Oszczędne przygotowanie ciepłej wody użytkowej

Niniejsze opracowanie poświęcone jest analizie techniczno – ekonomicznej zastosowania w systemach podgrzewu ciepłej wody użytkowej sprężarkowych pomp ciepła, w których dolnym źródłem jest powietrze wentylacyjne (atmosferyczne).

Pompa ciepła podgrzewa ciepłą wodę użytkową, wykorzystując do tego celu energię cieplną z powietrza wentylacyjnego budynku. W pełni pokrywa ona całkowite zapotrzebowanie domu jednorodzinnego w ciepłą wodę użytkową. Dzięki zastosowaniu pompy ciepła można jednocześnie osiągnąć dwa efekty energetyczne: bardzo oszczędnie podgrzewać ciepłą wodę i jednocześnie chłodzić wnętrze budynku latem. Pomieszczenie, w którym instaluje się urządzenie powinno być ciepłe (np. kotłownia, piwnica, poddasze). Jednak najlepiej sprawdza się ona w pomieszczeniach, gdzie pracują już inne urządzenia emitujące ciepło: pralnia, suszarnia czy spiżarnia. W pomieszczeniach tych pompa ciepła będzie ochładzać powietrze i jednocześnie osuszać je. Ta ostatnia własność stanowi niewątpliwą zaletę dla pompy ciepła, szczególnie, gdy pompę ciepła zainstalujemy w pralni, suszarni czy piwnicy. Okaże się szybko, że ciepła woda podgrzewana jest bardzo ekonomicznie, a pomieszczenia są suche, wolne od wilgoci, pleśni i nieprzyjemnych zapachów.

Powietrze z wnętrza budynku zostaje zassane przez pompę ciepła, ochłodzone i znowu wytłoczone do pomieszczenia. Jednocześnie z powietrza, na powierzchni parownika, zostaje wykroplona wilgoć, w konsekwencji czego powietrze wypływające z pompy ciepła jest suche i chłodne. W ten sposób realizowane jest ochładzanie budynku latem dzięki pompie ciepła.

Zasada działania pompy ciepła na cele c.w.u (rysunek 1)

Wentylator pompy ciepła zasysa ciepłe powietrze z pomieszczenia  i przetłacza je przez parownik (wymiennik ciepła), na którym powietrze to jest ochładzane o ok. 5-7K, a dalej wytłaczane jest np. na zewnątrz budynku lub do tego samego pomieszczenia. Dzięki temu niewielkiemu wychłodzeniu powietrza, pompa ciepła odbiera z niego dużą ilość ciepła, które wykorzystane będzie do podgrzewana ciepłej wody użytkowej w 280 litrowym zasobniku. Latem zaś, ciepłe powietrze zasysane jest z zewnątrz budynku, a te nieco schłodzone na parowniku może być kierowane do wnętrza budynku.

Pompy ciepła do podgrzewania ciepłej wody użytkowej sprawdzają się świetnie jako samodzielny lub uzupełniający system przygotowania ciepłej wody w budynku mieszkalnym. Pompa ciepła posiada wbudowaną w zbiornik, stalową wężownicę do której można podłączyć instalację słoneczną, kominek z płaszczem wodnym lub kocioł na paliwo stałe (rysunek 2). Jest to niewątpliwa zaleta tego urządzenia bo pozwala na wykorzystanie nadwyżki ciepła z kominka lub kotła do podgrzewania wody. Zimą (rysunek 3), gdy palimy w kominku lub kotle, woda podgrzewana jest przez wężownicę, a gdy kominek/kocioł zgaśnie, podgrzewanie wody przejmuje pompa ciepła.

Rys 2. Podłączenie pompy ciepła na cele c.w.u z konwencjonalnym źródłem energii

Rys 3. Zasada działania pompy ciepła na cele c.w.u (okres zimowy)

Rys 4. Widok pompy ciepła typu Dimplex DHW 300D+

Dane techniczne pompy ciepła Dimplex  DHW300D+ – rysunek 4

Wyniki pomiarów  cieplno-przepływowych pompy ciepła Dimplex  DHW300D+

1. Temperatura podgrzewanej wody

Podczas proby, podgrzewana woda osiągnęła w zasobniku temperaturę ~ 60 oC.

1. Zużycie energii elektrycznej

Całkowita ilość energii elektrycznej zużytej podczas podgrzewania wody przez pompę ciepła:

(od temperatury +15,5oC do +59,6oC) - 4,9 kWh.

 3. Czas podgrzewania wody

Temperatura początkowa wody w zasobniku: +15,5°C

Uzyskana podczas proby, temperatura podgrzewanej wody: ~ 60°C

Czas podgrzewania wody: ~ 7 godzin

 4. Szybkość podgrzewania wody

Na wykresie nr 1 przedstawiono dynamikę przyrostu temperatury podgrzewanej wody w zasobniku w zależności od upływającego czasu pracy pompy ciepła. Z wykresu można odczytać, że temperaturę podgrzewanej wody w zasobniku o wartości +49oC pompa ciepła osiąga po upływie 5 godzin i 50 minut od początku procesu jej podgrzewania.

Wykres nr 1. Przyrostu temperatury podgrzewanej wody w zasobniku w zależności od upływającego czasu pracy pompy ciepła

5. Koszt podgrzewania wody w zależności od temperatury

Na wykresie nr 2 przedstawiono koszty podgrzewania wody przez pompę ciepła w zależności od temperatury podgrzewanej wody. Zatem koszt podgrzania 280 dm3 (litrow) wodyod +15,5 oC do +49oC wynosi około 1,77 PLN, przy z ałożeniu ceny energii elektrycznej na poziomie 0,52zł za 1 kWh.

Wykres nr 2. Koszt podgrzewania c.w.u przez pompę ciepła w zależności od temperatury podgrzewanej wody

(cena energii elektrycznej na poziomie 0,52zł za 1 kWh)

Podsumowanie

 Pompa ciepła pozyskuje około 70% potrzebnej energii cieplnej do podgrzewania c.w.u.  z powietrza wentylacyjnego. W ten sposób koszty podgrzewania ciepłej wody zostają zminimalizowane aż 2/3. Do podgrzania 280dm3 wody do temperatury 45°C powietrzną pompą ciepła potrzebujemy około 5 godzin, zaś koszt jej uzyskania wynosi około 1,50zł (przy założeniu ceny energii elektrycznej na poziomie 0,52zł/kWh). Podgrzewa ona wodę niezależnie od warunków pogodowych, jedynym warunkiem jest temperatura powietrza zasysanego przez pompę ciepła powyżej -7°C, poniżej tej temperatury załącza się grzałka elektryczna lub dodatkowe źródło ciepła. Do pompy ciepła można podłączyć instalację słoneczną, kominek z płaszczem wodnym lub kocioł na paliwo stałe dzięki wbudowanemu wymiennikowi ciepła w postaci wężownicy wewnątrz pompy ciepła jako dodatkowe źródło ciepła. Idealnie omawiane urządzenie nadaje się do modernizacji istniejących instalacji c.w.u., dzięki przystępnej cenie (około 9 000,00zł) i niskiej eksploatacji jest ona do tego celu uzasadniona pod względem ekonomicznym.

mgr inż. Adam KONISZEWSKI