Czy pompa ciepła potrzebuje bufor ciepła?

Problemy pojawiły się kilka tygodni po tym, jak do nowo wybudowanego obiektu Inwestora wprowadził się pierwszy Najemca. Przede wszystkim skarżył się on na instalację chłodniczą. System, w którym źródłem chłodu była powietrzna pompa ciepła. I pomimo tego, że jak się później okazało, Najemca ten należał do osób, które zawsze i wszędzie szukają problemów, to tym razem miał całkowitą rację. A co więcej, jak się również okazało później, główną przyczyną tych wszystkich problemów był bufor ciepła…

Wydarzenia, którymi chciałem się dzisiaj z Tobą podzielić, dotyczyły instalacji chłodniczej w nowo wybudowanym obiekcie biurowym. Budynku, który był podzielony na 4 strefy i które miały być stopniowo wynajmowane przez cztery, różne firmy. Ale to oczywiście nie wszystko… Kiedy projektowałem instalacje sanitarne dla tego obiektu, Inwestor nie ukrywał, że nie ma jeszcze podpisanej umowy z wszystkimi Najemcami. Tak naprawdę, na tamtą chwilę był dogadany tylko z jedną osobą, która była zainteresowana wynajęciem jednej, spośród wszystkich czterech stref. A dlaczego Ci o tym wspominam? Ponieważ gdyby było inaczej, historia jaką za chwilę usłyszysz, być może nigdy by się nie wydarzyła.

Oczywiście nie bez znaczenia był tutaj również fakt, że instalacja chłodnicza była zasilana powietrzną pompą ciepła. Urządzeniem, które posiada sporo zalet, ale jednocześnie nie jest pozbawione wad. Ale co ważniejsze, agregat taki posiada kilka podstawowych wymagań, które bezwzględnie muszą być spełnione, aby cały system pracował tak jak należy. A niestety, później, kiedy po raz pierwszy na własne oczy ujrzałem wykonaną instalację chłodniczą okazało się, że wymagania te nie do końca zostały tutaj spełnione…

Jak działa pompa ciepła?

Pozwól, że zanim przejdziemy do dalszej części historii, na chwilę się zatrzymamy, a następnie przypomnimy sobie jak w ogóle działa pompa ciepła, na przykładzie najprostszego z możliwych urządzeń, czyli pompy ciepła typu powietrze – woda. A urządzenie takie działa w bardzo prosty sposób, przynajmniej mówić w dużym uproszczeniu. 🙂

Takiego rodzaju pompa ciepła, najpierw odbiera energię z powietrza zewnętrznego, które ją otacza, a następnie przekazuje ją do czynnika roboczego, który krąży w tzw. obiegu chłodniczym. W dalszej kolejności, czynnik ten zostaje sprężony, dzięki czemu wzrasta nie tylko jego ciśnienie, ale przede wszystkim podnosi się temperatura. Następnie czynnik ten przepływa przez wymiennik ciepła, gdzie oddaje zgromadzoną energię np. do wody, która krąży w instalacji centralnego ogrzewania.

Ale na tym jeszcze nie koniec. Ponieważ czynnik roboczy oddaje swoją energię w wymienniku ciepła, spada jego temperatura, a tym samym gaz ten zaczyna się skraplać, zamieniając się w ciecz. Dzięki temu, w ostatnim etapie obiegu chłodniczego, zanim jeszcze czynnik roboczy ponownie będzie zdolny do odebrania energii z powietrza zewnętrznego, musi on jeszcze pokonać zawór rozprężny, dzięki czemu ponownie obniży się jego temperatura oraz dodatkowo spadnie ciśnienie.

Rys. 01. Schemat pompy ciepła.

Zatem tak jak widzisz, zasada działania pompy ciepła nie jest zbyt skomplikowana. Jednak zwróć uwagę, że powyższy opis dotyczy sytuacji, kiedy urządzenie takie pracuje w funkcji ogrzewania. A jak to będzie wyglądać w przypadku odwrotnym, tj. w przypadku chłodzenia? Najprościej mówiąc… odwrotnie. 🙂

Pompa ciepła zasilająca instalację chłodniczą nie będzie już odbierać energii z powietrza zewnętrznego, ale z czynnika, który krąży wewnątrz takiej instalacji, czyli np. z wody lub r-r glikolu etylenowego. Następnie czynnik roboczy, krążący wewnątrz obiegu chłodniczego przekaże tą energię do powietrza zewnętrznego, automatycznie je ogrzewając. Jeśli temat ten jest dla Ciebie interesujący i chciałbyś dowiedzieć się o nim więcej to kliknij tutaj.

