Modernizacja ogrzewania. Jak przygotować instalację grzewczą do montażu pompy ciepła? Część 2/2

W pierwszej części artykułu dotyczącego przygotowania modernizowanych instalacji centralnego ogrzewania do montażu pomp ciepła rozważaliśmy kwestię obniżenia temperatury wody na zasilaniu. Dowiedzieliśmy się, że część istniejących instalacji CO jest w stanie bez większego problemu współpracować z pompami ciepła. Dowiedzieliśmy się również o co musimy zadbać przed montażem pompy ciepła oraz w jaki sposób ją zabezpieczyć, aby zapewnić jej długą i bezawaryjną pracę. Drugą część artykułu poświęcimy wyjaśnieniu jak postąpić w sytuacji, gdy zabieg obniżenia temperatury zasilania instalacji CO nie powiedzie się i czeka nas wymiana grzejników, w jaki sposób dobrać grzejniki oraz czy możemy jeszcze bardziej obniżyć temperaturę wody w instalacji.

Dobór wielkości grzejników, gdy znamy moc obecnie zastosowanych

Na przykładzie, wykorzystywanej w poprzedniej części artykułu, tabeli mocy cieplnych grzejników znanego polskiego producenta można zauważyć, że moce podane są dla parametrów 75/65/20°C oraz 55/45/20°C. Aby dobrać większy grzejnik wystarczy odszukać w tabeli większy model, który posiada moc cieplną w temperaturze zasilania 55°C podobną jak obecnie zastosowany grzejnik o temperaturze zasilania 75°C.

Przykład:

Obecnie zastosowany w instalacji grzejnik ma moc cieplną 1347 W przy temperaturze zasilania 75°C. Ten sam grzejnik zasilany wodą o temperaturze 55°C pracuje z mocą już zaledwie 685 W. Szukamy zatem grzejnika, który przy tym parametrze osiągnie moc grzewczą w okolicach 1347 W.

W powyższej tabeli zielonym kolorem zostały zaznaczone grzejniki, które mogłyby zastąpić ten obecnie zamontowany.

Dobór wielkości grzejników, gdy nie znamy mocy obecnie zastosowanych

Niżej przytoczony fragment tabeli pozwala zauważyć, że obniżenie temperatury zasilania grzejnika o 20°C powoduje dwukrotny spadek mocy grzewczej. 

Jeżeli zatem moc obecnie zastosowanego w instalacji grzejnika nie jest znana, należałoby zastąpić go grzejnikiem o dwukrotnie większej powierzchni.

Przykład:

Obecnie zastosowany w instalacji dwupłytowy grzejnik o wymiarach 500×900 mm ma moc 1323 W (75/65/20°C). Zamieniony zostanie na dwupłytowy grzejnik o wymiarach 500×1800 mm i mocy 2646 W (75/65/20°C), czyli dwukrotnie mocniejszy. Obniżając jednak temperaturę na zasilaniu z 75°C do 55°C, możemy zaobserwować, że nowy grzejnik osiągnie dokładnie tę samą moc, co stary grzejnik, pracując jednak na parametrze możliwym do osiągniecia przez pompę ciepła.

Dobór wielkości grzejników, gdy docelowa temperatura zasilania instalacji jest inna niż podane w tabeli

Wymiana grzejników może być przeprowadzona z uwzględnieniem jeszcze niższej temperatury zasilania instalacji, np. na poziomie 45°C. Efektywne obniżenie temperatury zasilania instalacji wiąże się z wyraźnie wyższą wydajnością pracy pompy ciepła, co przekłada się bezpośrednio na niższe koszty eksploatacji. W tym wypadku nie możemy jednak wyznaczyć wymaganej powierzchni grzejnika bezpośrednio z tabeli. Jak zatem dobrać grzejniki na niższą temperaturę zasilania?

Do tego posłuży wzór, dzięki któremu będziemy mogli wyznaczyć moc każdego grzejnika z gamy danego producenta dla wybranej temperatury zasilania:

gdzie:

Φ – moc rzeczywista grzejnika [W] – moc grzejnika przy wskazanych przez nas parametrach pracy;

Φ_n – moc grzejnika wg katalogu [W] – moc grzejnika przy parametrach wskazanych przez producenta, tutaj: 75/65/20°C lub 55/45/20°C;

Δt – logarytmiczna różnica temperatur [K] – wg naszych założeń;

Δt_n – logarytmiczna różnica temperatur [K] – wg producenta;

n – wykładnik potęgowy charakterystyczny dla danego typu grzejnika – podawany w katalogu przez producenta.

Logarytmiczną różnicę temperatur można obliczyć na podstawie wzoru:

gdzie:

t_z – temperatura zasilania [°C];

t_p – temperatura powrotu [°C];

t_i – temperatura wewnętrzna ogrzewanego pomieszczenia [°C].

