Instalacja c.w.u. z wykorzystaniem pompy ciepła

Czego dowiesz się z artykułu?

• Jakie warunki musi spełniać instalacja ciepłej wody?
• Jaka powinna być temperatura wody?
• Jak wyeliminować zagrożenie legionellą?
• Dlaczego tylko instalacje z zasobnikiem?
• Ile potrzeba ciepłej wody?
• Jaki zasobnik dla pompy ciepła?
• Czy potrzebna jest cyrkulacja?

Jakie warunki musi spełniać instalacja ciepłej wody?

W dobrze wykonanej instalacji ciepłej wody użytkowej (c.w.u.), woda zawsze powinna spełniać kilka warunków:

• mieć wystarczająco wysoką temperaturę;
• być dostępna w odpowiedniej ilości, tak by można z niej było korzystać naraz w kilku miejscach bez widocznego spadku ciśnienia, a napełnienie wanny nie oznaczało, że następna osoba będzie musiała czekać np. przed wzięciem prysznica;
• być dostępna natychmiast po odkręceniu kranu, żeby nie trzeba było czekać, aż z rur spłynie duża ilość zalegającej w nich, już wystudzonej wody. Oznacza to wygodę, ale także mniejsze zużycie wody i mniej ścieków, co szczególnie ważne w domach z własnym szambem;
• koszt jej przygotowania powinien być niski.

Dotyczy to każdej instalacji, niezależnie czy za podgrzanie c.w.u. odpowiada kocioł, czy pompa ciepła. Pompa wymaga jednak nieco innego podejścia od projektanta i instalatora.

Jaka powinna być temperatura wody?

Dla kosztów pracy pompy ciepła, im niższa będzie temperatura przygotowywanej wody, tym lepiej. Jednak nie można z tym przesadzać, bo kąpiel w zbyt chłodnej wodzie trudno nazwać przyjemnością, a zmywanie w zbyt niskiej temperaturze będzie, po prostu, nieskuteczne.

Przyjmuje się, że woda nie powinna być chłodniejsza niż:

• 37°C do mycia rąk i do prysznica;
• 40°C do kąpieli;
• 50°C do mycia naczyń kuchennych.

Jednak wiele osób lubi prysznic i kąpiele w nieco wyższej temperaturze 40-45°C, jeśli do nich należymy, trzeba to uwzględnić przy projektowaniu.

Warto zauważyć, że najcieplejszej wody potrzebujemy w kuchni, ale jej zużycie jest tam niewielkie. W kuchennym zlewie najczęściej myjemy duże zatłuszczone garnki i patelnie, które trudno zmieścić w zmywarce. Wysoka temperatura jest jak najbardziej pożądana, bo zdecydowanie zwiększa skuteczność płynów do zmywania (detergentów).

Z drugiej jednak strony, w domu z pompą ciepła ogrzewanie całego zapasu c.w.u. do 50-55°C, by potem do większości zastosowań mieszać ją z zimną jest marnotrawstwem. Dlatego w kuchni warto zainstalować niewielki, np. 5 l, elektryczny ogrzewacz pojemnościowy, ewentualnie, przepływowy. Połączony szeregowo z głównym zasobnikiem, będzie on czerpał z niego wodę o temperaturze ok. 40°C i dogrzewał ją do 50-55°C.

Zużycie prądu przez ogrzewacz nie będzie duże, bo wówczas różnica temperatury wody jest niewielka (15 K). Ponadto, w tej sytuacji można zrezygnować z cyrkulacji c.w.u. pomiędzy głównym zasobnikiem wody a kuchnią.

Podgrzewacz zasobnikowy o pojemności 5-10 l w kuchni sprawdzi się lepiej niż przepływowy. Nad zlewem odkręcamy wodę na krótko, a każdy ogrzewacz przepływowy charakteryzuje pewna bezwładność - woda o odpowiedniej temperaturze jest dostępna z niewielkim opóźnieniem.