Czy bufor ciepła jest niezbędny, aby pompa ciepła mogła działać prawidłowo?

Skoro już wiemy jak działa pompa ciepła to przejdźmy dalej. Odpowiedzmy sobie teraz na pytanie, czy bufor ciepła jest elementem koniecznym, aby takie urządzenie mogło działać prawidłowo? Jednak abyśmy mogli to zrobić w pełni świadomie, to musimy zacząć od zupełnie innych kwestii…

Wspomniałem Ci na samym początku, że pompa ciepła jest bardzo kapryśna i bezwzględnie wymaga zapewnienia podstawowych warunków pracy. Ale czego dokładnie te warunki dotyczą? Przede wszystkim odpowiedniego ciśnienia oraz przepływu w instalacji.

Jednak czy zapewnienie odpowiedniego ciśnienia będzie miało istotne znaczenie dla bufora ciepła? Oczywiście, że nie. Chyba, że ciśnienie to będzie przekraczać dopuszczalne ciśnienie pracy takiego zbiornika. Ale to jest już zupełnie inny temat… Dlatego też pozwól, że problemy związane z nieodpowiednim ciśnieniem w instalacji zasilanej pompą ciepła prześlę Ci bezpośrednio na Twojego maila. Oczywiście jeżeli jesteś zapisany do mojej listy mailowej. A jeżeli jeszcze Cię na niej nie ma, to możesz się do niej zapisać przy pomocy poniższego formularza.

Pamiętaj, że lista ta służy mi tylko po to, aby dostarczyć Ci maksymalną ilość dodatkowej wiedzy, której nie publikuję na blogu. Nie otrzymasz ode mnie żadnych reklam, ani tym bardziej nikomu nie udostępnię Twojego adresu e-mail. Zatem o jego bezpieczeństwo możesz być spokojny.

Zatem tak, jak się już pewnie możesz domyślić, to właśnie przepływ w instalacji będzie kluczowy dla bufora ciepła. To czy bufor ciepła będzie elementem koniecznym do zapewniania odpowiedniej pracy danego systemu, będzie zależne od konkretnej pompy ciepła jak też i od przepływu wewnątrz instalacji. I pozwól, że na tym właśnie się przez moment teraz skupimy.

Jaki związek ma bufor ciepła z przepływem wewnątrz instalacji?

Zwróć uwagę, że każda pompa ciepła posiada swoje indywidualne wymagania, dotyczące przepływu minimalnego w instalacji. Jest to oczywiście wartość ściśle związana z czynnikiem grzewczym lub chłodniczym, krążącym wewnątrz danego systemu. Ale czy pod definicją przepływu minimalnego, kryje się tutaj coś, o czym Producenci pomp ciepła często nie mówią wprost? No cóż, pewnie wiesz, że skoro zadaję Ci takie pytanie, to odpowiedź na nie może być tylko i wyłącznie twierdząca! 🙂

Zapewnienie minimalnego przepływu wewnątrz instalacji zasilanej pompą ciepła to tylko część sukcesu. Osobną sprawą jest zadbanie o utrzymanie prawidłowej, najlepiej stałej, różnicy temperatur pomiędzy zasilaniem, a powrotem czynnika krążącego wewnątrz systemu! Jeśli o tym zapomnimy, to cała instalacja może działać zupełnie inaczej niż to sobie wcześniej założyliśmy.

Ale dlaczego Producenci nie mówią o tym wprost? Niestety, ale nie znam odpowiedzi na to pytanie. Niemniej jednak, jeśli weźmiemy do rąk dokumentację techniczno – rozruchową wybranej pompy ciepła, to powinniśmy tam znaleźć wszystkie, potrzebne nam informacje. Problem może polegać tylko na tym, że najprawdopodobniej informacje te będą ukryte między wierszami.

