Pompa ciepła i grzejniki - jak ustawić temperaturę i dobrać moc?

Grzejniki mogą bardzo dobrze współpracować z pompą ciepła, ale pod jednym warunkiem: muszą być w stanie dostarczyć pomieszczeniom potrzebną ilość ciepła przy możliwie niskiej temperaturze wody. Grzejnik, który przy zasilaniu z kotła był gorący i miał 2000 W mocy, przy instalacji pracującej na 45-50°C może oddawać mniej niż połowę tej wartości. Dlatego prawidłowe ustawienie pompy ciepła nie polega na znalezieniu jednej "magicznej" temperatury zasilania. Trzeba dopasować temperaturę wody, przepływ, krzywą grzewczą i powierzchnię grzejników do rzeczywistych strat ciepła budynku.

Czy pompa ciepła może pracować ze zwykłymi grzejnikami?

Tak. Pompa ciepła nie wymaga ogrzewania podłogowego. Może zasilać zwykłe wodne grzejniki płytowe, członowe, aluminiowe, żeliwne, konwektorowe oraz specjalne emitery niskotemperaturowe.

Problem polega na czymś innym. Klasyczna instalacja z kotłem mogła być projektowana na temperatury takie jak 75/65°C, 70/55°C albo 60/50°C. Pompa ciepła jest natomiast tym efektywniejsza, im niższą temperaturę wody musi wytwarzać.

Jeżeli istniejące grzejniki są duże, a dom został dobrze ocieplony, może się okazać, że bez problemu ogrzeją pomieszczenia przy zasilaniu 40-45°C. W innym budynku te same grzejniki przy takiej temperaturze okażą się za małe.

Dlaczego temperatura zasilania ma tak duże znaczenie?

Pompa ciepła transportuje energię z dolnego źródła, na przykład powietrza zewnętrznego, do instalacji grzewczej. Im większą różnicę temperatur musi pokonać, tym trudniejsze zadanie ma sprężarka.

Dlatego ogrzewanie wody do 35-40°C jest dla pompy łatwiejsze niż podnoszenie jej temperatury do 55-60°C. Wraz ze wzrostem wymaganej temperatury zasilania zwykle maleje COP, czyli ilość ciepła uzyskiwana z jednej kilowatogodziny energii elektrycznej.

Nie oznacza to jednak, że zawsze należy ustawić 35°C. Jeżeli grzejniki przy tej temperaturze dostarczają za mało ciepła, w domu po prostu zrobi się chłodno. Celem jest więc znalezienie najniższej temperatury zasilania, która przy danych warunkach pogodowych pokrywa straty budynku.

Temperatura 45°C może być świetna albo za wysoka

W bardzo dobrze ocieplonym domu temperatura 45°C może być potrzebna tylko podczas największych mrozów. W starszym budynku może być konieczna już przy temperaturze zewnętrznej około 0°C.

Dlatego samo stwierdzenie "ustaw pompę na 40°C" nie jest prawidłowym sposobem regulacji systemu grzewczego.

Co oznacza ΔT grzejnika?

Przy analizowaniu mocy grzejnika trzeba rozróżnić dwa pojęcia, które często są ze sobą mylone.

ΔT grzejnika określa różnicę pomiędzy średnią temperaturą wody w grzejniku a temperaturą powietrza w pomieszczeniu.

Przykład: instalacja pracuje na parametrach 55/45°C, a w pokoju jest 20°C.

Średnia temperatura wody wynosi:

(55 + 45) / 2 = 50°C

Różnica pomiędzy średnią temperaturą grzejnika i temperaturą pokoju wynosi:

50 - 20 = 30 K

Grzejnik pracuje więc w warunkach ΔT30.

Dlaczego katalog podaje najczęściej ΔT50?

Moc standardowych grzejników jest często podawana dla warunków ΔT50. Odpowiada im przykładowo instalacja 75/65°C przy temperaturze pomieszczenia 20°C.