Istnieje jednak prostszy sposób, do zobrazowania tego posłuży nam porównanie mocy grzejnika przy temperaturze zasilania 75°C i 45°C. Na tej podstawie postaramy się wyciągnąć zależność, która pozwoli na określenie, o ile należy zwiększyć powierzchnię grzejnika, aby dla temperatury zasilania równej 45°C miał on wystarczającą moc. Na początek należy jednak zebrać dane od producenta, które podawane są zazwyczaj w katalogach technicznych. Następnie należy założyć parametry instalacji, dla których chcemy dobrać nowe grzejniki.

Teraz wystarczy już tylko podstawić zgromadzone dane do wzorów, by uzyskać porównanie mocy grzejników dla założonych parametrów.

Analizując dane z powyższej tabeli, możemy zauważyć, że obniżenie temperatury zasilania o 30°C powoduje 3,5-krotny spadek mocy grzewczej grzejnika. W związku z tym, dobierając grzejnik na temperaturę zasilania równą 45°C, możemy założyć, że należy 3,5-krotnie zwiększyć jego powierzchnię.

Przykład:

Obecnie zastosowany w instalacji dwupłytowy grzejnik o wymiarach 500×900 mm ma moc 1323 W (75/65/20°C). Zamieniony zostanie na dwupłytowy grzejnik o 3,5-ktotnie większej powierzchni.

500 mm x 900 mm x 3,5 = 1,575 m²

Najprostszym rozwiązaniem byłoby zastosowanie grzejnika, który posiada 3,5-krotnie większą długość, jednakże ten przypadek na to nie pozwala, ponieważ producent grzejników nie oferuje aż tak długich egzemplarzy. Należy zatem sięgnąć po nieco wyższy np. o wysokości 550 mm.

1,575 m² / 550 mm ≈ 2,86 m

Na podstawie powyższych obliczeń widzimy, że odpowiedni będzie grzejnik nie krótszy, aniżeli 2860 mm, czyli grzejnik o wymiarach 550 x 3000 mm.

A może jednak klimakonwektor?

Grzejniki dobierane do pracy na niskim parametrze zasilania charakteryzują się znacznie większą powierzchnia, aniżeli ich wysokotemperaturowe odpowiedniki. Często rodzi to problem z wygospodarowaniem odpowiedniej ilości miejsca na ich montaż. W takiej sytuacji wartym rozpatrzenia rozwiązaniem może być wymiana starych grzejników wysokotemperaturowych na klimakonwektory, które osiągają moc zbliżoną do tradycyjnych grzejników, lecz cechują się kompaktowymi rozmiarami.

Dodatkowym atutem klimakonwektorów, wynikającym z zastosowania wentylatora, który wymusza przepływ powietrza, jest możliwość pracy w trybie chłodzenia. W przypadku tradycyjnych grzejników, ze względu na ryzyko kondensacji pary wodnej na powierzchni grzejnika oraz zatrzymanie procesu konwekcji podczas pracy z niską temperaturach zasilania, chłodzenie nie jest możliwe do zrealizowania.

Chcąc dobrać klimakonwektor w miejsce tradycyjnego grzejnika konieczna jest znajomość jednostkowej mocy projektowej (wyrażonej w W/m²) lub znajomość mocy obecnie zastosowanego grzejnika, który chcemy zastąpić. Jednostkową moc projektową można wyznaczyć w prosty sposób, korzystając z przytaczanego już wielokrotnie narzędzia doborowego w formie formularza online. Uzyskany współczynnik (zaznaczony poniżej na czerwono) posłuży do wyznaczenia minimalnej mocy klimakonwektora.

Wyznaczoną wartość należy pomnożyć przez powierzchnie pomieszczenia, by w efekcie uzyskać wymaganą minimalną moc klimakonwektora (dla standardowej wysokości pomieszczenia wynoszącej 2,7 m). Znając wymaganą moc urządzenia oraz temperaturę zasilania instalacji centralnego ogrzewania, jesteśmy w stanie wybrać odpowiedni klimakonwektor. Tabelę wydajności urządzeń znaleźć można w instrukcji obsługi i montażu klimakonwektora.

Na koniec należy tylko pamiętać o tym, by klimakonwektory dobierać do średniej prędkości wentylatora, dzięki czemu zapewnimy sobie znacznie wyższy komfort akustyczny oraz niewielki zapas mocy na nieprzewidziane sytuacje.

Podsumowanie

Wymiana starych grzejników zawsze wiąże się z dodatkowymi, zwykle nieplanowanymi kosztami, nie musi jednak stanowić problemu od strony projektowej. Odpowiednie podejście do tematu jest w stanie w znacznym stopniu ułatwić tę inwestycję, która odpowiednio przeprowadzana pozwoli pompie ciepła odwdzięczyć się bezawaryjną i bezobsługową pracą przez długie lata.