Ok, ale dlaczego zapewnienie odpowiedniego przepływu oraz różnicy temperatur czynnika jest tak ważne dla prawidłowej pracy urządzenia? Jest to istotne, ponieważ większość pomp ciepła może pracować tylko i wyłącznie w ograniczonym zakresie. Czyli innymi słowy, pompa ciepła potrzebuje stałego odbioru odpowiedniej ilości energii cieplnej, aby mogła działać prawidłowo. A jeśli przepływ czynnika w instalacji będzie stały, to odbiór tej energii będzie zależny właśnie od różnicy temperatur pomiędzy zasilaniem, a powrotem.

Zatem odpowiedzmy sobie teraz na następujące pytanie. Co powinniśmy zrobić, kiedy nie jesteśmy wstanie zapewnić wymaganego odbioru ciepła przez instalację zasilaną pompą ciepła? Tzn. mówiąc inaczej, co powinniśmy zrobić, kiedy odbiór ciepła przez instalację jest mniejszy od minimalnej wartości energii, którą musi oddać pompa ciepła? Oczywiście w takim przypadku powinniśmy zaprojektować dodatkowy bufor ciepła, zapewniając niezbędną akumulację tej energii!

Czy Wykonawca wykonał instalację chłodniczą zgodnie z projektem?

Powróćmy w końcu do naszej historii. Wspomniałem Ci wcześniej, że jedyny w tamtym czasie Najemca skarżył się na instalację chłodniczą, która to w jego opinii po prostu nie działała. A że był akurat środek gorącego lata, łatwo można było to sprawdzić oraz przyznać mu stu procentową rację. Wyposażona w klimakonwektory instalacja chłodnicza, niestety w żaden sposób nie spełniała swojego zadania. Wentylatory w urządzeniach co prawda działały, ale zamiast chłodnej, wylatywała z nich ciepła struga powietrza…

Dokładnie taką relację usłyszałem od Inwestora podczas rozmowy telefonicznej. Oczywiście w zaistniałej sytuacji natychmiast umówiłem się z nim na miejscu, aby na własne oczy zobaczyć wykonaną kilka miesięcy wcześniej instalację. Kiedy przyjechałem na miejsce i kiedy weszliśmy wspólnie do wnętrza budynku, słowa Najemcy potwierdziły się w całości.

W środku obiektu panowała wysoka temperatura, zbliżona do temperatury powietrza zewnętrznego. Wszystkie klimakonwektory, znajdujące się w strefie Najemcy zdecydowanie nie działały tak, jak działać powinny, a przewody zasilające te urządzenia były niestety ciepłe. Sugerowało to, że czynnik chłodniczy znajdujący się wewnątrz instalacji nie posiadał odpowiednich parametrów.

W takim przypadku poprosiłem Inwestora, abyśmy przeszli do miejsca, gdzie znajdowała się pompa ciepła. Kiedy się tam zbliżaliśmy, nie słyszałem dźwięku, który mógłby w jakimkolwiek stopniu przypominać pracę sprężarek. Niestety, ale nie wróżyło to nic dobrego… Pompa ciepła nie działała. Niemniej jednak, kiedy w końcu dotarliśmy na miejsce, moją uwagę przykuło coś zupełnie innego. Niestety, ale w miejscu, gdzie miał być zamontowany bufor ciepła, stał tylko i wyłącznie przygotowany wcześniej fundament…

Kiedy to zauważyłem, natychmiast zapytałem Inwestora gdzie jest bufor ciepła. Miałem nadzieję, że być może został on przeniesiony w inne miejsce. Ale niestety tak nie było… Inwestor powiedział, że Wykonawca zrezygnował z montażu zbiornika akumulacyjnego, ponieważ uznał, że jest on tutaj niepotrzebny…

Dlaczego Wykonawca uważał, że bufor ciepła jest zbędny?

Chyba nie muszę dodawać, że taka odpowiedź w żaden sposób mnie nie satysfakcjonowała. Naturalnie postanowiłem drążyć temat dalej. Tym razem zapytałem Inwestora, dlaczego Wykonawca sądził, że bufor ciepła jest tutaj zbędny. Inwestor nie wiedział…

Czy taka reakcja była do przewidzenia? Oczywiście, że tak. Prawdę powiedziawszy, nie było w niej nic zaskakującego… Skoro Wykonawca mu tak powiedział i jeżeli dzięki temu mógł on zaoszczędzić trochę pieniędzy to dlaczego miałby protestować? Zresztą czy obowiązkiem Inwestora jest znać się na instalacjach?

