Czy stosować wymiennik pośredni glikol-woda w monoblokowych pompach ciepła?

Jak to jest z tym wymiennikiem? Stosować, czy nie stosować, jako zabezpieczenie przed zamrożeniem wymiennika w monoblokowej pompie ciepła?

Już sam fakt zastosowania wymiennika w celu zabezpieczenia wymiennika brzmi trochę enigmatycznie, ale w tym tekście postaramy się wszystko wyjaśnić. Na początku należy jeszcze zasygnalizować kwestię zabezpieczenia pompy obiegowej, jeśli takowa jest zamontowana w monobloku, a nie w budynku.  

W instalacjach pracujących w temperaturze poniżej 0 stopni Celsjusza glikole, a właściwie roztwory wodne glikolu etylenowego lub propylenowego, stosowane są od dawna. Producenci sprzedają koncentraty (stężenie 80% i wyższe) oraz gotowe płyny o stężeniu dopasowanym do temperatury pracy instalacji i uzupełnione o inhibitory korozji. Wodny roztwór glikolu zachowuje się podobnie jak kwas, dlatego lepiej jest korzystać z gotowych płynów, zamiast mieszać koncentrat z wodą. Przecież zazwyczaj nie wiemy, jakiej jakości wodą będziemy dysponować w miejscu napełniania instalacji.

Cena jednego litra takiego płynu waha się w granicach 10-15 zł. Jeśli chcielibyśmy ominąć zastosowanie wymiennika i uzupełnić cały zład wody w układzie ogrzewania i ciepłej wody, to musimy się liczyć ze sporym kosztem. Przeciętny dom o powierzchni 150 m2, z ogrzewaniem podłogowym, wykorzystuje 100 l w pętlach podłogowych i przynajmniej 100 l w armaturze (rozdzielacze, rury dobiegowe, naczynie przeponowe, wężownica w zasobniku CWU). Jeśli instalacja jest dodatkowo wyposażona w bufor, to nawet 150-200 l. Przyjmując zapotrzebowanie w wysokości 200 l, należy liczyć się z kosztem rzędu 2-3 tysiące zł. Zład w tym sam domu z ogrzewaniem grzejnikowym będzie podobny, ponieważ bufor w przypadku takiej instalacji jest trudny do pominięcia, a w obiekcie modernizowanym konieczny. W razie awarii lub przecieku strata całego medium byłaby nie do powetowania. Podczas napraw czy zwykłego malowania, biorąc pod uwagę konieczność demontażu grzejników, należałoby całą objętość płynu odzyskać i użyć ponownie.

Czy to jest dużo, czy mało za ochronę wymiennika (i pompy obiegowej) w monobloku? Na to pytanie każdy musi sobie odpowiedzieć sam. Zanim to jednak nastąpi, trzeba doprecyzować, jakie jeszcze implikacje niesie za sobą zastosowanie glikoli.

Glikole różnią się między sobą własnościami fizyko-chemicznymi. Najważniejszymi z punktu widzenia instalatora są gęstość, lepkość i ciepło właściwe. Spośród glikoli najkorzystniejsze właściwości wykazuje glikol etylenowy. Niestety, jest silnie toksyczny i jego zastosowanie w domowych instalacjach uważamy za skrajną nieodpowiedzialność. Przeciek w wypadku awarii i bezpośrednia styczność osób nieświadomych (np. dzieci) może skończyć się tragicznie. W związku z tym interesuje nas tylko glikol propylenowy, który nie jest toksyczny. Jednak w czasie jego rozlewania warto stosować środki ostrożności, takie jak rękawice ochronne czy okulary.

Ponieważ glikol ma dużo większą lepkość kinetyczną od wody, większą gęstość i mniejsze ciepło właściwe, gorzej przekazuje ciepło i stwarza większe opory w instalacji. Jego parametry pogarszają się wraz ze spadkiem temperatury pracy instalacji i wzrostem stężenia glikolu w roztworze wodnym. Roztwór 37%  może pracować do temperatury -20 stopni Celsjusza. Instalacja grzejnikowa, zaprojektowana dla wody o parametrach 55/45 stopni, w przypadku wypełnienia jej roztworem glikolu o stężeniu 37%, może przyjmować skrajne wartości oporów hydraulicznych oraz przepływu, a nawet je przekraczać. Dlatego należy przeliczyć parametry dla zwiększonych oporów i zwiększonego przepływu. Z kolei instalacja podłogowa, której temperatura pracy mieści się w granicach 35-28 stopni, wymaga zastosowania rur o większych średnicach (przynajmniej o jedną dymensję w stosunku do wody), krótszych pętli i pomp obiegowych o odpowiednio dobranych parametrach (dwukrotnie większych niż dla wody).