Może cię zainteresować

Jak zamontować przydomową oczyszczalnię ścieków na kopcu nasypowym? MultiSkin PUSH - idealne rozwiązanie do instalacji wody użytkowej i systemów grzewczych w budynkach mieszkalnych Wszystko o rurach spustowych Pompy głębinowe w technologii DRYRUN PRO. Co to jest suchobieg? Jakie rury służą do wykonania instalacji pneumatycznej? Jak zabezpieczyć pompę do wody przed pracą na sucho? Jak długo pompa może pracować na sucho? Co to jest norma ISO 9001:2015 i jakie są korzyści z certyfikacji dla klientów firmy? Przydomowa oczyszczalnia ścieków na każde warunki gruntowe Jak zapewnić szczelność połączeń w instalacjach sanitarnych? Czym się różni anoda magnezowa od tytanowej? Instalacje sanitarne w nowym domu. Co musisz wiedzieć? Jak montuje się szybkozłączkę do szamba w ogrodzeniu? Jak podłączyć pływak do pompy wody? Jakie powinno być ciśnienie w instalacji wodnej w domu i jak je zapewnić? Jak zapewnić stabilne ciśnienie wody w domu? Co powinieneś wiedzieć o programie dofinansowania Moja Woda? Jak działa pompa abisynka? Jakie są średnice rur odpływowych z PVC w kanalizacji zewnętrznej? ESYBOX MAX - hydroforowa technologia przyszłości! Rekuperatory do odzysku ciepła z wody szarej: oszczędność i ekologia Dlaczego w instalacji c.o. warto stosować filtr magnetyczny? Jak działa przewód grzewczy z termostatem? Ochrona rur z wodą przed zamarzaniem Kiedy trzeba zamontować reduktor ciśnienia wody w domowej instalacji? Jak przebiega montaż sygnalizatora szamba? Polietylenowa czy kauczukowa - którą izolację rur wybrać?

Zobacz więcej Zwiń

Niewielki ogrzewacz pod zlewem to najlepszy sposób na podniesienie temperatury c.w.u. w kuchni (fot. Drawar)

Jak wyeliminować zagrożenie legionellą?

Instalacje ciepłej wody stwarzają korzystne warunki dla rozwoju niebezpiecznych bakterii z rodzaju Legionella. Ich namnażaniu się sprzyja:

• długa sieć rurociągów;
• duże zbiorniki c.w.u. (szczególnie o pojemności ponad 400 l);
• temperatura poniżej 60°C (w wyższej giną);
• woda pozostająca w bezruchu ("ślepe" odcinki rurociągów, sporadycznie wykorzystywane punkty poboru).

Dlatego zaleca się, by instalacja wodociągowa była tak zaprojektowana, aby można było przeprowadzić jej okresową dezynfekcję przez podniesienie temperatury wody do 60°C. Tyle powinna wynieść temperatura w punktach poboru, a nie tylko w samym zasobniku. Nie każda pompa ciepła może nam zapewnić tak wysoką temperaturę, dlatego zbiornik powinien mieć grzałkę elektryczną, która w razie potrzeby dodatkowo podgrzeje wodę.

Dlaczego tylko instalacje z zasobnikiem?

Ciepła woda użytkowa (c.w.u.) może być podgrzewana w domu na dwa sposoby - przepływowo, czyli tylko w momencie, gdy z niej korzystamy, lub też można ją gromadzić zawczasu w zbiorniku o odpowiednio dużej pojemności.

W przypadku instalacji z pompą ciepła, stosowany jest tylko drugi z tych sposobów. Przyczyn jest kilka.

• Przepływowe podgrzewanie wody wymaga urządzeń o bardzo dużej mocy grzewczej, bo w przybliżeniu 1 kW mocy urządzenia zapewnia nam 0,5 litra ciepłej wody na minutę. Dlatego nawet do wygodnego korzystania z prysznica potrzebny jest podgrzewacz o mocy co najmniej 20 kW. Jeśli równocześnie korzystamy z ciepłej wody w kilku miejscach, to wymagana moc jest jeszcze wyższa.

Moc pompy ciepła w domu jednorodzinnym wynosi zwykle ok. 10 kW, a więc zdecydowanie zbyt mało. Instalowanie urządzenia o znaczniejszej mocy nie ma zaś sensu - wyraźnie podskoczyłyby koszty pompy oraz dostosowanej do jej mocy większej instalacji po stronie dolnego źródła ciepła. Ponadto, taka przewymiarowana pompa byłaby źródłem problemów w czasie pracy na potrzeby c.o.

• Podgrzewanie przepływowe oznacza częstą, ale krótkotrwałą pracę, gdy potrzebujemy niewiele wody, np. tylko do umycia rąk. Taki sposób eksploatacji wpływa negatywnie na żywotność sprężarki pompy ciepła (jej najdroższego elementu) i podnosi koszty jej użytkowania. Minimalny czas pracy pompy nie powinien być krótszy niż 10-15 minut.
• Z ciepłej wody korzystamy głównie w ciągu dnia, podgrzewanie przepływowe uniemożliwia więc przejście na dwutaryfowe rozliczanie za elektryczność i tańszy prąd w godzinach nocnych.

Ile potrzeba ciepłej wody?

