Jak dobrze wyregulować krzywą grzewczą pompy?

Komfort cieplny zależy od temperatury, wilgotności i ruchu powietrza. Według przyjętych norm komfortowa temperatura zimą wynosi 20-23 stopnie Celsjusza. Ogrzewanie ma za zadanie utrzymać komfort cieplny w pomieszczeniu na takim poziomie. Oczywiście nie dotyczy to łazienek, garaży czy pomieszczeń gospodarczych, w których wymagane są wyższe bądź niższe temperatury. Tak czy inaczej ogrzewanie jest projektowane z myślą o najwyższej potrzebnej mocy.

W Polsce jest 5 stref klimatycznych, a temperatura projektowa powietrza zewnętrznego waha się od -16 do -24. Różnica między Koszalinem a Suwałkami wynosi aż 8 stopni. Czy to oznacza, że przeprowadzając się z Suwałk do Koszalina zaoszczędzimy na ogrzewaniu? Niekoniecznie. Dużo większe znaczenie ma konstrukcja budynku, jaki musimy ogrzewać. Ciepło jest energią, którą tracimy przez przegrody, ściany, stropy, posadzkę, dach, okna czy drzwi. Im opór cieplny tych elementów jest większy, tym strata ciepła w danej jednostce czasu jest odpowiednio mniejsza. Może się okazać, że mniej energii stracimy w nowoczesnym domu w Suwałkach, niż w mieszkaniu w Koszalinie w starej kamienicy. Jak więc do tego zagadnienia podejść praktycznie?

Musimy znać całkowitą moc potrzebną do ogrzewania budynku w temperaturze projektowej dla danej strefy klimatycznej. Montujemy odpowiednio dobraną powietrzną pompę ciepła, dopasowaną dla przykładu do strefy III: -18 stopni Celsjusza. W tej strefie budynek wymaga ogrzewania przy temperaturze zewnętrznej od -18 do +15. Oznacza to, że mamy do czynienia z 34 temperaturami zewnętrznymi (bo w takiej skali się poruszamy), w których zapotrzebowanie na ciepło będzie się zmieniać. Będzie rosło ze spadkiem temperatury zewnętrznej i malało ze wzrostem temperatury zewnętrznej.

Jeśli przyjmiemy, że 100% mocy potrzebujemy przy -18 stopniach, a z ogrzewania korzystamy do + 15 stopni, to 100%/34= 2,94. Oznacza to, że wraz ze spadkiem temperatury powietrza o 1 stopień, zapotrzebowanie na moc wzrasta o prawie 3%. Dla mocy maksymalnej, np. 8 kW, każdy stopień generuje 240 W dodatkowej mocy.

To obliczenie zakłada proporcjonalną stratę ciepła, ale czy tak jest w rzeczywistości? Nie wiemy tego, ale można przypuszczać, że nie. Wystarczy dodać takie dodatkowe czynniki jak siła wiatru i jego kierunek, czy ewentualne błędy w konstrukcji budynku. Skoro zapotrzebowanie na moc zmienia się dynamicznie, automatyka urządzenia powinna podążać za tymi zmianami. Taką właśnie funkcję spełnia dobrze wyregulowana krzywa grzewcza.

Krzywa grzewcza nie jest nowością w sterowaniu urządzeniami grzewczymi, ale w żadnym urządzeniu nie jest tak istotna jak w pompie ciepła. Wiemy, że im różnica temperatury miedzy dolnym a górnym źródłem ciepła jest mniejsza, tym mniej energii potrzebujemy do napędu pompy ciepła. A na tym nam właśnie zależy, ponieważ chcemy, aby pompa ciepła pobierała jak najmniej energii i jak najwięcej produkowała.

Moc cieplna przekazywana do pomieszczenia zależy nie tylko od temperatury zasilania i powrotu, ale też od powierzchni grzejnika (ściennego, podłogowego), temperatury powietrza w pomieszczeniu i ilości przepływu wody grzewczej przez grzejnik.