Jeżeli w katalogu widnieje moc 2000 W przy ΔT50, nie oznacza to, że ten sam grzejnik będzie miał 2000 W przy pompie ciepła pracującej na 45°C.

Jak spada moc grzejnika przy niższej temperaturze?

To najważniejsza rzecz, którą trzeba sprawdzić przed pozostawieniem istniejących grzejników po montażu pompy ciepła.

Dane katalogowe producentów pokazują, że wraz ze zmniejszeniem ΔT moc grzejnika spada nieliniowo. Przykładowe współczynniki korekcyjne wynoszą około:

Oznacza to, że obniżenie temperatury wody nie powoduje proporcjonalnego spadku mocy. Przy bardzo niskich parametrach różnica staje się ogromna.

Przykład grzejnika o mocy katalogowej 2000 W

Jak sprawdzić, czy stare grzejniki wystarczą?

Najlepiej wykonać obliczenie dla każdego pomieszczenia osobno. Do oceny potrzebne są dwie wartości:

• projektowe zapotrzebowanie pomieszczenia na moc grzewczą,
• moc istniejącego grzejnika przy temperaturach, na których ma pracować pompa.

Krok 1 - ustal straty ciepła pomieszczenia

Najbardziej wiarygodne jest obliczenie projektowego obciążenia cieplnego. Uwzględnia ono powierzchnię i parametry ścian, okien, podłogi, stropu, temperaturę projektową dla lokalizacji, temperaturę wewnętrzną oraz straty wentylacyjne.

Do wstępnej oceny można wykorzystać orientacyjny wskaźnik W/m², ale nie powinien on zastępować obliczeń przy doborze urządzeń.

Podane przedziały służą wyłącznie do pierwszej oceny. Narożny pokój z dużymi przeszkleniami może mieć zupełnie inne obciążenie niż wewnętrzna sypialnia o identycznej powierzchni.

Krok 2 - znajdź moc istniejącego grzejnika

Jeżeli znasz producenta i model, najlepiej odszukać kartę techniczną. W przypadku typowego grzejnika płytowego potrzebne będą między innymi:

• typ grzejnika, na przykład 11, 21, 22 lub 33,
• wysokość,
• długość,
• moc katalogowa dla ΔT50.

Krok 3 - przelicz moc na temperaturę pompy

Przykład: sypialnia potrzebuje przy temperaturze projektowej 900 W. Znajduje się w niej grzejnik o mocy katalogowej 1800 W przy ΔT50.

Przy 55/45/20°C mamy ΔT30:

1800 × 0,513 = około 923 W

Grzejnik powinien więc być w stanie pokryć projektowe zapotrzebowanie pomieszczenia.

Przy 45/35/20°C mamy jednak ΔT20:

1800 × 0,302 = około 544 W

W takich warunkach grzejnik byłby już zdecydowanie za mały.

Prosty test bez obliczeń

W domu ogrzewanym jeszcze kotłem można przeprowadzić praktyczny test przed montażem pompy ciepła. Podczas chłodnej pogody obniża się temperaturę zasilania kotła, szeroko otwiera grzejniki i obserwuje temperatury w pomieszczeniach przez dłuższy czas.

Jeżeli budynek przy zasilaniu 45-50°C zachowuje komfort nawet podczas chłodniejszych dni, jest to dobry sygnał. Nie zastępuje jednak obliczeń przy projektowej temperaturze zewnętrznej.

Jakie grzejniki najlepiej współpracują z pompą ciepła?

Nie materiał grzejnika jest najważniejszy, lecz jego moc przy niskiej temperaturze wody. W dużym uproszczeniu korzystne są emitery o dużej powierzchni wymiany ciepła albo urządzenia wykorzystujące wymuszoną konwekcję.

Czy grzejnik typu 33 jest zawsze lepszy od 22?

