Dobór pompy ciepła: inwerterową pompę dobiera się tak, by pracowała na pół mocy
Pierwsza pigułka: odstęp między lamelami. Druga: kiedy maszyna decyduje się odszraniać. Trzecia rzecz, o którą trzeba zapytać przed zakupem, to jak duża jest pompa ciepła w stosunku do budynku. Wydaje się to najprostszym pytaniem, a właśnie tu popełnia się najwięcej błędów, bo inwerterowej pompy ciepła nie dobiera się tak jak kotła.
01
Moc maksymalną ustala się na najzimniejszy dzień w okolicy
Każda miejscowość ma projektową temperaturę zewnętrzną: najniższą, jaką bierze się pod uwagę przy obliczaniu instalacji. We Włoszech ustala ją norma, prowincja po prowincji: w strefach alpejskich dochodzi do -15 stopni, na nizinie wynosi około -5, na południu i na wybrzeżach idzie w stronę +2. Każda strefa ma swoją liczbę, a projektant instalacji ją zna. Europejska norma dla pomp ciepła rozumuje tak samo, z trzema klimatami: zimnym, z odniesieniem do Helsinek, -22 stopnie; umiarkowanym, Strasburg, -10; ciepłym, Ateny, +2. W tej temperaturze maszyna musi pokryć całe zapotrzebowanie budynku, pracując z pełną mocą. Nie wcześniej: maszyna, która już przy zerze stopni pracuje na maksimum, jest za mała dla tej strefy.
02
Resztę zimy pracuje na pół mocy
Dzień projektowy zdarza się kilka razy w roku. Większość zimowych godzin na nizinie mieści się między 2 a 10 stopniami, często ze słońcem: budynek potrzebuje połowy ciepła albo mniej. Inwerterowa pompa ciepła nie włącza się i nie wyłącza jak kocioł: obniża obroty sprężarki i podąża za zapotrzebowaniem. Dobrze dobrana spędza większość zimy w okolicy połowy mocy, a w okresach przejściowych schodzi do minimum, nie zatrzymując się. Tak unika się ciągłego włączania i wyłączania.
03
Inwerter: dlaczego ten z węglika krzemu daje więcej
Inwerter to element, który zamienia prąd z sieci na prąd o zmiennej częstotliwości, który obraca sprężarkę z właściwą prędkością. Robi to, włączając i wyłączając tranzystory mocy tysiące razy na sekundę. Za każdym razem, gdy tranzystor przełącza, i w każdej chwili, gdy przewodzi, część prądu zamienia się w ciepło zamiast dotrzeć do silnika. To ciepło to energia zapłacona i stracona, a trzeba je jeszcze odprowadzić z elektroniki, inaczej elementy się grzeją i zużywają.
Przez lata tranzystorami w inwerterach były IGBT, z krzemu. Są wytrzymałe i tanie, ale mają dwa ograniczenia. Gdy przewodzą, mają stały próg napięcia, za który płaci się także przy małym prądzie: właśnie na połowie mocy, gdzie pompa ciepła spędza prawie całą zimę, ten próg waży proporcjonalnie więcej. I przełączają powoli, więc grzeją się przy każdym przejściu i nie da się ich zmusić do szybkiej pracy.
Tranzystory z węglika krzemu (SiC) nie mają stałego progu: zachowują się jak bardzo mała rezystancja i przy małym prądzie tracą bardzo niewiele. I przełączają w ułamku czasu, z ułamkiem ciepła. Mniejsze straty cieplne oznaczają trzy praktyczne rzeczy. Więcej energii dla sprężarki z tych samych kWh pobranych z licznika, czyli wyższy COP, zwłaszcza przy obciążeniu częściowym. Elektronikę, która pracuje chłodniej, a element elektroniczny pracujący chłodno żyje dłużej. I możliwość szybszego przełączania, które daje silnikowi czystszy prąd, z mniejszymi stratami i mniejszym hałasem sprężarki.
To niewiele ciepła, które zostaje, w naszych maszynach nie potrzebuje własnego wentylatora: radiator inwertera jest w komorze wymiennika, w strumieniu powietrza wentylatora maszyny, który chłodzi go, wykonując swoją zwykłą pracę. Żadnej zamkniętej szafy, żadnego wentylatorka, który zużywa prąd i się psuje. W naszych maszynach do domów inwerter jest z węglika krzemu.
04
Pół mocy to punkt najwyższej sprawności
Na pół mocy sprężarka obraca się wolno, a wymienniki są duże w stosunku do ciepła, które muszą przenieść: wymiennik zewnętrzny chłodzi się mało, wewnętrzny nagrzewa się mało, sprężarka pracuje z najmniejszą możliwą różnicą temperatur. To punkt maksymalnej sprawności. Przy pełnym obciążeniu sprawność spada, przy minimum też. Tu wraca pierwsza pigułka: to, co w naszych maszynach jest dwa razy większe niż w maszynie z importu, to wymiennik, nie sprężarka. Sprężarka jest właściwa dla obciążenia; duży wymiennik pozwala jej pracować z małymi różnicami temperatur. W tych warunkach nasze maszyny osiągają COP typowe dla modeli gruntowych, choć biorą ciepło z powietrza.
