Chłodzenie z użyciem pompy ciepła
Poradnik – pompa ciepła
Jak chłodzi pompa ciepła
Pompy ciepła mogą być używane również do chłodzenia pomieszczeń mieszkalnych, gdy spełnione są odpowiednie wymagania techniczne. Czy to pompy ciepła typu powietrze-woda, solanka-woda, czy woda-woda – w odróżnieniu od tradycyjnych instalacji klimatyzacyjnych pompy ciepła chłodzą bez nieprzyjemnych podmuchów powietrza, za pomocą obiegów wodnych ogrzewania podłogowego lub ściennego.
Rozróżnia się przy tym dwa tryby pracy, chłodzenie aktywne i pasywne. Oba rodzaje chłodzenia działają na tej samej zasadzie: zamiast pobierania ciepła z otoczenia i oddawania go do budynku, jak w trybie grzewczym, latem nadmiar ciepła jest pobierany z pomieszczeń i odprowadzany na zewnątrz.
Chłodzenie pasywne za pomocą pompy ciepła
Chłodzenie pasywne (natural cooling) bazuje wyłącznie na zasadzie przekazywania ciepła, bez pracy sprężarki. Poprzez obiegi grzewcze energia cieplna jest pobierana z budynku i przekazywana bezpośrednio do obwodu głównego pompy ciepła z dodatkowym wymiennikiem ciepła.
Poprzez obwód główny energia cieplna jest przekazywana do gruntu lub wód gruntowych. W trakcie procesu chłodzenia pasywnego pompa ciepła nie pracuje – pozostaje w wyłączonym, „pasywnym” stanie. Jako powierzchnie chłodzące mogą być wykorzystywane ogrzewanie podłogowe lub ścienne.
Odpowiednie pompy ciepła:
Chłodzenie aktywne za pomocą pompy ciepła
Podczas chłodzenia aktywnego (active cooling) pompa ciepła musi działać w odwrócony sposób. Oznacza to, że obieg czynnika chłodniczego musi się dać odwrócić.
Podczas chłodzenia aktywnego ma on przeciwny kierunek. W trakcie chłodzenia woda krążąca w danych obwodach grzewczych lub w oddzielnych obwodach chłodzących pobiera z budynku energię cieplną i doprowadza ją bezpośrednio do pompy ciepła.
W pompie ciepła odwrócony obieg czynnika chłodniczego powoduje, że ciepło z pomieszczeń jest oddawane do powietrza na zewnątrz. Pompa ciepła pozostaje „aktywna”. Jako powierzchnie chłodzące do chłodzenia aktywnego mogą być używane ogrzewanie podłogowe lub ścienne.
Odpowiednie pompy ciepła Kermi:
Rozróżnianie między chłodzeniem aktywnym a pasywnym
Chłodzenie pasywne
W przypadku chłodzenia pasywnego woda w systemie dystrybucji ciepła jest chłodzona wyłącznie na drodze wymiany ciepła z gruntem. Chłodna woda o temperaturze ok. 18 °C przepływa przez obiegi grzewcze lub chłodzące i odbiera ciepło z pomieszczeń mieszkalnych.
Odbieranie ciepła jest realizowane za pomocą dodatkowego wymiennika ciepła, dzięki czemu nadmiar ciepła jest odprowadzany do gruntu. Pompa ciepła nie pracuje przy tym aktywnie. Pracują wyłącznie źródło ciepła i pompa układu grzewczego, które zapewniają cyrkulację oraz konieczną wymianę ciepła.
Chłodzenie aktywne
W chłodzeniu aktywnym zasada działania pompy ciepła zostaje odwrócona. W gorące dni pompa pobiera ciepło z pomieszczeń i chłodzi je za pomocą sprężarki. Można powiedzieć, że budynek staje się „lodówką”.
Pompa ciepła aktywnie pracuje. Obieg czynnika chłodniczego złożony z odparowania, sprężania i skraplania ma przy tym odwrotny kierunek w porównaniu z trybem ogrzewania: wcześniejszy parownik staje się skraplaczem, a skraplacz parownikiem.
Ważne:
Jeśli chłodzenie jest realizowane z użyciem ogrzewania podłogowego lub ściennego, temperatura nie może spadać poniżej punktu rosy. W przeciwnym razie wilgoć może się skraplać na lub w podłożu i powodować szkody. Bezpieczeństwo zapewniają w tym przypadku specjalne czujniki, które wyłączają chłodzenie w razie spadku temperatury poniżej punktu rosy (zależnego od temperatury i wilgotności względnej).