Nie zawsze. Typ 33 pozwala uzyskać dużą moc przy stosunkowo niewielkiej długości, dlatego bywa bardzo przydatny pod krótkim parapetem. Jest jednak grubszy i droższy. Jeżeli na ścianie jest wystarczająco dużo miejsca, dłuższy typ 22 może zapewnić potrzebną moc równie skutecznie.

Dobierając grzejnik do pompy ciepła, należy porównywać jego moc dla projektowych parametrów instalacji, a nie tylko typ konstrukcji.

Klimakonwektor tam, gdzie brakuje miejsca

Klimakonwektor wykorzystuje niewielki wentylator do wymuszania przepływu powietrza przez wymiennik. Dzięki temu może przekazywać znaczną moc nawet przy niskiej temperaturze wody.

Rozwiązanie może być szczególnie użyteczne w pomieszczeniu o dużych stratach, gdzie nie ma miejsca na bardzo duży grzejnik. Nie każdy użytkownik zaakceptuje jednak szum wentylatora i konieczność zasilania elektrycznego.

Jaką temperaturę zasilania ustawić?

Nie należy ustalać jednej temperatury na cały sezon. Zapotrzebowanie budynku zmienia się wraz z temperaturą zewnętrzną, dlatego przy +10°C na zewnątrz grzejniki mogą potrzebować znacznie chłodniejszej wody niż przy -15°C.

Właściwe pytanie brzmi więc: jakiej temperatury zasilania dom potrzebuje przy określonej temperaturze zewnętrznej?

Wartości są orientacyjne. Konkretne modele pomp różnią się konstrukcją, charakterystyką sprężarki, czynnikiem chłodniczym i możliwościami pracy przy wysokich temperaturach.

Jak ustawić krzywą grzewczą?

Krzywa grzewcza określa zależność pomiędzy temperaturą na zewnątrz i temperaturą wody dostarczanej do instalacji.

Gdy na zewnątrz robi się chłodniej, straty ciepła budynku rosną. Sterownik podnosi więc temperaturę zasilania. Gdy pogoda się ociepla, temperatura wody zostaje automatycznie zmniejszona.

Przykładowa logika krzywej

To wyłącznie przykład pokazujący zasadę działania. Dla jednego domu taka krzywa będzie za wysoka, dla innego za niska.

Jak rozpoznać źle ustawioną krzywą?

Nie zmieniaj kilku parametrów naraz

Po zmianie krzywej warto pozostawić instalację na tyle długo, aby temperatura budynku się ustabilizowała. W ciężkim domu murowanym reakcja może być wolna. Jeżeli jednocześnie zmienimy krzywą, głowice, przepływ pompy obiegowej i harmonogram temperatur, trudno będzie ustalić, która zmiana przyniosła efekt.

Jak ustawić głowice termostatyczne?

Nie ma zasady, zgodnie z którą wszystkie głowice w domu z pompą ciepła muszą być ustawione na "5". Takie zalecenie jest zbyt uproszczone.

Prawdziwym celem jest zapewnienie pompie i instalacji wymaganego przepływu oraz niedopuszczanie do sytuacji, w której większość grzejników zamyka się równocześnie.

Do czego powinna służyć głowica?

Głowica termostatyczna powinna przede wszystkim ograniczać lokalne przegrzewanie pomieszczenia. Jest przydatna na przykład wtedy, gdy:

• w salonie zaczyna intensywnie świecić słońce,
• w kuchni podczas gotowania pojawiają się duże zyski ciepła,
• w sypialni chcemy utrzymywać niższą temperaturę,
• pokój jest okresowo używany,
• jedno pomieszczenie ma mniejsze straty niż pozostałe.

Głowica nie powinna jednak zastępować prawidłowo ustawionej krzywej grzewczej. Jeżeli wszystkie pomieszczenia stale się przegrzewają i głowice muszą prawie zamykać grzejniki, prawdopodobnie temperatura zasilania jest zbyt wysoka.

