Ogrzewanie hali – Czy pompa ciepła powietrze-powietrze może być alternatywą dla tradycyjnych rozwiązań ogrzewania? Porównanie na przykładzie hali magazynowej i produkcyjnej.

W poniższym materiale spóbujmy odpowiedzieć na pytanie, czy obecnie w dobie rosnących cen gazu, pompa ciepła może być dobrą alternatywą dla ogrzewania gazowego, czy pompa ciepła powietrze-powietrze może być konkurencyjnym rozwiązaniem dla pomp ciepła powietrze-woda? Przedstawimy to na przykładzie obiektów typu hala magazynowa i hala produkcyjna. Zanim jednak omówimy zalety i wady proponowanych rozwiązań, porównanamy koszty inwestycyjne i eksploatacyjne, warto najpierw przeanalizować czynniki, jakie należy wziąć pod uwagę przy wyborze systemu grzewczego dla tego typu obiektów.

Hala magazynowa i produkcyjna jako obiekt - co ją charakteryzuje?

Hale są obiektami wielkopowierzchniowymi o dużych wysokościach. W tego typu pomieszczeniach pojawia się zjawisko rozwarstwienia temperaturowego. Co to oznacza? Ciepłe powietrze ma tendencję do uciekania w wyższe partie pomieszczenia i gromadzenia się pod sufitem, poza strefą przebywania ludzi. Wybrany system ogrzewania hali powinien w jak największym stopniu minimalizować to zjawisko. W przypadku ogrzewania powietrznego możemy wykorzystać odpowiednie nawiewniki czy dysze dalekiego zasięgu. Dodatkowo możemy wspomóc się urządzeniami typu destryfikator, które kierują ogrzane powietrze z powrotem w dół i przez to wspomagają system ogrzewania hali, aby był bardziej skuteczny i ekonomiczny. 

Warto również pamiętać, że w obiektach takich jak hale magazynowe i produkcujne często otwierane są bramy i drzwi zewnętrzne, co skutkuje nagłymi, dużymi stratami ciepła, których projektant nie jest w stanie uwzględnić w obliczeniach zapotrzebowania na ciepło. Z tego względu wybrany system ogrzewania hali powinien mieć małą bezwładność cieplną, a więc szybko reagować na nagłe zmiany temperatury. Dodatkowo w tym przypadku system ogrzewania mogą wspomóc kurtyny powietrzne, które skutecznie zapobiegają wychłodzeniu pomieszczenia przy częstym otwieraniu bram i drzwi. 

Wybierając ogrzewanie hali należy też zwrócić uwagę na zaprojektowane strefy funkcjonalne - przebywania ludzi, magazynowania czy technologii produkcji, dla których wymagania temperaturowe mogą być określane indywidualnie. Przykładowo, w strefie magazynowej może być wymagane utrzymywanie temperatury na poziomie 12°C, a w strefie przebywania ludzi na poziomie 16°C. Wybrany system ogrzewania powinien umożliwiać dopasowanie parametrów do wymagań konkretnej strefy. 

Ważnym aspektem jest także okresowość użytkowania pomieszczeń. Dla przykładu, w porze nocnej, kiedy pracownicy są nieobecni, mogą być wymagane inne parametry temperaturowe. W związku z tym, przy wyborze systemu ogrzewania hali należy uwzględnić możliwość czasowego obniżenia temperatury lub całkowitego wyłączenia ogrzewania, w zależności od tego, co będzie bardziej opłacalne eksploatacyjnie dla inwestora. 

Przy wyborze systemu ogrzewania hali należy uwzględnić również straty ciepła związane z dostarczeniem świeżego powietrza do hali przez system wentylacji. Będą one zależne od tego, czy konieczne jest zapewnienie jedynie niezbędnej ilości świeżego powietrza ze względów higienicznych, czy obowiązują bardziej restrykcyjne wymagania związane z zastosowaną na danej hali technologią. Zadaniem projektanta jest określenie, czy wentylacyjne straty ciepła zostaną skompensowane przez zaproponowany system ogrzewania, czy należy je uwzględnić w systemie centrali wentylacyjnej poprzez zastosowanie odpowiednich nagrzewnic i odzysku ciepła.