05
Za mała, za duża
Maszyna za mała pracuje zawsze na maksimum: zużywa więcej, bo zawsze tkwi w punkcie najgorszej sprawności, bardziej chłodzi wymiennik zewnętrzny, więc robi więcej szronu i więcej odszraniań, a w zimne dni nie dochodzi do temperatury. Maszyna za duża robi odwrotnie: pracuje zawsze na minimum, a gdy nawet minimum to za dużo, wyłącza się i włącza bez przerwy. Każdy start kosztuje sprężarkę więcej niż godziny równej pracy: żywotność sprężarki liczy się w cyklach start-stop, tak jak w samochodzie liczą się kilometry, ale też zimne rozruchy. Właściwy rozmiar jest jeden: ten, który w dniu projektowym strefy pracuje na maksimum, a przez resztę zimy na pół mocy.
06
To praca dla projektanta
Dobór zaczyna się od obciążenia cieplnego budynku: straty przez ściany, dach i okna, wymiana powietrza, temperatura projektowa miejscowości. Dla hali rząd wielkości szczytu liczy się w watach na metr sześcienny, nie na metr kwadratowy, bo hala o wysokości siedmiu metrów ma trzy razy więcej powietrza niż dom o tym samym rzucie: od 10-15 W/m³ dla budynku nowego lub wyremontowanego z grubymi panelami, przez 18-25 dla budynku z lat 2000-2015, do 30-45 dla prefabrykatu z lat 80. i 90. bez izolacji; nieco więcej, jeśli bramy często się otwierają albo brakuje destratyfikatora, który kieruje ciepłe powietrze w dół. To tylko pierwsze oszacowanie: maszynę dobiera się potem z jej tabel mocy przy temperaturze projektowej. Nie robi się tego na oko, nie „o rozmiar większą na wszelki wypadek”, a moc starego kotła nie jest punktem odniesienia. Projektant poświęca na to kilka godzin i bierze odpowiedzialność za obliczenia: to część instalacji, która kosztuje najmniej, a decyduje o zużyciu przez następne dwadzieścia lat.
07
Jak to sprawdzić przed zakupem
- poprosić o obliczenie obciążenia cieplnego, z wpisaną temperaturą projektową miejscowości;
- zapytać, na jakim procencie mocy maksymalnej maszyna będzie pracować przy 7 stopniach na zewnątrz, najczęstszym stanie zimy: właściwa odpowiedź to około połowy;
- zapytać o minimalną moc, do której maszyna potrafi zmodulować bez zatrzymywania się.
Karty techniczne naszych pomp ciepła powietrze-woda i Kita Air do hal przemysłowych podają moc przy różnych temperaturach zewnętrznych.
08
Najczęstsze pytania
Jak dobrać pompę ciepła z inwerterem?
Do projektowej temperatury zewnętrznej strefy: w tej temperaturze musi pokryć całe zapotrzebowanie przy pełnej mocy, a przez resztę zimy pracować w okolicach połowy mocy.
Dlaczego za duża pompa ciepła zużywa więcej?
Pracuje zawsze na minimum, a gdy nawet minimum jest za dużo, ciągle się wyłącza i włącza. Każdy start kosztuje sprężarkę więcej niż godziny równej pracy.
Z jaką mocą pompa ciepła pracuje przez większą część zimy?
Dobrze dobrana: około połowy mocy. Na nizinach większość zimowych godzin to od 2 do 10 °C. Przy połowie mocy wymienniki są duże w stosunku do ciepła do przeniesienia i tam maszyna jest najwydajniejsza.
Co daje inwerter z węglika krzemu?
Traci mniej energii na ciepło, zwłaszcza przy obciążeniu częściowym: do sprężarki trafia więcej energii z tych samych kWh, COP rośnie, a elektronika pracuje chłodniej i dłużej wytrzymuje. Nasze maszyny do domów mają inwerter z węglika krzemu.
Zobacz też: Sterownik pompy ciepła: termostaty, chłodzenie podłogowe i klimakonwektory w jednym systemie · Moc pompy ciepła: nominalna i użyteczna, ile grzeje, gdy jest zimno · Ile prądu zużywa pompa ciepła: dziennie, rocznie i według mocy, z liczbami z kart technicznych · COP pompy ciepła: co to jest, jak się go mierzy i dlaczego we mgle nie jest już taki sam · Serwis pompy ciepła: co robić, jak często, co jest obowiązkowe i jaka jest żywotność · Pompa ciepła zimą: jak pracuje przy mrozie i do jakiej temperatury, przy -20 i -25 °C? · Montaż pompy ciepła: gdzie ją postawić, co jest potrzebne i jak to wygląda krok po kroku · Żywotność pompy ciepła: ile lat działa, co się zużywa i co ją wydłuża
Następna pigułka: dlaczego pompa ciepła to nie kocioł i musi pracować bez zatrzymywania się, i czym jest HCC: przeczytaj tutaj.