Niemniej jednak, w tym momencie poprosiłem Inwestora o telefon do Wykonawcy. Oczywiście bardzo chciałem z nim porozmawiać, bo być może wiedział on coś, o czym ja nie miałem kompletnie pojęcia. Jednak jak się okazało po krótkiej rozmowie, nie do końca tak było…

Na zadane Wykonawcy pytanie usłyszałem odpowiedź, że w przypadku pomp ciepła ze sprężarką inwerterową, bufor ciepła nie jest wymagany i można z niego zrezygnować. Problem polegał tutaj tylko na tym, że po pierwsze, agregat, który znajdował się obok mnie nie posiadał sprężarek inwerterowych, a po drugie, nawet gdyby takie posiadał, to i tak nie mógłbym się do końca zgodzić z jego słowami…

Zatem dlaczego Wykonawca tak uważał? Ponieważ sprężarka inwerterowa ma możliwość regulacji mocy, czego nie ma sprężarka standardowa. Pompa ciepła, posiadająca typową sprężarkę typu on/off może pracować tylko na sto procent swojej mocy, albo wcale. No chyba, że posiada kilka takich sprężarek, ale do tego dojdziemy później. 🙂

Ale to, że agregat posiada sprężarkę inwerterową nie oznacza, że może on pracować w zakresie od zera do stu procent swojej mocy nominalnej. Takie urządzenie może oczywiście modulować swoją wydajność, ale w ograniczonym zakresie. Oznacza to, że taka pompa ciepła i tak nie może pracować poniżej określonej mocy minimalnej. A jeżeli instalacja nie będzie wstanie zapewnić stałego odbioru odpowiedniej energii, to wówczas bufor ciepła i tak może okazać się niezbędny.

Czy mogłem zgodzić się na mniejszą pojemność buforu ciepła?

W dalszej części rozmowy telefonicznej powiedziałem Wykonawcy, że pompa ciepła, zasilająca instalację chłodniczą przedmiotowego obiektu nie posiada sprężarki inwerterowej, ale 3 sprężarki typu on/off. W związku z powyższym, w tym przypadku montaż zbiornika akumulacyjnego jest jak najbardziej konieczny. Zwłaszcza uwzględniając jeszcze kilka innych czynników, o których być może Wykonawca nie zdawał sobie sprawy…

Oczywiście taka sytuacja zbytnio go nie ucieszyła. Tym bardziej, że Inwestor żądał, aby to właśnie Wykonawca pokrył wszystkie dodatkowe roboty z własnych środków. I chociaż nie wiem kto w końcu ostatecznie zapłacił za przerobienie instalacji, to faktem jest, że Wykonawca zwrócił się później do mnie z pytaniem, czy może zamontować bufor ciepła o nieco mniejszej pojemności niż mu wcześniej powiedziałem. Jednak na to nie mogłem się już zgodzić.

Montaż zbiornika akumulacyjnego o mniejszej pojemności mógłby spowodować dokładnie taki sam efekt z jakim obecnie zmagał się Inwestor. Czyli po prostu częste i nagłe włączanie trybu awaryjnego pompy ciepła, skutkujące całkowitym wyłączeniem urządzenia. Jednak jak się można było spodziewać, taka odpowiedź nie ucieszyła Wykonawcy. Mogło to sugerować, że to jednak on musiał pokryć wszystkie dodatkowe koszty z własnych środków i starał się je maksymalnie zminimalizować.

W związku z powyższym chciał, abym przesłał mu dokładne obliczenia pojemności bufora ciepła dla instalacji w budynku. Jednak ciekawostką jest, że gdyby sprawdził wcześniej część opisową dokumentacji technicznej, którą posiadał Inwestor to znalazłby tam wszystkie, interesujące go obliczenia…

Jaką pojemność powinien posiadać bufor ciepła?

Ok, przejdźmy teraz do rzeczy, która z dużym prawdopodobieństwem interesuje Cię najbardziej. W jaki sposób określiłem wymaganą pojemność dla projektowanego zbiornika akumulacyjnego i ile ona dokładnie wynosiła? Jednak zanim Ci o tym powiem to pamiętaj, że każda instalacja jest inna i określając taki parametr nie zawsze można się kierować jednymi i tymi samymi kryteriami…

Pompa ciepła, która zasilała instalację chłodniczą w nowo wybudowanym budynku, posiadała wydajność nominalną na poziomie 153,06 kW, a cała instalacja została zaprojektowana tak, aby utrzymywać stałą różnicę temperatury pomiędzy zasilaniem, a powrotem czynnika, równą 5°C.