Sposób na ogrzewanie hali produkcyjnej i magazynowej

Najczęściej wykorzystywanym sposobem ogrzewania w przypadku hal produkcyjnych lub magazynowych jest ogrzewanie powietrzne. W takim rozwiązaniu obieg powietrza wymusza wentylator, ochłodzone powietrze z hali jest zasysane, następnie trafia na wymiennik ciepła urządzenia grzewczego, następnie po ogrzaniu nawiewane jest z powrotem do pomieszczenia. Ogrzewanie powietrzne może być realizowane na przykład przez nagrzewnice wodne, gazowe, czy aparaty grzewczo-wentylacyjne. Do tej grupy zaliczane są również pompy ciepła powietrze-powietrze, czyli klimatyzatory.

W przypadku hal produkcyjnych i magazynowych istnieje również możliwość zastosowania ogrzewania promiennikowego. Takie rozwiązanie jest często spotykane w halach o bardzo dużej powierzchni, gdzie nie jest konieczne ogrzanie całej kubatury pomieszczenia. Ten sposób ogrzewania polega na przekazywaniu ciepła bezpośrednio do ogrzewanych powierzchni, wykorzystując zjawisko promieniowania. Może być realizowane poprzez różnego rodzaju promienniki, np. gazowe, elektryczne lub wodne. 

Kolejnym, dużo rzadziej spotykanym sposobem ogrzewania hal jest ogrzewanie konwekcyjne wykorzystujące np. grzejniki wodne. Takie rozwiązanie może sprawdzić się w przypadku niskich i długich pomieszczeń, natomiast w pomieszczeniach o dużej wysokości jest nieekonomiczne i mało komfortowe w użytkowaniu. Grzejniki są zazwyczaj montowane przy przegrodach, a produkowane przez nie ciepło ma tendencję do uciekania w górne partie pomieszczenia, poza strefę przebywania ludzi. 

Do ogrzewania hal można wykorzystać również ogrzewanie płaszczyznowe, które przekazuje ciepło do pomieszczenia przez otaczające przegrody. Najczęściej wykorzystywane jest ogrzewanie wodne podłogowe. Przy wyborze takiego rozwiązania należy uwzględnić większą wytrzymałość posadzki, aby zapobiec uszkodzeniom instalacji przez cięższe pojazdy, często wykorzystywane w halach produkcyjnych i magzynowych.

Ogrzewanie hali produkcyjnej i magazynowej pompą ciepła powietrze-powietrze

Czy ogrzanie hali przy pomocy pompy ciepła powietrze-powietrze jest możliwe i jak takie rozwiązanie wypada w porównaniu z tradycyjnymi systemami ogrzewania? Aby odpowiedzieć na to pytanie, przeprowadzono analizę porównawczą - dla konkretnego projektu budynku hali magazynowej zaproponowano system ogrzewania oparty o klimatyzatory kanałowe, który następnie porównano z innymi popularnymi rodzajami ogrzewania powietrznego – nagrzewnicami gazowymi i wodnymi. 

Przy doborze systemu grzewczego opartego o pompę ciepła powietrze-powietrze przyjęto następujące założenia:

1. Budynek hali magazynowej z częścią biurową znajduje się w III strefie klimatycznej, a co za tym idzie, zewnętrzna temperatura projektowa wynosi -20°C.
2. Dobór systemu przeprowadzamy dla części magazynowej o powierzchni 1000 metrów kwadratowych i wysokości 5 metrów.
3. Temperaturę wewnętrzną przyjęto na poziomie 16°C. Zapotrzebowanie na moc cieplną, pokrywające straty ciepła przez przegrody budynku, wynosi 60 kW. Zapotrzebowanie na ciepło w ciągu roku to 93 000 kWh.
4. Straty ciepła związane z wymianą powietrza ze względów higienicznych są pokrywane przez system wentylacji, a dokładnie przez odzysk ciepła oraz nagrzewnicę w centrali wentylacyjnej.

Rzut budynku hali magazynowej z częścią biurową.