A co z pozycją 3, 4 lub 5?

Numer na głowicy nie jest uniwersalną temperaturą obowiązującą dla każdego modelu. Zależy od producenta, konstrukcji oraz miejsca montażu. Głowica zasłonięta ciężką zasłoną może reagować na zupełnie inną temperaturę niż głowica znajdująca się w swobodnym przepływie powietrza.

Przepływ i ΔT zasilania oraz powrotu

W instalacjach grzewczych występuje jeszcze druga wartość ΔT - różnica pomiędzy temperaturą zasilania i powrotu.

Przykładowo dla parametrów 45/40°C:

45 - 40 = 5 K

Jest to inne ΔT niż ΔT grzejnika używane do przeliczania jego mocy.

Czy ΔT instalacji powinno wynosić 5 K?

Nie zawsze. Wiele instalacji z pompami ciepła projektuje się na stosunkowo małą różnicę temperatur, ale prawidłowa wartość zależy od konkretnego urządzenia, mocy przekazywanej przez instalację i wymaganego przepływu.

Nie należy więc na siłę ustawiać 5 K albo 10 K tylko dlatego, że taka liczba została podana w poradniku internetowym. Pierwszeństwo mają wymagania producenta pompy i parametry projektu.

Co daje większy przepływ?

Przy tej samej przekazywanej mocy większy przepływ zmniejsza różnicę temperatur pomiędzy zasilaniem i powrotem. Mniejszy przepływ zwiększa tę różnicę.

Dlatego stwierdzenie, że małe ΔT automatycznie oznacza "słabe oddawanie ciepła przez grzejnik", jest nieprawidłowe. Może po prostu oznaczać wysoki przepływ wody.

Dlaczego balans hydrauliczny jest tak ważny?

Woda wybiera drogę o najmniejszym oporze. Bez regulacji grzejniki położone blisko pompy lub rozdzielacza mogą otrzymywać zbyt duży przepływ, a najbardziej oddalone za mały.

Typowym objawem jest sytuacja, w której:

• pierwsze grzejniki są bardzo ciepłe,
• ostatnie w obiegu pozostają chłodne,
• mieszkańcy podnoszą temperaturę zasilania, żeby dogrzać ostatni pokój,
• pomieszczenia blisko źródła zaczynają się przegrzewać,
• głowice zamykają przepływ, a praca całego układu staje się niestabilna.

Prawidłowe równoważenie hydrauliczne pozwala rozdzielić wodę pomiędzy grzejniki zgodnie z ich wymaganiami.

Nie reguluj instalacji przypadkowo

Zawory powrotne i nastawy wstępne zaworów termostatycznych służą do regulacji przepływu. Nie należy jednak przykręcać ich według zasady "ten grzejnik jest gorący, więc go trochę zamknę". Poprawna regulacja powinna wynikać z wymaganych przepływów.

Czy pompa ciepła potrzebuje bufora?

Nie każda instalacja z pompą ciepła wymaga dużego zbiornika buforowego. Zależy to od konstrukcji urządzenia, pojemności wodnej instalacji, sposobu sterowania, liczby zamykanych stref, minimalnego przepływu i wymagań dotyczących odszraniania jednostki zewnętrznej.

Bufor może pełnić różne funkcje:

• zwiększać pojemność wodną instalacji,
• zapewniać energię potrzebną podczas odszraniania,
• oddzielać hydraulicznie obieg pompy od obiegów grzewczych,
• stabilizować przepływ, gdy część stref może się zamykać,
• ograniczać zbyt częste uruchamianie sprężarki w określonych układach.

Źle dobrany bufor może jednak również zwiększać straty postojowe i powodować dodatkowe mieszanie temperatur.

Jak ustawić ogrzewanie w różnych pomieszczeniach?