Ponadto, tak jak Ci już wcześniej powiedziałem, pompa ciepła posiadała 3 sprężarki typu on/off, z których każda mogła się włączyć nie wcześniej niż po dwunastu minutach od wyłączenia. Ciekawostką jest, że w przypadku całkowitego wyłączenia urządzenia, również musiało upłynąć co najmniej 12 minut, zanim mogłoby się ono ponownie uruchomić. Jednak powróćmy jeszcze na chwilę do sprężarek. Ponieważ w pompie ciepła znajdowały się 3 sprężarki to każde pojedyncze takie urządzenie zapewniało ok. 51,02 kW wydajności chłodniczej, co naturalnie stanowiło 1/3 całkowitej mocy agregatu.

Ale to oczywiście nie wszystko. Budynek Inwestora był podzielony na 4 strefy, o czym również zdążyłem Ci już wspomnieć. Jedna strefa była zdecydowanie większa od pozostałych i wymagała ok. 56,7 kW mocy chłodniczej w warunkach nominalnych, tj. przy temperaturze powietrza zewnętrznego na poziomie 32°C. Natomiast 3 pozostałe strefy były porównywalne i każda z nich potrzebowała ok. 28,36 kW mocy chłodniczej. I to właśnie jedną z tych mniejszych stref Najemca wynajmował od Inwestora.

Jak określić moc dla przepływu minimalnego przez pompę ciepła?

Zgodnie z informacjami zawartymi w dokumentacji techniczno – rozruchowej pompy ciepła, urządzenie to mogło pracować z minimalnym przepływem na poziomie 2,71 dm³/s oraz z zachowaniem różnicy temperatur pomiędzy zasilaniem i powrotem czynnika chłodniczego równą 5°C. Oczywiście znając te dane, przy pomocy poniższego wzoru możemy sobie teraz obliczyć minimalną moc, z jaką agregat mógł w ogóle pracować.

   

• Q – moc chłodnicza, kW
• V – przepływ obliczeniowy czynnika chłodniczego, m³/s
• C_p – ciepło właściwe czynnika chłodniczego, kJ/(kg · K)
• ρ – gęstość czynnika chłodniczego, kg/m³
• t_p – temperatura czynnika chłodniczego na powrocie, °C
• t_z – temperatura czynnika chłodniczego na zasilaniu, °C

Abyśmy mogli skorzystać z powyższego wzoru to musimy jeszcze wiedzieć jaki konkretnie czynnik chłodniczy krążył w instalacji oraz znać jego temperaturę na zasilaniu i powrocie. A jako czynnik chłodniczy dla systemu został tutaj zaprojektowany r-r glikolu etylenowego 35%, o temperaturze zasilania równej 7°C, a powrotu na poziomie 12°C. Wobec tego w tym momencie nic już nie stoi na przeszkodzie, żebyśmy powrócili do naszego wzoru.

   

Zatem tak jak widzisz, zgodnie z powyższymi obliczeniami, minimalna wydajność chłodnicza z jaką mogła pracować pompa ciepła wynosiła ok. 51,09 kW. Ale czy jest to przypadek? Oczywiście, że nie… Zauważ, że taka wartość jest zbliżona do 1/3 całkowitej mocy chłodniczej urządzenia, co naturalnie odpowiada pracy przy użyciu pojedynczej sprężarki!

Ale to jeszcze nie wszystko. Jeśli tylko zagłębilibyśmy się w dokumentację techniczno – rozruchową pompy ciepła nieco bardziej, to znaleźlibyśmy tam również informację, że urządzenie to pozwala na pracę w 3 różnych trybach. W pierwszym trybie, w którym pracuje tylko jedna sprężarka, w drugim, kiedy pracują dwie sprężarki oraz w trzecim, kiedy pracują wszystkie trzy sprężarki. Oczywiście w zależności od ilości włączonych sprężarek, zmieniać się będzie również wydajność chłodnicza całego urządzenia.

Jak określić pojemność dla buforu ciepła?

Skoro już wiemy, że całkowita moc chłodnicza pompy ciepła wynosi 153,06 kW, spróbujmy określić maksymalną pojemność bufora ciepła, tzn. taką pojemność, która pozwoliłaby na przerwę w pracy agregatu chłodniczego równą 12 minut. Oczywiście, aby to zrobić musimy skorzystać z poniższego wzoru.