W przybliżeniu przyjmuje się, że jedna osoba zużywa 50 l wody o temperaturze 40°C w ciągu doby. Jest to jednak wartość średnia i warto uwzględnić także inne czynniki, zanim zdecydujemy się na dobór zasobnika zgodnie z tą regułą. Teoretycznie, dla czteroosobowej rodziny wystarczy zasobnik 200 l, bo 4 × 50 l = 200 l. Porównajmy to jednak ze zużyciem wody do różnych celów sanitarnych:

• 120-150 l kąpiel;
• 50 l prysznic;
• 3-5 l mycie rąk.

Łatwo zauważyć - jedna kąpiel w wannie pochłania zasób wody przewidziany dla trzech osób! Koniecznie trzeba więc uwzględnić upodobania domowników oraz pojemność wanny, jako największego "odbiornika" c.w.u.

W wielu instalacjach z kotłem dobrze sprawdzają się niewielkie zasobniki 120-150 l. W ich przypadku większą ilość c.w.u. można bardzo łatwo uzyskać, podnosząc temperaturę wody w zasobniku. Jeśli 150 l wody podgrzejemy nie do 40°C ale do 60°C, to po wymieszaniu z zimną (10°C) otrzymamy 250 l wody o temperaturze 40°C.

Na koszty pracy kotła nie będzie to miało praktycznie żadnego wpływu, nieco większe będą zaś straty ciepła z zasobnika do otoczenia (bo różnica temperatury wzrosła). Natomiast nie każda pompa ciepła będzie w stanie podgrzać wodę aż do 60°C, a jeśli nawet, to jej sprawność będzie wówczas znacznie niższa, co oznacza większe zużycie prądu. Lepiej więc tego unikać.

Ponadto, część kotłów gazowych i olejowych, po wyczerpaniu wody z zasobnika, zaczyna pracować jako dwufunkcyjne i podgrzewa wodę przepływowo.

Drugi sposób zwiększenia ilości ciepłej wody w stosunku do pojemności zasobnika, to uruchomienie podgrzewania, gdy zapas ciepłej wody zostanie tylko częściowo zużyty. Do podgrzania całego zbiornika o pojemności 200 l wody z 10°C do 40°C potrzeba 7 kWh energii. Pompa ciepła o mocy 10 kW będzie pracować więc ok. 45 minut, by to osiągnąć. Jeśli zaś podgrzać trzeba tylko połowę objętości (100 l), to wystarczy nieco ponad 20 minut.

Chodzi oczywiście o sytuację, gdy pompa pracuje z priorytetem c.w.u. – podgrzewając wodę, nie ogrzewa budynku. Wbrew pozorom nie jest to kłopotem, bo ze względu na dużą akumulację ciepła przez budynek (ściany, stropy, podłoga), wyłączenia ogrzewania na kilkadziesiąt minut w ogóle nie odczujemy.

Nawet jeśli rozliczamy się za prąd dwutaryfowo, to taki sposób pracy także jest dopuszczalny, bo opłaty za energię są niższe nie tylko nocą (22.00-6.00), ale i w środku dnia (13.00-15.00). Wystarczy więc, jeśli w ciągu dnia pompa uruchomi się właśnie w tym czasie.

Reasumując, pojemność zasobnika trzeba dobierać, uwzględniając średnie zużycie ciepłej wody na osobę ok. 50 l (jeśli wiemy, że domownicy wody nie oszczędzają, to odpowiednio więcej) oraz biorąc poprawkę na pojemność wanny, tak by po jej napełnieniu nie wyczerpać całego zapasu. Pamiętajmy jednak, że pompa ciepła pozwala uzupełnić zapas ciepłej wody w ciągu dnia, dlatego w praktyce dla 4 osób nie będzie raczej potrzebny zbiornik większy niż 250-300 l.

Dostępne są także pompy przeznaczone wyłącznie do podgrzewania c.w.u. Najczęściej to konstrukcje ze zintegrowanym zasobnikiem (fot. Viessmann)

Jaki zasobnik dla pompy ciepła?

Z pozoru, zasobnik c.w.u. to banalnie prosta konstrukcja - odpowiednio duży zbiornik z umieszczoną w środku wężownicą, przez którą przepływa woda podgrzewana przez kocioł lub pompę. Dzięki wężownicy woda w zbiorniku zostaje ogrzana, a strumienie cieczy się nie mieszają. Jednak pompa wymaga nieco innego zasobnika niż kocioł.