Krzywa grzewcza jest funkcją, w której na osi poziomej mamy temperaturę zewnętrzną, a na osi pionowej temperaturę zasilania. Oś pozioma jest stała i nie mamy na nią wpływu. Przypisujemy tylko temperaturę wody zasilającej układ grzewczy do danej temperatury zewnętrznej. Gdybyśmy ustawili jednakową temperaturę zasilania dla wszystkich temperatur zewnętrznych (np. 55 st. C.), uzyskalibyśmy całkowicie płaską krzywa grzewczą równoległą do osi poziomej i stałą temperaturę zasilania w buforze. W takim przypadku COP pompy rosłoby tylko w przypadku wzrostu temperatury zewnętrznej. Jeśli natomiast ustawimy temperaturę zasilania układu grzewczego proporcjonalnie do temperatury powietrza zewnętrznego, tak aby zbliżyć się do obliczonej różnicy w zapotrzebowaniu na moc (w naszym przypadku około 3% na każdy stopień), to COP pompy wzrośnie szybciej, ponieważ temperatura zewnętrzna rośnie, a temperatura zasilania spada.

Co zyskujemy dzięki dobrze dobranej krzywej grzewczej pompy ciepła?

1. Komfort cieplny w pomieszczeniach w całym okresie grzewczym.

2. Minimalizację kosztów ogrzewania.

3. Redukcję liczby startów sprężarki.

Jak to zrobić w praktyce?

Im lepiej wykonana jest instalacja po stronie wtórnej, czyli tam, gdzie dystrybuujemy ciepło (powierzchnia grzejników, równoważenie, średnice rur, grupy pompowe z pompami elektronicznymi, KVS zaworów mieszających), tym łatwiej będzie dopasować krzywą ogrzewania do budynku. Znaczenie ma również poziom docieplenia budynku oraz brak błędów na styku ściana- okap (mostki termiczne, przewiewy). Jeśli sami wykonujemy instalację możemy sobie wszystko policzyć, ale i tak regulacja krzywej grzewczej wymaga czasu i cierpliwości.

Nowe budynki przez pierwsze dwa lata wymagają więcej energii, więc po tym okresie krzywą trzeba wyregulować kolejny raz. W budynkach modernizowanych przeważnie zastajemy jakąś instalację kotłową, która może nam dostarczyć informacji potrzebnych do pompy ciepła. W tym celu można zapytać użytkownika, jaką maksymalna temperaturę utrzymywał na kotle w najzimniejsze dni, a jaka przeciętną. Od tej temperatury można wyjść i wykonać obliczenia proporcjonalnie według przedstawionej powyżej zasady. Następnie zostawiamy ogrzewanie na 48 godzin. Jeśli jest za ciepło, obniżamy krzywą o jeden poziom, a jeśli za zimno, podnosimy o jeden. Zostawiamy ogrzewanie na kolejne 48 godzin i sprawdzamy. Postępujemy tak, aż znajdziemy taką krzywą, która będzie zabezpieczać nam pożądaną temperaturę w pomieszczeniach. Wykonywanie wszystkiego samodzielnie wymaga modułu internetowego, ponieważ niewykonalne jest ustawianie kilku lub kilkunastu instalacji jednocześnie. Najlepszym rozwiązaniem jest przeprowadzenie klientowi szkolenia z regulacji krzywej grzewczej.

Dobrze dobrana krzywa powinna być podstawą sterowania ogrzewaniem wykorzystującym inwerterową pompę ciepła. To ona gwarantuje maksymalną wydajność urządzenia i minimalną liczbę startów sprężarki, a od tego przede wszystkim zależy żywotność pompy i opłacalność całej inwestycji.

Dobrze wyregulowaną krzywą można szybko zepsuć. Wystarczy podłączyć termostat pokojowy i ustawić jego wpływ na temperaturę zasilania na choćby 1 stopień. W takim wypadku automatyka podnosi krzywą o 1, co rujnuje cały zabieg. O wykorzystywaniu termostatów do pomp ciepła napiszemy w naszych kolejnych poradach.