Wymagania ogólne
Zacienienie
Ważnym aspektem w budynku z chłodzeniem jest odpowiednie zacienienie powierzchni okiennych. Aby działanie chłodzenia było odczuwalne, ogrzewanie przez słońce w trakcie chłodzenia musi być zmniejszone do minimum, w przeciwnym razie w gorące letnie dni ilość energii cieplnej dostającej się do budynku przez okna będzie większa niż dostępna moc chłodzenia instalacji.
Chłodzenie w pomieszczeniu
Aby dostarczana przez pompę ciepła zimna woda również mogła być wykorzystana, w pomieszczeniu musi być zainstalowany odpowiedni system chłodzenia. Najprostszym rozwiązaniem jest zamienienie zainstalowanego ogrzewania podłogowego za pomocą odpowiednich regulatorów pokojowych i kontroli punktu rosy w chłodzenie podłogowe. Działanie chłodzenia podłogowego w pomieszczeniu jest jednak silnie zależne od odstępu instalacyjnego ogrzewania podłogowego, właściwości podłogi (np. podłoga z płytek lub drewna), a także od rodzaju konstrukcji budynku. W zależności od tych czynników chłodzenie podłogowe może mieć jedynie ograniczony wpływ na temperaturę w pomieszczeniu. Ponadto może dojść do utraty komfortu, spowodowanej przez odczucie „zimnej podłogi”. Możliwe inne lub dodatkowe systemy chłodzenia, takie jak np. sufitowe elementy chłodzące lub systemy z konwektorami wentylatorowymi w różnych wersjach, w większości przypadków mogą wielokrotnie zwiększyć moc chłodzenia pomieszczenia.
Punkt rosy
Bardzo ważnym parametrem dla chłodzenia budynku jest punkt rosy. Zależnie od temperatury otoczenia, temperatury zasilania systemu chłodzenia, wilgotności powietrza i właściwości powierzchni przy chłodzeniu budynków może dochodzić do niechcianego gromadzenia się wilgoci lub wody powodowanego spadkiem temperatury poniżej punktu rosy. Należy temu bezwzględnie zapobiegać, ponieważ niepożądane gromadzenia się wilgoci lub wody może powodować poważne szkody w budynku i systemie. Jeśli używana jest funkcja chłodzenia, wszystkie przewody rurowe i kształtki muszą być wykonane z materiału odpornego na korozję. Ponadto, odpowiednie przewody rurowe i zasobniki buforowe/sprzęgła hydrauliczne wewnątrz budynku muszą posiadać izolację paroszczelną.
Zależnie od systemu chłodzenia musi być zapewniona kontrola punktu rosy, która w razie spadku temperatury poniżej punktu rosy wyłączy chłodzenie odpowiednich systemów, zanim dojdzie do gromadzenia się wilgoci. Powstający kondensat musi być w kontrolowany sposób odprowadzany (np. w przypadku konwektorów wentylatorowych).
Kontrola punktu rosy w systemie ogrzewania i chłodzenia podłogowego
Zalecane jest po jednym czujniku punktu rosy bezpośrednio na zasobniku, odpowiednio do danej pompy obiegu grzewczego/chłodzenia. Ponadto w każdym rozdzielaczu ogrzewania podłogowego musi być zainstalowany i podłączony czujnik punktu rosy.
Przełączanie ogrzewania na chłodzenie – sygnał Change/Over (C/O)
Aby cała technika ogrzewania/chłodzenia w budynku rozpoznawała, czy system znajduje się w trybie ogrzewania, czy trybie chłodzenia, używany jest tak zwany sygnał Change/Over (C/O). Nadrzędny regulator decyduje, najczęściej na podstawie temperatury zewnętrznej, czy system ma ogrzewać, czy chłodzić – zadania te w normalnej sytuacji przejmuje pompa ciepła. Przy przełączaniu z ogrzewania na chłodzenie jest zwierany lub rozwierany kontakt. Styk ten przekazuje innym urządzeniom w systemie (np. ogrzewaniu/chłodzeniu podłogowemu), że aktualnie ma miejsce chłodzenie.
Planowanie i założenia projektowe chłodzenia
Aby zapewnić działanie chłodzenia, zalecane jest zaprojektowanie każdego systemu chłodzenia z użyciem obliczania obciążenia cieplnego urządzeń chłodniczych. Należy obliczyć i zaplanować ogólne obciążenie cieplne urządzeń chłodniczych, wymaganą moc chłodniczą systemów w pomieszczeniu i wszystkie pozostałe wymagane dane. Nie należy zapominać o ogrzewaniu przez promieniowanie słoneczne, wewnętrznych zyskach energii cieplnej powodowanych przez urządzenia elektryczne lub osoby, wymianie powietrza wskutek grawitacyjnej lub mechanicznej wentylacji budynku itd. Kwestie te należy uwzględnić w obliczeniach.