Pompa ciepła na propan – ekologiczna i przyszłościowa alternatywa dla tradycyjnych instalacji grzewczych
We współczesnym świecie, który wymaga bardziej zrównoważonych i energooszczędnych rozwiązań, staje się coraz bardziej oczywiste, że dekarbonizacja budownictwa w krajach UE ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia celu zerowej emisji gazów cieplarnianych netto do 2050 roku. Branża ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji (HVAC) nieustannie poszukuje najnowszych technologii do zaadoptowania, aby sprostać tym wymaganiom. Coraz większą popularność zyskuje propan jako czynnik chłodniczy (R290). Jego zastosowanie w nowoczesnych pompach ciepła daje nowe możliwości. W artykule opisujemy zalety, zastosowania oraz inne kwestie, związane z wykorzystaniem agregatów chłodniczych na propan oraz co oznacza przejście na propan dla właścicieli budynków mieszkalnych.
Wymiana starych systemów grzewczych na nowe
Przy modernizacji starszych budynków, planując wymianę przestarzałego źródła ciepła, takiego jak np. kocioł opalany węglem, na pompę ciepła wykorzystującą propan, powinniśmy wziąć pod uwagę kilka kwestii: całkowity cykl życia oraz korzyści finansowe i środowiskowe wynikające z takiej zmiany, Jak wynika z doświadczeń firm sprzedających oraz instalujących pompy ciepła, zazwyczaj plusy znacznie przewyższają one wszelkie minusy oraz koszty początkowe. Obecnie w Polsce właściciele domów jednorodzinnych mogą uzyskać dofinansowanie do wymiany starych pieców węglowych na pompy ciepła (np. w programie Czyste Powietrze). Zastosowanie pompy ciepła w domu jednorodzinnym obejmuje ogrzewanie pomieszczeń, chłodzenie ich podczas upałów (pompy odwracalne) oraz produkcję ciepłej wody użytkowej. Pompy mogą współpracować zarówno z tradycyjnymi instalacjami centralnego ogrzewania, wykorzystującymi grzejniki ścienne, jak i z nowocześniejszym oraz wydajniejszym ogrzewaniem podłogowym. Dodatkową zaletę stanowi możliwość ich zasilania z instalacji fotowoltaicznych i wtedy mogą być w pełni zaliczone do odnawialnych źródeł energii. Oczywiście pompę ciepła na propan mogą wybrać także inwestorzy, planujący wybudowanie własnego domu.
Kluczowe kwestie do rozważenia
Tradycyjne odwracalne pompy ciepła w pewnych sytuacjach mają trudności z osiągnięciem wysokich temperatur wody zasilającej, takich uzyskiwane w systemach z kotłami (70°C...85°C). Wytwarzanie ciepła jest wtedy niewystarczające, dlatego pompy te mogą wymagać zainstalowania dodatkowej, wspomagającej grzałki elektrycznej lub systemów kaskadowych w celu podwyższenia temperatury wody od 50°C...60°C. Przy czym, w najbardziej sprzyjających warunkach, stosuje się takie czynniki chłodnicze, jak R410a i R32. Dzięki zastosowaniu dodatkowego elektrycznego ogrzewania wspomagającego w celu zaspokojenia szczytowego zapotrzebowania na ciepło podczas mroźnej zimy lub alternatywnie kaskadowego układu pomp ciepła, wykorzystującego jedną pompę ciepła do podgrzania wody, zaś drugą do podniesienia jej temperatury, można osiągnąć wyższe temperatury wody zasilającej system centralnego ogrzewania. Jednak grzałki wspomagające lub 2 pompy ciepła często powodują niepotrzebną złożoność systemu grzewczego. Nie występuje ona w instalacjach z tradycyjnymi kotłami na paliwa kopalne. Bardziej skomplikowany system grzewczy wymaga dodatkowej przestrzeni w budynku, odpowiednich systemów sterowania oraz oczywiście wyższych kosztów zarówno samych urządzeń, jaki i montażu. Dlatego tego typu rozwiązania te, przy rozważaniu wymiany kotła na pompę ciepła, są często postrzegane, jako niekorzystne dla użytkownika końcowego Jednak, dzięki najnowszym osiągnięciom technologicznym oraz zastosowaniu czynników chłodniczym o niskim potencjale tworzenia efektu cieplarnianego (GWP), takich jak propan i CO2, systemy HVAC mogą obecnie stanowić bardzo atrakcyjne rozwiązanie opisanych wyżej problemów. Potrafią podgrzewać wodę do pożądanej temperatury 75°C bez konieczności elektrycznego ogrzewania wspomagającego czy kaskad. Upraszcza to zarówno projektowanie systemu, jak i proces jego instalacji. Ponadto, co jest bardzo ważne dla użytkownika, zostają zmniejszony koszty i skrócony czas zainstalowania, umożliwiając przejście na bardziej zrównoważone, wysoce wydajne i opłacalne rozwiązanie systemu grzewczego w budynku
Czym jest propan?