Nie wszystkie pomieszczenia muszą mieć identyczną temperaturę. Różnice powinny być jednak wprowadzane rozsądnie, szczególnie w domu z pompą ciepła i niskotemperaturowym systemem grzewczym.

Łazienka często ujawnia problem niskiej temperatury

Typowa drabinka łazienkowa może mieć dużą moc katalogową przy ΔT50, ale przy temperaturach charakterystycznych dla pompy ciepła jej rzeczywista moc znacząco spada.

Jeżeli łazienka wymaga 700 W, a drabinka przy niskiej temperaturze dostarcza tylko 300 W, podniesienie temperatury zasilania dla całego domu nie zawsze jest rozsądne. Można rozważyć większy grzejnik, dodatkowe ogrzewanie podłogowe albo element elektryczny używany tylko okresowo.

Jak wyregulować instalację krok po kroku?

Najlepsze ustawienie powstaje poprzez obserwację całego układu. Nie należy rozpoczynać od przypadkowego zmieniania temperatury zasilania i wszystkich głowic.

Krok 1 - sprawdź instalację

Przed regulacją upewnij się, że grzejniki są odpowietrzone, zawory działają, filtry instalacji są czyste, a przepływ nie jest ograniczony przez usterkę.

Krok 2 - ustal rozsądną temperaturę początkową

Wybierz temperaturę zasilania odpowiednią do pogody i charakteru budynku. Nie ustawiaj od razu maksymalnej wartości "żeby było ciepło".

Krok 3 - zapewnij przepływ

Na czas wstępnej regulacji grzejniki w głównej części domu powinny mieć możliwość swobodnego odbioru ciepła. Dzięki temu można ocenić, czy krzywa jest poprawna bez wpływu agresywnej regulacji lokalnej.

Krok 4 - obserwuj temperaturę pomieszczeń

Jeżeli cały budynek jest za chłodny, korekta powinna dotyczyć przede wszystkim krzywej grzewczej. Jeżeli chłodny jest tylko jeden pokój, trzeba najpierw sprawdzić przepływ i moc grzejnika w tym pomieszczeniu.

Krok 5 - skoryguj krzywą

Jeżeli problem pojawia się głównie podczas mrozu, zmienia się nachylenie. Jeżeli temperatura jest stale zbyt wysoka albo zbyt niska niezależnie od pogody, bardziej odpowiednia może być korekta poziomu krzywej.

Krok 6 - wykonaj balans hydrauliczny

Jeżeli część pomieszczeń nagrzewa się szybciej od pozostałych, należy sprawdzić rozdział przepływów. Dopiero po wyrównaniu instalacji warto wykonywać dalsze korekty.

Krok 7 - ustaw lokalne ograniczenia

Gdy cały system pracuje prawidłowo, można ustawić niższą temperaturę w sypialni, pokoju gościnnym lub innych wybranych pomieszczeniach.

Krok 8 - sprawdź pracę podczas mrozu

Najważniejszy test przychodzi w chłodnym okresie. To wtedy ujawnia się, czy najmniejsze grzejniki są wystarczające i czy krzywa zapewnia odpowiednią temperaturę zasilania.

Krok 9 - nie oceniaj pompy po jednym dniu

Zużycie energii zależy od temperatury zewnętrznej, wilgotności, odszraniania, przygotowania ciepłej wody i zysków wewnętrznych. Porównywanie pojedynczych dni może prowadzić do błędnych wniosków.

Tabela diagnostyczna - co oznaczają typowe objawy?

Najczęstsze błędy przy grzejnikach i pompie ciepła

Ustawienie jednej temperatury na cały sezon

Temperatura zasilania potrzebna przy +8°C na zewnątrz jest inna niż podczas mrozu. Stałe 50°C przez cały sezon oznacza zwykle niepotrzebnie wysoką temperaturę przez znaczną część roku.