• Moc cieplna wężownicy zależy od jej powierzchni oraz temperatury zasilającej ją wody. Pompa ciepła daje niższą temperaturę czynnika niż kocioł, dla uzyskania tej samej mocy cieplnej trzeba więc zastosować większą wężownicę. Inaczej nie będzie ona w stanie przekazać wodzie w zasobniku całego ciepła, uzyskanego przez pompę pracującą z maksymalną mocą. Efektem będzie wyłączenie pompy w wyniku nadmiernego wzrostu temperatury "na powrocie", choć woda w zasobniku jeszcze nie osiągnie właściwej temperatury.
• Lepiej zastosować zbiornik pionowy, z umieszczoną u dołu wężownicą, niż poziomy. Wówczas zminimalizowana zostaje bardzo słabo ogrzana tzw. martwa strefa, znajdująca się poniżej wężownicy. W takim zbiorniku zimna woda wpływa u dołu (w pobliżu wężownicy), a ciepła jest czerpana u góry, bo ogrzana woda ma mniejszą gęstość niż chłodna, przemieszcza się zatem ku górze zbiornika.
• W instalacjach z pompą ciepła (i nie tylko) coraz częściej stosuje się tzw. zasobniki warstwowe. Od klasycznych różnią się one przede wszystkim tym, że wymiennik ciepła (zwykle płytowy) umieszczony jest na zewnątrz zasobnika. Woda ogrzewa się przepływając przez wymiennik, a "ładowanie" zasobnika, jak i pobór ciepłej wody odbywają się od góry. Zaletą tego rozwiązania jest to, że od momentu uruchomienia podgrzewania do czasu, aż będziemy mogli skorzystać z ciepłej wody, upływa mniej czasu.

Czy potrzebna jest cyrkulacja?

Cyrkulacja to, po prostu, krążenie c.w.u. w rurach pomiędzy punktami poboru i zasobnikiem. Wymaga ułożenia dodatkowych przewodów (rur) cyrkulacyjnych oraz pompy, która wprawia wodę w ruch. Wiąże się to z pewnymi stratami energii (ciepła i elektryczności), tym większymi, im rurociągi są dłuższe. Zminimalizowaniu strat ciepła z rurociągów służy izolacja cieplna rur oraz zmniejszenie ich średnic - cieńsza rura o tej samej długości mieści w sobie mniej wody.

Z tym ostatnim nie można przesadzać, bo zbyt mały przekrój rury utrudnia uzyskanie odpowiednio dużego przepływu (strumienia wody). Zwykle rury są krótsze i łatwiej wykonać cyrkulację w tzw. układzie trójnikowym, gdy od jednego przewodu głównego odchodzą kolejne przyłącza do baterii czerpalnych.

Problem strat ciepła przez cyrkulację jest niebagatelny. Załóżmy, że:

• długość przewodu cyrkulacyjnego wynosi 20 m;
• jest on izolowany i straty ciepła wynoszą 10 W/m.

Oznacza to, że jeśli cyrkulacja jest utrzymywana przez całą dobę, to spowodowane nią straty ciepła wynoszą aż 4,8 kWh. To dużo, zważywszy że do przygotowania dziennej porcji 200 l wody o temperaturze 40°C zużyliśmy 7 kWh energii. A należałoby jeszcze uwzględnić zużycie prądu przez pompę cyrkulacyjną.

Ze względu na straty ciepła, pożądane jest skrócenie rurociągów i ich bardzo dobra izolacja cieplna. W takiej sytuacji cyrkulacja staje się niepotrzebna, bo w rurach zalega mało wody i wychładza się ona bardzo powoli. Takie rozwiązanie wymaga myślenia o instalacjach już na etapie planowania rozkładu pomieszczeń w domu. Najlepiej, jeśli kotłownia ze zbiornikiem c.w.u., łazienki i kuchnia położone są blisko siebie - sąsiadują ze sobą przez ścianę albo są umieszczone jedna nad drugą. Ma to następujące zalety:

• pozwala bardzo skrócić rury instalacji wodociągowej;
• upraszcza wykonanie kanalizacji (może wystarczyć jeden pion dla całego domu);
• ułatwia wykonanie wentylacji - kuchnia i łazienki to pomieszczenia, z których powietrze musi być usuwane, a nie dostarczane z zewnątrz;
• sprzyja utrzymaniu koniecznej, nieco wyższej niż w reszcie domu, temperatury w łazienkach;
• koszty wykonania instalacji wodno-kanalizacyjnej oraz wentylacyjnej są niższe.

Niestety, w większości projektów architekci nie zwracają na to uwagi i pomieszczenia sanitarne są rozrzucone po całym domu.

Jarosław Antkiewicz
fot. otwierająca: Poolspa