Równolegle, szeregowo czy bez? Jak uzupełnić instalację pompy ciepła o bufor

Kotłownie w nowo wybudowanych budynkach mieszkalnych często mają ograniczone powierzchnie. Zmusza to projektantów instalacji C.O. do szukania rozwiązań wymagających jak najmniejszych uzupełnień. Częstą pomysłem/rozwiązaniem jest pozbycie się bufora ciepła. Jaka jest zatem rola bufora w instalacji z pompą ciepła? Jakie wymagania musi spełniać system, by bufor nie był konieczny? Sprawdźmy!

Zład wody i defrost, czyli rola bufora w instalacji z pompą ciepła

Dla poprawnego działania pompy ciepła konieczne jest umożliwienie jej przeprowadzania defrostu. W trakcie zrzucania lodu z wymiennika zewnętrznego konieczne jest zapewnienie zładu wody pompie ciepła. Standardowo może się to odbyć za pomocą bufora. Jakie znaczenie ma bufor i jak najczęściej wpina się go do instalacji? Odpowiedź jest prosta. Bufor ciepła zwiększa ilość wody w instalacji, pozwala również na akumulację energii zwiększając pojemność cieplną instalacji. Dwie najczęściej spotykane możliwości podłączenia bufora to klasyczne układy równoległe i szeregowe.

Równoległe podłączenie bufora

Na poniższej grafice pokazano jak może wyglądać instalacja z pompą ciepła i buforem wpiętym w sposób równoległy. W takim podłączeniu bufor pełni również rolę sprzęgła hydraulicznego.

Schemat 1.  Układ z bezpośrednim podłączeniem bufora w sposób równoległy

Najczęściej spotykany przypadek to właśnie ten z grafiki powyżej, czyli tzw. układ bezpośredni. Kolejno od zasilania pompy ciepła do bufora przyłączony jest króciec zasilający strefę grzewczą i dwa króćce powrotne. W tym przypadku za buforem znajduje się układ grzejnikowy. Od pompy ciepła do bufora mamy jeden układ wodny oraz drugi równoważony za buforem. Na rysunku pokazano go pod postacią układu grzejnikowego z własną pompą obiegową. Jak widać instalacja nie jest skomplikowana i jednocześnie funkcjonalna. Odpowiednio dobrana objętość bufora zapewnia dostateczny zład wody. Co w przypadku awarii za buforem?

Awaria za buforem

Może się zdarzyć, że strona grzewcza zostanie odcięta od reszty obiegu, czy to na głowicach termostatycznych czy w jakikolwiek inny sposób. Zład wody dla pompy ciepła wciąż będzie zapewniony przez krótki obieg buforowy. Nawet w takiej sytuacji, przy zastosowaniu odpowiedniej wielkości bufora będziemy w stanie zapewnić pompie ciepła odpowiedni zład wody jak i sam przepływ. Każde rozwiązanie, nawet najmniej skomplikowane ma swoje wady. Jakich możemy się spodziewać w tym przypadku?

W takim układzie bufor jest źródłem strat energii. Temperatura na wejściu i wyjściu z bufora będzie się różniła w zakresie 1-3 K. Kolejna wada, to już wspomniany fakt potrzeby poświęcenia miejsca pod taki bufor. Należy również rozważyć przypadek bardziej zaawansowanej instalacji. Właśnie takie rozwiązanie ukazano poniżej. Bufor wciąż pozostaje wpięty równolegle, a pojawia się ogrzewanie dwustrefowe. Można powiedzieć, że jest to układ mieszany.

Schemat 2. Układ mieszany, podłączenie bufora w sposób równoległy 

Układ grzewczy dwustrefowy

Taki układ daje nam ciekawe możliwości. Możemy go wykorzystać np. jako układ grzewczy dwustrefowy. Na rysunku za buforem możliwe jest uzyskanie właśnie takich dwóch stref grzewczych: układ o wyższej temperaturze tzw. grzejnikowy i układ mieszany, przykładowo podłogówka. W tym przypadku równoległe wpięcie zbiornika buforowego pozwoliło na rozdzielenie dwóch stref grzewczych, w innych przypadkach mogłoby to być więcej stref. Z pewnością instalacja ta jest bardziej skomplikowana niż analizowana wcześniej. Dzięki zastosowaniu układu mieszanego możliwa jest manipulacja dostarczaną mocą, tym samym dogodniejsza regulacja temperatury w pomieszczeniach. W jakich jeszcze przypadkach stosujemy układy mieszane?

Zbiornik buforowy ma możliwości zastosowania w układach z biwalentnym źródłem ciepła np. pompą ciepła połączoną z kotłem gazowym. Jest to często spotykany przypadek. Bufor jest dobrym spięciem całego układu hydraulicznego, zapewnia zład wody na potrzeby prawidłowej pracy pompy ciepła. Do układu podpinany jest w prosty sposób i zapewnia wygodne sterowanie strefą grzewczą.

Szeregowe podłączenie bufora

Teraz wyjaśnimy kwestie związane z szeregowym połączeniem bufora. Jest to druga opcja w takich układach. Na rysunku przedstawiono jedną z mniej skomplikowanych możliwości wpięcia bufora ciepła do instalacji z pompą ciepła – bufor na powrocie.

Schemat 3. Podłączenie bufora w sposób szeregowy do instalacji ogrzewania podłogowego

Cały układ jest bardzo prosty i zasila bezpośrednio układ strefy grzewczej. Straty są bardzo małe, można powiedzieć że ukazana na rysunku instalacja podłogowa jest zasilana bezpośrednio temperaturą wychodzącą z pompy ciepła.

