy te są bardziej kompatybilne z pompami ciepła i mogą pomóc zmaksymalizować wydajność systemu grzewczego;
• Instalacja wysokotemperaturowej pompy ciepła zdolne do wytwarzania wody o temperaturze wystarczająco wysokiej, aby zasilać stare grzejniki wysokotemperaturowe. Minusem jest to, że modele te są droższe i mniej wydajne niż modele niskotemperaturowe.

Jeśli planowane jest pozostawienie grzejników wysokotemperaturowych, oprócz przeprowadzenia prac izolacyjnych, konieczne będzie wyczyszczenie istniejącego systemu grzewczego lub jego odfiltrowanie w celu usunięcia cząstek stałych, rdzy, kamienia itp. może być konieczne dodanie grzejników w celu zwiększenia powierzchni grzewczej i poprawy dystrybucji ciepła. Konieczne może być również dodanie grzejników w celu zwiększenia powierzchni grzewczej i poprawy dystrybucji ciepła. 

Dobór grzejników w systemie pompa ciepła + grzejnik

Wydajność systemu zależy w dużej mierze od wielkości grzejników. Producenci często dysponują bardzo szczegółowymi tabelami wymiarowymi, oferując modele szyte na miarę, pasujące do wszystkich konfiguracji. Przed sprzedażą instalator musi dostarczyć kompletny arkusz wymiarowania i schemat jako część dokumentacji projektowej.

Dobór grzejników w systemie pompa ciepła + grzejnik zależy od dwóch głównych czynników. Pierwszym z nich jest wymagana moc cieplnaZależy to od wielkości ogrzewanej przestrzeni i wymagań grzewczych domu (patrz przykład poniżej).

Następnie jest reżim temperaturowy pompy ciepła. Im niższe ustawienie temperatury (np. 50/40), tym większa powierzchnia grzejnika, a tym samym większy rozmiar grzejnika, jak wyjaśniono powyżej. Pompa ciepła często zapewnia temperaturę 50/40 lub 45/35, która jest niższa niż w przypadku kotła na paliwo kopalne (gaz lub olej), który generalnie zapewnia 80/60. Starsze grzejniki, które nadają się do wyższych temperatur, często mają zbyt małą powierzchnię dla pompy ciepła. 

W takim przypadku masz dwie możliwości: poprawić izolację domu, aby zmniejszyć ilość wymaganego ciepła, a tym samym potrzebną moc, lub wymienić grzejniki wysokotemperaturowe na niskotemperaturowe, co jest nadal najpopularniejszą opcją. W tym przypadku trzeba będzie zapłacić 150 euro za usunięcie starego grzejnika i od 950 do 2000 euro za zakup i montaż nowego.

Konkretny przykład doboru rozmiaru chłodnicy

Weźmy przykład domu o powierzchni 100 m² w klimacie umiarkowanym. Wymagana moc cieplna jest zazwyczaj szacowana w watach na metr kwadratowy (W/m²). Średnio szacuje się, że do prawidłowego ogrzania domu zimą potrzeba od 70 do 100 W/m², w zależności od izolacji i ekspozycji. Przyjmijmy wartość mediany 85 W/m² dla naszego przykładu.

Tak więc dla domu o powierzchni 100 m² wymagana moc cieplna wynosiłaby : 100 m² * 85 W/m² = 8500 W lub 8,5 kW. Do prawidłowego ogrzania domu potrzebna byłaby zatem instalacja zdolna do wytworzenia 8,5 kW mocy cieplnej.

Jest to uproszczone oszacowanie, ponieważ rzeczywista wymagana moc cieplna zależy od izolacji domu, liczby i rodzaju okien, orientacji domu, lokalnego klimatu itp. Tylko wykwalifikowany specjalista będzie w stanie dokładnie ocenić wymagania cieplne domu.

Jeśli dodamy do tego reżim temperaturowy pompy ciepła, rozmiar grzejników musi być wystarczająco duży, aby rozprowadzić tę ilość ciepła w niższej temperaturze. Na przykład, przy reżimie temperaturowym 50/40, grzejniki mogą potrzebować łącznej powierzchni około 10 do 20 m², aby rozprowadzić 8,5 kW ciepła, w zależności od modelu i typu grzejnika.

Ogrzewanie podłogowe, atrakcyjna alternatywa dla grzejników

W przeciwieństwie do grzejników, które emitują ciepło w jednym punkcie, systemy ogrzewania podłogowego emitują ciepło równomiernie w całym pomieszczeniu, dzięki obiegom ciepłej wody wbudowanym w podłogę pomieszczenia. 

W praktyce pompa ciepła podgrzewa wodę i przesyła ją do tych obwodów w ziemi. Gorąca woda krąży następnie w rurach, rozprowadzając ciepło równomiernie i przyjemniej w całym pomieszczeniu. Temperatura wody w systemach ogrzewania podłogowego jest zazwyczaj niższa niż w przypadku grzejników, często około 30-40°C, co jest idealne dla wydajności pompy ciepła.

Zalety i wady ogrzewania podłogowego jako alternatywy dla grzejników podsumowano w poniższej tabeli.

Korzyści	Wady
Większy komfortCiepło jest rozprowadzane równomiernie w całym pomieszczeniu, unikając obszarów, które są zbyt gorące lub zbyt zimne.	Czas reakcjiOgrzewanie podłogowe wymaga dłuższego czasu, aby podnieść i obniżyć temperaturę, co może utrudnić jej regulację.
EstetykaBrak widocznych grzejników zapewnia większą swobodę projektowania wnętrz.	Wysokie koszty instalacji Koszt instalacji ogrzewania podłogowego jest wyższy niż w przypadku systemu grzejnikowego, zwłaszcza w przypadku renowacji.
Efektywność energetyczna Dzięki niskiemu reżimowi temperaturowemu (około 30-40°C) systemy ogrzewania podłogowego umożliwiają bardziej wydajną pracę pompy ciepła.	Główne prace remontoweInstalacja ogrzewania podłogowego w remontowanym domu może wiązać się z poważnymi pracami: rozbiórką istniejącej podłogi, wylaniem nowej wylewki betonowej itp.
Lepsza jakość powietrza W przeciwieństwie do grzejników, systemy ogrzewania podłogowego nie rozprowadzają kurzu, co może poprawić jakość powietrza w pomieszczeniach.	Niezgodność z niektórymi wykładzinami podłogowymiNie wszystkie pokrycia podłogowe są kompatybilne z ogrzewaniem podłogowym. Na przykład lity parkiet może wypaczać się pod wpływem ciepła.

Pompy ciepła z grzejnikami: podsumowanie

Instalacja pompy ciepła z grzejnikami wymaga starannego przemyślenia wydajności i optymalnego działania systemu. Niezależnie od tego, czy zdecydujesz się na grzejniki niskotemperaturowe, wysokotemperaturowe (dla starszych domów), czy nawet ogrzewanie podłogowe, należy dokładnie przeanalizować kompatybilność tych opcji z pompą ciepła i wymaganiami domu. 

Należy wziąć pod uwagę rodzaj i stan istniejących grzejników, izolację domu i rodzaj pompy ciepła, którą rozważasz. Tylko wykwalifikowany specjalista będzie w stanie przeprowadzić Cię przez ten proces, abyś mógł dokonać świadomego wyboru i jak najlepiej wykorzystać swoją inwestycję bez uszczerbku dla komfortu cieplnego w domu.