   

• V_max – objętość zbiornika akumulacyjnego, m³
• Q – moc chłodnicza, kW
• C_p – ciepło właściwe czynnika chłodniczego, kJ/(kg · K)
• ρ – gęstość czynnika chłodniczego, kg/m³
• t_p – temperatura czynnika chłodniczego na powrocie, °C
• t_z – temperatura czynnika chłodniczego na zasilaniu, °C
• t – czas akumulacji energii, sek.

   

A więc zgodnie z powyższymi obliczeniami, bufor ciepła o pojemności niespełna 6 m³ zapewniłby na tyle dużą akumulację energii, aby pompa ciepła mogła pozostawać całkowicie wyłączona przez 12 minut, czyli tyle ile wynosi minimalny czas pomiędzy przerwą w pracy całego urządzenia jak też i pojedynczej sprężarki.

Ale czy tak duży bufor ciepła był faktycznie wymagany w tej instalacji? Moim zdaniem nie. W tym, konkretnym przypadku wystarczyłby zbiornik o mniejszej pojemności. Dlaczego? Zauważ, że agregat chłodniczy posiadał trzy niezależne sprężarki, które mogły pracować w różnych konfiguracjach. To, że przerwa pomiędzy cyklem pracy jednej sprężarki wynosiła 12 minut, nie oznaczało, że w tym samym czasie nie mogła się uruchomić inna.

Zatem mając to na uwadze, spróbujmy teraz określić pojemność bufora ciepła, który zapewniłaby rezerwę nie dla wszystkich trzech, ale tylko i wyłącznie dla pojedynczej sprężarki.

   

I tym właśnie sposobem, obliczyliśmy minimalną pojemność bufora ciepła, gwarantującą prawidłową pracę pompy ciepła. Ale dlaczego zmniejszyliśmy trzykrotnie początkową objętość zbiornika akumulacyjnego? Aby odpowiedzieć Ci na to pytanie pozwól, że prześledzimy po kolei wszystkie sytuacje, jakie mogłyby się pojawić podczas eksploatacji całego systemu.

Czy bufor ciepła rzeczywiście może posiadać mniejszą pojemność?

Tak jak już wiesz, pompa ciepła posiadała trzy, niezależne sprężarki, które mogły pracować w różnych konfiguracjach. Wyobraź sobie teraz sytuację, kiedy instalacja chłodnicza potrzebowałaby maksymalną moc. W takim przypadku zostałyby oczywiście uruchomione wszystkie te sprężarki i pracowałyby one jednocześnie, zapewniając tym samym odpowiednią wydajność chłodniczą.

Następnie zwróć uwagę co by się stało, gdyby tylko zapotrzebowanie mocy przez instalację nagle spadło. W takiej sytuacji wyłączyłaby się jedna sprężarka i z tego co wiemy, nie mogłaby się ona uruchomić wcześniej, niż przed upływem dwunastu minut. Ale nie byłby to żaden problem! Nawet gdyby w tym momencie wzrosło zapotrzebowanie chłodu, to bufor ciepła zapewniłby odpowiednią rezerwę. Dlaczego? Ponieważ jego pojemność pozwalałaby na całkowitą przerwę w pracy jednej z trzech, dowolnych sprężarek przez całe 12 minut.

Wyobraź sobie teraz kolejną sytuację, kiedy zapotrzebowanie na moc chłodniczą przez instalację byłoby takie, że musiałyby pracować jednocześnie dwie sprężarki. W takim przypadku jedna sprężarka byłaby oczywiście wyłączona i gdyby nawet zaszła potrzeba zwiększenia mocy, to mogłaby się ona uruchomić w dowolnym momencie, pomijając jednocześnie rezerwę w zbiorniku akumulacyjnym. A co by się stało, gdyby w takiej sytuacji zapotrzebowanie na moc chłodniczą nie wzrosło, ale spadło? Oczywiście jedna z dwóch, pracujących sprężarek by się wyłączyła.