Projektując instalację często należy zostawić miejsce na ewentualne rozbudowanie jej w przyszłości. Jeżeli w omawianym przypadku na układzie grzewczym pojawiłyby się siłowniki czy głowice termostatyczne na pętlach rozdzielacza podłogowego to możliwie dojdzie do całkowitego zamknięcia układu grzewczego. Dlatego też w przypadku połączenia szeregowego bufor instalowany jest na powrocie czynnika z układu, łącznie ze zaworem upustowo-nadmiarowym, tzw. by-passem. Jeżeli układ grzewczy zostałby odcięty za pomocą siłowników, to pompa ciepła zrealizuje przepływ przez zawór by-passowy, a na powrocie przez bufor ciepła. Jeżeli doszłoby do odcięcia strefy grzewczej w takim układzie, wciąż będziemy mieli zapewniony odpowiedni zład wody na potrzeby pompy ciepła. Dlatego też tak ważne jest dobranie bufora o odpowiedniej objętości, czyli najmniejszego zładu wody dla danego modelu urządzenia. Dla pompy ciepła o mocy 9 kW zalecany byłby minimalny bufor o objętości 50 litrów. W zupełności wystarczyłoby to do zapewnienia odpowiednich parametrów pracy urządzenia, w tym defrostu. Poniżej ukazano jak należy dobrać objętość bufora do mocy pompy ciepła Panasonic. 

Orientacyjny dobór objętości bufora ciepła względem mocy PC

Kiedy nie musimy stosować bufora ciepła?

W kotłowniach nowo wybudowanych domów często brak miejsca na pokaźny bufor ciepła. Takie sytuacje będą zmuszały do zaprojektowania układu ogrzewania centralnego bez zastosowania bufora. Jednocześnie wyposażenie instalacji w pompę ciepła wymusi potrzebę zapewnienia jej minimalnego zładu wody na cele defrostu. W jakich przypadkach bufor uda się pominąć? Podstawowy przypadek to zasilanie instalacji podłogowej w sposób bezpośredni. Ten układ można wykorzystać np. podczas tworzenia całkowicie nowej instalacji w budynku, kiedy wiadomo że klient przyszłościowo nie zamierza instalować żadnego układu sterowania na układzie podłogowym. W takim przypadku rozdzielacz podłogowy jest zasilany bezpośrednio z pompy ciepła, a cały przepływ jest pełny, ponieważ wszystkie pętle są otwarte. Zład wody jest realizowany poprzez powrót do pompy ciepła. Jest to dobre rozwiązanie, temperatura wychodząc z urządzenia praktycznie bez strat dociera do strony grzewczej układu zasilając podłogówkę. Sam układ podłogowy ma swoją pojemność cieplną, chociażby sama wylewka jastrychowa pozwala magazynować energię, wystarczającą na potrzeby odszraniania. Omawiany przypadek przedstawiono na schemacie poniżej:

Schemat 4. Ogrzewanie podłogowe w układzie bezpośrednim, bez sterowania

Na potrzeby analizy przyjmijmy, że po stronie grzewczej instalacji podłogowej pętle mają tysiąc metrów. W tym przypadku instalacja jest w stanie zapewnić zład wynoszący około 200 litrów. Jest to jedna z opcji na uniknięcie montażu bufora w instalacji. To dobre rozwiązanie dla nowych domów, które często mają małe maszynownie. Jest to układ w którym na instalacji ogrzewania podłogowego nie ma siłowników mogących odciąć przepływ. Co w sytuacji zastosowania układu ogrzewania podłogowego z częściowym zasilaniem? 

Układ ogrzewania podłogowego z częściowym sterowaniem

Rozdzielacz podłogowy wciąż jest zasilany bezpośrednio z pompy ciepła, natomiast pojawia się na nim sterowanie częściowe. Na potrzeby przykładu załóżmy, że 50% pętli jest zawsze otwartych, 50% pętli jest sterowane przez siłowniki.

By zobrazować sytuację, przyjmijmy że klient ma nowo wybudowany dom o powierzchni 120 m2. Jest to budynek parterowy z salonem z aneksem kuchennym, trzema sypialniami, łazienkami i częścią komunikacyjną. Układ instalacji znajduje się na grafice poniżej.

Schemat 5. Ogrzewanie podłogowe w układzie z częściowym sterowaniem

Jeżeli w takim układzie inwestor chciałby sterować ogrzewaniem w każdej z tych sypialni osobno, czyli zastosować niezależne sterowanie strefowe, umożliwi mu to podpięcie tamtych pętli bezpośrednio do rozdzielacza podłogowego. Natomiast, część dzienna czyli salon z aneksem i łazienki zasilane będą bezpośrednio z układu pompy ciepła. Mimo tego, że tylko 50% pętli jest otwartych, to w zupełności wystarcza to na zapewnienia zładu wody na potrzeby pracy urządzenia. Z punktu widzenia hydraulicznego, przy dobrze dobranej pompie ciepła, bufor może być nie potrzebny. Natomiast sprawdzi się jako urządzenie do kompensacji mocy w instalacjach  z przewymiarowanymi pompami ciepła, do rozdzielenia obiegów grzewczych, czy w układach biwalentnych . Wszystkie przypadki rozpatrywane w naszej analizie miały poprawnie dobrane pompy ciepła.

Artykuł opracowano na podstawie webinaru przeprowadzonego w ramach Webinarowej Środy przez Pawła Maj pod tytułem “Dlaczego pompa ciepła potrzebuje zład wody, jaki i kiedy? Czy bufor zawsze jest potrzebny?”.

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