Rosną ceny prądu i gazu, nie maleje niepewność gospodarcza, ale także coraz silniejsza jest presja legislacji polskiej i unijnej, widoczna także w zachętach finansowych do zwiększania efektywności energetycznej budynków. Inwestorzy poszukują więc rozwiązań, które zapewnią ich budynkom najwyższe bezpieczeństwo energetyczne, a jednocześnie spełnią aktualne wymagania prawne. Warto zacząć od pompy ciepła…, tylko jakiej?

W technice pomp ciepła wyzwanie sta­nowi pogodzenie rozwiązań odpo­wiedzialnych za prośrodowiskowy charakter urządzenia z jego stabilnym, bezobsługowym i energooszczędnym działaniem. Elementem istotnie wpływającym na te cechy jest układ chłodniczy pomp ciepła – konstruując pompę ciepła Prime eksperci Frapol nieprzypadko­wo wybrali jako czynnik chłodniczy propan (R290) oraz odpowiednie dla niego podzespoły, decydujące o efektywnej pracy zarówno pompy ciepła jako samodzielnego urządzenia, jak i całego domowego systemu grzewczo­-wentylacyjnego, w którym pompa ciepła odgrywa jedną z głównych ról.

R290 – szerokie możliwości i pełne bezpieczeństwo

Propan (R290) znajduje coraz szersze zasto­sowanie w nowoczesnych pompach ciepła, przeznaczonych zarówno do budynków no­wych, jak i poddawanych renowacji.

R290 jest czynnikiem chłodniczym o GWP równym 3, ma więc wyraźnie mniejszy wpływ na efekt cieplarniany niż F-gazy. Urządze­nia oparte na R290 nie podlegają obostrze­niom wynikającym z unijnego rozporządzenia 517/2014 (tzw. F-gazowego) [1]. Oznacza to nie tylko cenioną przez instalatorów prostotę montażu i brak wymagań dotyczących upraw­nień F-gazowych do montażu i serwisu pompy ciepła, ale też stabilność pod kątem serwisu czy prac konserwacyjnych przez kolejne lata (np. wysoka dostępność części zamiennych i stosunkowo stałe ceny czynnika chłodniczego potrzebnego do konserwacji).

Do popularności zastosowania propanu w chłodnictwie przyczyniły się jego znakomite parametry termodynamiczne, przekładające się np. na COP pompy ciepła na propan wyższy nawet o 20–40% niż jej odpowiedników na F-gazy. Dzięki temu pompa ciepła na R290 może efektywnie pracować jako urządzenie wysokotemperaturowe (temperatura zasila­nia ponad 60°C zarówno dla przygotowania c.w.u., jak i wody grzewczej) także przy niskiej temperaturze zewnętrznej. Dla płynnej i energooszczędnej eksploatacji znaczenie ma także rozmrażanie parownika urządzenia przy minimalnym nakładzie energetycznym dzięki zaawansowanej i wielostopniowej procedurze rozmrażania wymiennika ciepła.

Jednocześnie jednak propan należy do czynników palnych (klasa A3) [2], co wymaga od producenta pompy ciepła odpowiedniego podejścia do konstrukcji urządzenia pod ką­tem jego bezpieczeństwa zarówno podczas montażu, jak i w trakcie eksploatacji. Wszech­stronne i wyśrubowane środki bezpieczeństwa obejmują:

• małe napełnienie czynnikiem chłodniczym – wyraźnie poniżej limitu normowego 2,5 kg dla pompy ciepła o mocy grzewczej 10 kW [2], czyli o ok. 75% mniej w porównaniu do podobnego urządzenia na F-gaz) [3];
• zastosowanie układu chłodniczego wyłącz­nie w hermetycznie zamkniętej jednostce monoblokowej (w budynku lokalizuje się tylko część wodną instalacji) – separację układu chłodniczego zapewnia wymiennik płytowy o odpowiedniej konstrukcji;
• wykorzystanie w armaturze chłodniczej komponentów o odpowiedniej klasie iskro­bezpieczności, zgodnie z postanowieniami dyrektywy ATEX [3];
• monitoring pracy urządzenia i jego odpo­wiednią wentylację, przy uwzględnieniu faktu, że propan (ok. 1,6 razy cięższy od po­wietrza w normalnych warunkach) w razie wycieku opada i gromadzi się przy ziemi. Algorytm detekcji anomalii pracy sprężarki umożliwia precyzyjny monitoring spadków ciśnienia w układzie propanowym. Dodat­kowym aspektem jest surowa procedura rozruchu urządzenia, np. odpowiednie prze­dmuchanie kubatury jednostki zewnętrznej podczas każdego startu urządzenia;
• warunki zabudowy – producent definiuje strefy bezpieczeństwa jednostki zewnętrznej.

Sprężarka współpracująca z buforami

Wybór R290 jako czynnika chłodniczego determinuje zastosowanie odpowiednich podzespołów do konstrukcji urządzenia. Na czele tej listy znajduje się spiralna sprężarka hermetyczna o stałej prędkości obrotowej ZH08, dostarczana przez renomowaną firmę Copeland. Sprężarka taka jest rozwiązaniem nie tylko przeznaczonym do pracy z czynnikiem R290, ale także sprawdzonym pod kątem eksploatacji w takich urządzeniach, co stanowi gwarancję trwałości, bezawaryjności i stabil­ności ich pracy przez wiele lat [4].

Zastosowana sprężarka cechuje się także szeroką kopertą pracy, zapewniając produkcję wody o temperaturze 65°C z maksymalną wydajnością w całym zakresie temperatury zewnętrznej.

Za najwyższą efektywność pracy sprężarki o stałej prędkości obrotowej odpowiada nie tylko przemyślany układ komponentów, na który składają się m.in. elektroniczny zawór rozprężny, wymienniki ciepła (z powłoką hy­drofilową i karbowanymi rurami) czy dopra­cowana automatyka, ale także filozofia przy­gotowania wody grzewczej i c.w.u. Sprężarka współpracuje z dwoma buforami (o objętości np. 200 l) – c.w.u. i c.o. – zapewniając przez cały czas wymaganą temperaturę magazy­nowanej wody. Każdy bufor może mieć inną temperaturę wody, co oznacza możliwość dostosowania układu do współpracy z różnymi instalacjami ogrzewczymi, np. płaszczyznowy­mi (niskotemperaturowymi). Dodatkowo ze względu na pełne przygotowanie sprężarki do pracy odwróconej (rewersyjnej) latem, bufor c.o. może pełnić funkcję magazynu chłodu, współpracując np. z klimakonwektorami czy nagrzewnico-chłodnicą w rekuperatorze.

Za odbiór ciepła/chłodu odpowiada układ hydrauliczny. Szczególne zalety wykazuje tu kompletny hydrobox – systemowy, przezna­czony do pracy z konkretną pompą ciepła mo­duł hydrauliczny. Zawiera on nie tylko pompę obiegową, armaturę i elementy sterowania, ale też dodatkowy elektryczny podgrzewacz przepływowy o konfigurowalnej mocy, przy­datny np. podczas wyłączeń serwisowych czy w razie potrzeby szybkiego dogrzania wody lub zapewnienia komfortu podczas pracy instalacji poniżej punktu biwalentnego. Hydrobox jest rozwiązaniem kompaktowym, znacznie ogra­niczającym czas pracy instalatora.