I na koniec zwróć jeszcze uwagę co by się stało, gdyby instalacja chłodnicza potrzebowała minimalnej mocy i gdyby do jej zapewnienia wystarczyła praca tylko i wyłącznie jednej sprężarki. Po pierwsze, gdyby sprężarka ta się wyłączyła to byłby jeszcze bufor ciepła, który pozwoliłby na pracę instalacji, nawet z całkowicie wyłączoną pompą ciepła wykorzystując energię zgromadzoną w buforze ciepła. A po drugie, gdyby podczas pracy tej sprężarki wzrosło zapotrzebowanie chłodu przez instalację, to nic nie stałoby na przeszkodzie, aby w tym momencie włączyły się kolejne sprężarki, zwiększając jednocześnie wydajność chłodniczą agregatu.

Ale to jednak nie koniec… Jest tutaj jeszcze jeden przypadek, który chciałbym abyśmy sobie omówili. Wyobraź sobie co by się stało, gdyby podczas pracy pojedynczej sprężarki nagle się ona wyłączyła, a następnie gwałtownie wzrosło zapotrzebowanie na chłód w całym systemie? Przecież w takim przypadku, agregat chłodniczy nie mógłby się uruchomić przed upływem dwunastu minut, a zbiornik akumulacyjny nie posiadałby wystarczająco zgromadzonej wcześniej energii. Ale spójrzmy prawdzie w oczy, czy rzeczywiście taka sytuacja stanowiłaby większy problem? Czy naprawdę dwunastominutowy postój całej instalacji chłodniczej nie byłby w tym przypadku do zaakceptowania, kosztem trzykrotnie mniejszego i dużo tańszego zbiornika akumulacyjnego? Myślę, że nie… 🙂

Dlaczego pompa ciepła stwarzała problemy?

Powróćmy teraz po raz kolejny do naszej historii i odpowiedzmy sobie na następne, równie ważne pytanie. Dlaczego instalacja chłodnicza, pozbawiona bufora ciepła nie mogła pracować tak, jak oczekiwał tego zarówno Najemca czy też sam Inwestor. A nie mogła ona działać prawidłowo z jednego, bardzo prostego powodu…

Zauważ, że w tamtym momencie wynajmowana była tylko i wyłącznie jedna z czterech stref budynku. Maksymalne zapotrzebowanie chłodu dla tej części obiektu wynosiło 28,36 kW. Ale było to oczywiście zapotrzebowanie maksymalne, co oznaczało, że nie zawsze musiało tyle wynosić i w większości czasu mogło być ono sporo mniejsze. Ale załóżmy, że tyle akurat wynosiło… Następnie znając tą wartość oraz wiedząc, że przepływ przez pompę ciepła nie mógł być mniejszy niż 2,71 dm³/s, obliczmy ile musiałaby w takim przypadku wynosić różnica temperatury pomiędzy zasilaniem, a powrotem czynnika chłodniczego, krążącego wewnątrz instalacji.

   

   

Zgodnie z powyższymi obliczeniami, różnica pomiędzy temperaturą zasilania, a powrotu czynnika chłodniczego wynosiłaby niespełna 3°C, uwzględniając oczywiście zachowanie przepływu minimalnego przez pompę ciepła. Ale co to tak naprawdę oznaczało? Oznaczało to, że temperatura powrotu czynnika chłodniczego do pompy ciepła nie wynosiłaby 12°C, ale około 10°C.

A jak wiemy z dokumentacji techniczno – rozruchowej urządzenia, aby pompa ciepła mogła działać prawidłowo, musiał być zachowany nie tylko przepływ minimalny, ale również odpowiednia różnica temperatur. A ten parametr, tak jak widzisz nie był tutaj do końca spełniony. I dlatego właśnie pompa ciepła, pracująca bez zbiornika akumulacyjnego stwarzała problemy w istniejącym systemie, na co skarżył się Najemca.

Czy bufor ciepła rozwiązał problem?

Oczywiście, kiedy Wykonawca przerobił instalację i zamontował bufor ciepła, wszystko zaczęło w końcu działać tak jak powinno od samego początku. Ale, żeby było nieco ciekawiej, to muszę Ci tutaj zdradzić coś więcej. Niestety, ale na samym przerobieniu instalacji, rola Wykonawcy się jeszcze nie skończyła o czym najwyraźniej zapomniał…

Zbiornik akumulacyjny o pojemności 2 m³ i dopuszczony do pracy pod ciśnieniem roboczym 6 bar, wymagał jeszcze dodatkowego odbioru przez Urząd Dozoru Technicznego. Wymóg ten został bardzo jasno określony w załączniku do Rozporządzenia Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 9 lipca 2003 roku w sprawie warunków technicznych dozoru technicznego w zakresie eksploatacji niektórych urządzeń ciśnieniowych.