Pompa ciepła powietrze-powietrze – poprawny dobór na potrzeby ogrzewania hali

Przy doborze odpowiedniego rozwiązania grzewczego duże znaczenie ma strefa klimatyczna, w której zlokalizowany jest budynek. Od niej zależy zewnętrzna temperatura projektowa, która z kolei wpływa na wydajność grzewczą wybranego urządzenia. Wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej spada wydajność grzewcza urządzenia. Dlatego inne urządzenie powinno zostać dobrane dla budynku zlokalizowanego w I strefie klimatycznej, gdzie zewnętrzna temperatura projektowa wynosi -16 st. C, a inne w III strefie klimatycznej, gdzie zewnętrzna temperatura projektowa wynosi - 20°C.

Należy pamiętać, że wartości wydajności zawarte w kartach katalogowych prezentowane są, w celu ułatwienia porównywania rozwiązań pomiędzy producentami, podawane dla określonych warunków. W przypadku chłodzenia wydajności podawane są dla temperatury zewnętrznej 35°C ts i temperatury wewnętrznej 27°C ts, a w przypadku ogrzewania – dla temperatury zewnętrznej 7°C ts i temperatury wewnętrznej 20°C ts. Wydajność wybranego urządzenia przy zewnętrznych temperaturach projektowych odpowiednich dla stref klimatycznych w Polsce będzie się różnić od wartości katalogowych i aby ją otrzymać, należy uwzględnić właściwy współczynnik korekcyjny.

Przy obliczaniu rzeczywistej wydajności grzewczej urządzeń, należy także uwzględnić współczynnik korekcyjny ze względu na defrost. Proces defrostu (odszraniania) ma na celu zapobieganie zjawisku zalodzenia wymiennika jednostki zewnętrznej pracującej w trybie grzania i polega na czasowym odwróceniu pracy układu, co powoduje chwilowe przerwy w ogrzewaniu pomieszczeń. 

Oprócz korekty wydajności ze względu na temperaturę zewnętrzną i defrost, przy doborze odpowiednich urządzeń należy również wziąć pod uwagę współczynnik korekcyjny ze względu na długość instalacji i różnicę wysokości między jednostką zewnętrzną i wewnętrzną. 

Wymienione współczynniki korekcyjne niezbędne do przeprowadzenia poprawnego doboru możemy pozyskać z dokumentacji serwisowej danego urządzenia lub w programach doborowych.

Propozycja ogrzewania hali produkcyjnej i magazynowej w oparciu o klimatyzatory kanałowe

Jako alternatywę dla tradycyjnych rozwiązań grzewczych, dla wybranego obiektu hali magazynowej zaproponowano system ogrzewania oparty o klimatyzatory kanałowe wysokiego sprężu (pompy ciepła powietrze-powietrze). Uwzględniając wszystkie wymienione parametry i współczynniki korekcyjne wykazano, że aby skompensować założone straty ciepła na poziomie 60 kW potrzebna jest instalacja 4 kompletów jednostek kanałowych BigPACi, każdy o mocy grzewczej około 16 kW (moc grzewcza zestawu po uwzględnieniu spadku wydajności ze względu na temperaturę, defrost, długość instalacji i różnicę wysokości, moc grzewcza nominalna zestawu - 28 kW). 

Każdy komplet klimatyzatora składa się z trzech głównych elementów: jednostki wewnętrznej kanałowej wysokiego sprężu S-250PE3E5B, jednostki zewnętrznej U-250PZH2E8 oraz sterownika przewodowego CZ-RTC5B. Jednostki wewnętrzna i zewnętrzna są ze sobą połączone instalacją elektryczną oraz freonową. Sterownik umożliwia kontrolę pracy układu - daje między innymi możliwość zmiany trybu pracy, zmiany nastawy temperatury (od 16 do 30°C w trybie grzania) oraz ustawienia harmonogramu pracy.

W ustawieniach serwisowych sterowników przewodowych Panasonic mamy ponadto możliwość ustawienia niższej temperatury nastawy, np. 12°C, dzięki czemu możemy uwzględnić inne warunki temperaturowe w strefie magazynowej lub okresowość działania układu. Utrzymywanie niższej temperatury tzw. dyżurnej w określonej strefie lub przedziale czasowym przekłada się na realne obniżenie kosztów eksploatacyjnych omawianego systemu ogrzewania. 