Podnoszenie temperatury przez jeden niedogrzany pokój

Jeżeli dziewięć pomieszczeń jest ciepłych, a jedno chłodne, problem prawdopodobnie nie wymaga podnoszenia temperatury całej instalacji. Trzeba sprawdzić konkretny grzejnik, przepływ i straty tego pomieszczenia.

Dobór grzejników na podstawie mocy ΔT50

To jeden z najpoważniejszych błędów. Grzejnik 2000 W z katalogu może mieć przy niskiej temperaturze wody tylko 600-1000 W.

Przekonanie, że każdy grzejnik musi być wymieniony

Po termomodernizacji straty budynku mogą być znacznie mniejsze niż w czasie montażu starej instalacji. Dawniej przewymiarowane grzejniki mogą dzięki temu bardzo dobrze współpracować z pompą ciepła.

Przekonanie, że żeliwne grzejniki nie nadają się do pompy

Sam materiał nie dyskwalifikuje grzejnika. Jeżeli jego powierzchnia i moc przy niskim ΔT są wystarczające, może pracować z pompą. Trzeba natomiast uwzględnić dużą pojemność wodną i inną dynamikę instalacji.

Zamykanie prawie wszystkich głowic

Może doprowadzić do ograniczenia przepływu poniżej wartości wymaganej przez pompę. Szczególne znaczenie ma to w instalacjach bez sprzęgła lub odpowiednio zaprojektowanego bufora.

Ustawianie ΔT instalacji "na oko"

Nie ma jednej wartości prawidłowej dla każdej pompy. Należy uwzględnić wymagania producenta i projektowy przepływ.

Zbyt duże nocne obniżenia

Pompa ciepła często najlepiej pracuje przez dłuższy czas z niewielką mocą. Silne wychłodzenie domu może następnie wymusić pracę z wyższą temperaturą zasilania i większą mocą.

Ignorowanie termomodernizacji

Jeżeli grzejniki są za małe tylko dlatego, że budynek ma ogromne straty ciepła, czasem lepszą inwestycją będzie najpierw ocieplenie stropu, ścian lub wymiana nieszczelnych okien. Spada wtedy zarówno wymagana moc pompy, jak i wymagana moc każdego grzejnika.

Podsumowanie

Grzejniki i pompa ciepła mogą tworzyć bardzo efektywny system ogrzewania. Nie jest prawdą, że do pompy koniecznie potrzebna jest podłogówka ani że wszystkie stare grzejniki trzeba wymienić.

Kluczowym parametrem jest moc, jaką konkretny grzejnik może oddać przy niskiej temperaturze wody. Grzejnik mający 2000 W przy ΔT50 przy ΔT30 dysponuje już tylko około połową swojej katalogowej mocy, a przy ΔT20 pozostaje mu około 30%.

Dlatego modernizację należy rozpoczynać od obliczenia strat cieplnych pomieszczeń. Następnie sprawdza się moc każdego grzejnika dla projektowych temperatur zasilania i powrotu. Jeżeli pojedynczy grzejnik jest za mały, warto zwiększyć jego powierzchnię zamiast podnosić temperaturę wody dla całego domu.

W codziennej eksploatacji najważniejsza jest dobrze ustawiona krzywa pogodowa, właściwe przepływy, równowaga hydrauliczna i unikanie niepotrzebnie wysokiej temperatury zasilania. Głowice termostatyczne powinny ograniczać lokalne przegrzewanie, ale nie zastępować regulacji całego systemu.

Najlepsze ustawienie nie jest więc konkretną liczbą, taką jak 40 albo 45°C. Jest nim najniższa temperatura wody, przy której wszystkie pomieszczenia osiągają wymaganą temperaturę również podczas chłodnej pogody, a pompa pracuje stabilnie w zakresie przewidzianym przez producenta.

Źródła i odniesienia:

1. Stelrad - współczynniki korekcyjne mocy grzejników dla różnych wartości ΔT: stelrad.com
2. Daikin - zasada działania i regulacji krzywej grzewczej: daikin.pl