Jednak od razu muszę tutaj dodać, że pomimo tego, że powyższy akt prawny był obowiązujący w chwili, kiedy miała miejsce cała, omawiana w niniejszym artykule sytuacja, to obecnie jest już on aktem wycofanym. W połowie stycznia 2022 roku, Rozporządzenie to zostało oficjalnie zastąpione innym aktem prawnym, tj. Rozporządzeniem Ministra Rozwoju i Technologii z dnia 17 grudnia 2021 roku w sprawie warunków technicznych dozoru technicznego dla niektórych urządzeń ciśnieniowych podlegających dozorowi technicznemu.

Niestety Wykonawca zapomniał o tym przepisie, co wyszło kilka miesięcy później i co również sprawiło kilka problemów Inwestorowi. Ale to jest już temat na zupełnie inny artykuł i być może go kiedyś jeszcze opiszę. Niemniej jednak, w obecnym momencie najważniejsze było to, że po zamontowaniu bufora ciepła, instalacja chłodnicza, zasilana pompą ciepła w końcu mogła działać tak, jak wszyscy tego oczekiwali.

Podsumowanie

Myślę, że po przeczytaniu powyższej historii, doskonale zdajesz sobie już sprawę jak ważną rolę pełni bufor ciepła. A rola ta, zwłaszcza w przypadku instalacji zasilanej pompą ciepła jest po prostu nieoceniona. Zbiornik taki zapewnia odpowiednią nadwyżkę energii, dzięki czemu dany system może działać prawidłowo w każdych warunkach. Oczywiście również i wtedy, kiedy zapotrzebowanie na energię przez instalację jest mniejsze, niż wymaga tego np. pompa ciepła.

Co więcej chciałbym, abyś zwrócił tutaj uwagę na jeszcze jeden, bardzo istotny fakt. Obecnie wielu Producentów pomp ciepła mówi, że urządzenia takie do prawidłowej pracy wymagają odpowiedniego zładu instalacji. Jednak nie jest to do końca prawdą… Urządzenia takie, do prawidłowej pracy wymagają odbioru ciepła w odpowiedniej ilości. Czyli innymi słowy wymagają one zapewnienia odpowiedniego przepływu oraz wymaganej różnicy temperatur pomiędzy zasilaniem i powrotem czynnika chłodniczego. Natomiast zład, czyli po prostu pojemność instalacji jest tego pochodną, zapewniającą w razie potrzeby odpowiednią akumulację energii.

Pamiętaj też, że bufor ciepła jest urządzeniem, które w wielu przypadkach wymaga odbioru przez Urząd Dozoru Technicznego oraz odpowiedniego zabezpieczenia. Każdy taki zbiornik powinien być zabezpieczony zaworem bezpieczeństwa oraz dodatkowo przeponowym naczyniem wzbiorczym. Dlaczego jest to takie ważne? Ponieważ ze względu na swoją objętość, to najczęściej w takim właśnie zbiorniku występują największe zmiany objętości czynnika grzewczego czy też, jak w tym przypadku, chłodniczego.

Dobierając bufor ciepła pamiętaj też o zapewnieniu mu odpowiedniej wielkości. Z jednej strony przewymiarowanie takiego zbiornika nie pociąga za sobą najczęściej większych konsekwencji. Co więcej, przewymiarowanie bufora ciepła, zwłaszcza w przypadku systemów wyposażonych w pompy ciepła jest korzystne. Ale z drugiej strony jest jeszcze Inwestor, który patrzy na pieniądze. Dlatego też osobiście uważam, że w takich sytuacjach najlepiej jest dobrać naprawdę optymalną wielkość urządzenia.

I na samo zakończenie chciałbym jeszcze dodać jedną, bardzo ważną rzecz. To, że pompa ciepła nie potrzebuje zbiornika akumulacyjnego do prawidłowej pracy, nie oznacza wcale, że nie warto go zamontować. Pamiętaj, że bufor ciepła znacznie zwiększa efektywność takiego urządzenia, ponieważ pozwala mu pracować w optymalnych warunkach. Dlatego też, niezależnie od wszystkich innych czynników, montaż zbiornika akumulacyjnego przy pompie ciepła zawsze jest jak najbardziej wskazany.