Oprócz kosztów inwestycyjnych musimy liczyć się też z dodatkowym kosztem pokrycia energii dla większej pompy obiegowej. Jeśli mamy już wykonaną instalację ogrzewania podłogowego, zaprojektowaną dla medium jakim jest woda, to napełnienie jej glikolem najprawdopodobniej spowoduje niedogrzewanie części pomieszczeń i zużycie znacznej ilości energii ponad potrzebę. Jeśli instalacja miałaby służyć latem do chłodzenia pomieszczeń, obniżenie temperatury glikolu do 18-20 stopni spowoduje podwojenie lepkości kinetycznej i znacznie zwiększy opory hydrauliczne. Jeśli pompa obiegowa będzie na tyle duża i pokona opory w pętlach, to z pewnością podniesie się zużycie energii wykorzystywanej do napędu pompy.

Wróćmy teraz do wymiennika. Tutaj opory hydrauliczne nie będą przeszkodą, bo obieg glikolowy od monobloku do wymiennika będzie bardzo krótki i pompa obiegowa sobie poradzi. Różnice ciepła właściwego wyrównamy ilością płyt w wymienniku i zwiększonym przepływem od strony glikolowej. Automatyka pomp RICOM HEAT jest przystosowana do utrzymania odpowiedniej delty temperaturowej na wymienniku glikolowym, dzięki czemu minimalizuje straty podczas wymiany ciepła. Jednak nie da się ich pominąć całkowicie – w zależności od warunków pracy oscylują między 2-6%. Do tych strat musimy jeszcze dodać energię zasilającą pompę obiegową na obiegu wtórnym wymiennika, która wynosi około 100 kWh/rok .

Jak wyglądają te liczby dla pompy o największej mocy, czyli ECOAIR 18 kW? Przykład:

- zapotrzebowanie na cele grzewcze i 4 osoby CWU 16 kW

- ogrzewanie podłogowe 35/30

- średnie straty na wymienniku 4%

Według kalkulatora RICOM HEAT, przy SCOP 4,11,  zużycie w sezonie wyniesie: 9.069 kWh x 4% = 362 kWh. Razem z energią wtórnej pompy obiegowej 462 kWh/rok. Jest to strata generowana rok w rok.

Jeśli instalacja podłogowa została zaprojektowana do chłodzenia latem, koszty z powodu zastosowania wymiennika glikolowego zwiększą się przynajmniej o koszt energii potrzebnej do zasilania pompy obiegu wtórnego wymiennika. Przy obniżeniu temperatury do 18-20 stopni w obiegu pierwotnym opory wzrosną, może nieznacznie ze względu na krótki odcinek rurociągu glikolowego, ale mimo wszystko wygeneruje to jakąś stratę.

Na sam koniec pozostało nam obliczenie kosztów montażu wymiennika glikolowego. Na rynku można znaleźć gotowe zespoły przyłączeniowe wymiennika z pompą obiegową i rurami typu flex w otulinie kauczukowej. Koszt netto takiego zestawu wynosi od 3.000 do 5.000 zł. Można dobrać wszystko samemu i złożyć w całość. Wymienniki to koszt od 800 do 2.000 zł. Pompy obiegowe elektroniczne: od 800 do 1.200 zł. Zawory zwrotne, odcinające i śrubunki łącznie oznaczają kwotę podobną. Koszt montażu z zakupem nie wyniesie mniej niż 3.000- 5.000 zł, w zależności od mocy pompy ciepła i rodzaju instalacji. Do tego jeszcze dodatkowe naczynie przeponowe, belka bezpieczeństwa, zawory serwisowe i sam roztwór glikolu, przynajmniej 20 l. 

Czy wymiennik pośredni glikolowy potrafi zabezpieczyć instalację przed zamarznięciem? Z pewnością tak. W pewnych warunkach może być jedynym możliwym do zastosowania środkiem, np. w domach sezonowych, znajdujących się bez nadzoru wysoko w górach, gdzie skutki awarii linii energetycznych mogą utrzymywać się ponad tydzień i dłużej.

W warunkach standardowych istnieje szereg innych rozwiązań z pewnością skutecznych i o wiele prostszych. Napiszemy o nich w kolejnych poradach.