Przykładowe rozmieszczenie 4 urządzeń kanałowych wysokiego sprężu z rozprowadzeniem kanałów nawiewnych do 4 nawiewników dalekiego zasięgu.

Porównanie kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych

Omówiony system ogrzewania hali wykorzystujący pompy ciepła powietrze-powietrze w postaci czterech kompletów jednostek kanałowych Panasonic BigPACi porównano z trzema innymi rozwiązaniami grzewczymi dobranymi dla tej samej hali magazynowej. Pierwszym wybranym do porównania rozwiązaniem jest system oparty o pompy ciepła powietrze-woda Panasonic Aquarea T-CAP we współpracy z nagrzewnicami wodnymi, drugim – nagrzewnice gazowe, a trzecim kondensacyjne kotły gazowe we współpracy z nagrzewnicami wodnymi. 

Szczegóły wybranych rozwiązań ogrzewania oraz ich szacunkowe koszty inwestycyjne przedstawia poniższa tabela:

*Uwzględniono ceny katalogowe (PLN netto) oraz szacunkowe koszty instalacji.

Systemy ogrzewania hali wykorzystujące pompy ciepła wymagają zdecydowanie wyższych kosztów inwestycyjnych, w porównaniu z bardziej popularnymi rozwiązaniami – nagrzewnicami gazowymi i gazowymi kotłami kondensacyjnymi. Najdroższy pod względem inwestycyjnym jest układ pomp ciepła typu powietrze-woda we współpracy z nagrzewnicami wodnymi. Najtańszym rozwiązaniem są nagrzewnice gazowe. Różnice w kosztach mogą być niższe po uwzględnieniu rabatów od cen katalogowych.

Sytuacja ulega odwróceniu, gdy weźmiemy pod uwagę koszty eksploatacyjne poszczególnych systemów. W porównaniu z rozwiązaniami gazowymi, koszty ogrzewania hali za pomocą pomp ciepła są znacznie niższe. Najtańszym w eksploatacji systemem grzewczym w przypadku omawianej hali magazynowej okazują się być pompy ciepła powietrze-powietrze.

Koszty eksploatacyjne poszczególnych systemów zestawiono w kolejnej tabeli. Wzięto tutaj pod uwagę roczne zużycie nośników energii przez każde z rozwiązań. Dla pomp ciepła uwzględniono współczynniki SCOP, w przypadku rozwiązań gazowych przyjęto sprawność na poziomie 100%, a dla rozwiązań wodnych uwzględniono straty ciepła na instalacji wodnej. W tabeli przedstawiono szacunkowe koszty energii elektrycznej oraz gazu - bez uwzględniania opłat handlowych, przesyłowych itp.

Ze względu na niższe koszty eksploatacyjne, inwestycja w system ogrzewania hali wykorzystujący pompy ciepła powietrze-powietrze może się zwrócić już po upływie trzech lat w porównaniu z wykorzystaniem nagrzewnic gazowych, a porównując z kotłami gazowymi – nawet w ciągu dwóch lat.

W poniższej tabeli zestawiono wady i zalety wszystkich omawianych systemów ogrzewania hali:

Uwzględniając wszystkie omówione czynniki można potwierdzić, że pompy ciepła powietrze-powietrze mogą stanowić dobrą alternatywę dla tradycyjnych rozwiązań ogrzewania. 

Należy pamiętać, aby w każdym przypadku dokładnie przeanalizować indywidualne wymagania, które są stawiane systemowi ogrzewania w danym obiekcie. Ze względu na różną specyfikę i przeznaczenie budynków, nie w każdym przypadku pompa ciepła powietrze-powietrze będzie idealnym rozwiązaniem. Natomiast warto pamiętać o możliwości wykorzystania systemu klimatyzacji także do ogrzewania pomieszczeń. Gdy rozważamy tradycyjne sposoby ogrzewania powietrznego, ogrzewanie pompą ciepła powietrze-powietrze może okazać się dobrym wyborem dającym dodatkowe korzyści.

Więcej informacji znajdziesz w materiale wideo:

Czy pompa ciepła powietrze powietrze może być alternatywą dla tradycyjnych rozwiązań ogrzewania

Potrzebujesz wsparcia lub chcesz znaleźć akredytowanego instalatora - skontaktuj się z nami