Propan (C3H8) to gaz używany, jako paliwo w butlach do ogrzewania czy gotowania oraz wykorzystywany w niektórych procesach przemysłowych. Jednak ten węglowodór różni się budową chemiczną i właściwościami od szeroko stosowanych, jako czynniki chłodnicze substancji PFAS (syntetycznych związków fluoroorganicznych), dlatego nie stwarza zagrożenia dla zdrowia ludzi oraz obciążenia dla środowiska. Jako naturalny czynnik chłodniczy (oznaczenie R290) o współczynniku GWP wynoszącym zaledwie 3 i zerowym potencjale niszczenia warstwy ozonowej (ODP), propan stanowi przyjazną dla środowiska alternatywę dla tradycyjnych czynników chłodniczych, takich jak R410A (GWP = 2088). Ponadto propan nie podlega takim samym regulacjom prawnym, jak substancje zawierające fluor, czyli tzw. F-gazy, ponieważ jest prostym węglowodorem, co czyni go bezpieczniejszym dla środowiska. Wprowadzenie R290, jako alternatywnego czynnika chłodniczego, pozwala uniknąć zagrożeń dla zdrowia ludzi oraz środowiska, związanych z substancjami PFAS, zapewniając jednocześnie bardziej zrównoważone i wydajne rozwiązanie dla pomp ciepła.
Zalety pomp ciepła na propan
- Poprawa efektywności energetycznej. Systemy odwracalnych pomp ciepła na propan są znane ze swojej wysokiej efektywności energetycznej. Wysoka przewodność cieplna R290 umożliwia szybkie przechwytywanie i przekazywanie ciepła, co przekłada się na wyższą efektywność pomp. Efektywność energetyczną pompy ciepła określa współczynnik COP, czyli ilość generowanej mocy grzewczej w odniesieniu do zużywanej mocy elektrycznej. Podobnie definiuje się współczynnik efektywności energetycznej dla chłodzenia: EER. Producenci podają jednak także bardziej praktyczne wartości współczynników sezonowych: SCOP i SEER. Pompy ciepła na propan często uzyskują wyższe wartości tych parametrów, co przekłada się na niższe zużycie energii elektrycznej do wytworzenie takiej ilości energii cieplnej lub chłodniczej, która umożliwi uzyskanie wymaganej przez użytkownika temperatury w pomieszczeniach. Bardziej efektywny energetycznie system grzewczy oznacza zmniejszenia zużycia energii oraz niższe koszty eksploatacji budynku.
- Uniwersalność w zastosowaniach. Nowoczesne systemy chłodzenia i ogrzewania wykorzystujące propan, jako czynnik chłodniczy, są wszechstronne i mają wiele zastosowań. Od budynków mieszkalnych i komercyjnych po obiekty przemysłowe. Potrafię efektywnie wytwarzać gorącą wodę o temperaturze do 75°C na zasilaniu, nawet w bardzo niskich temperaturach zewnętrznych. Dzięki doskonałym właściwościom termodynamicznym, takim jak wysokie ciepło parowania oraz niska temperatura wrzenia, propan nadaje się do stosowania w szerokim zakresie temperatur. Ponadto pamiętajmy, że do dezynfekcji ciepłej wody użytkowej (usuwanie bakterii Legionella) wymagana jest temperatura +60°C, zaś pompa na propan może osiągnąć ten poziom nawet przy temperaturze na zewnątrz budynku -10°C. Systemy z propanem, jako czynnikiem chłodniczym, szczególnie dobrze nadają się do klimatyzatorów i pomp ciepła. Zapewniają zarówno utrzymanie wymaganej temperatury w pomieszczeniach budynków, jak o niezawodne dostawy ciepłej wody użytkowej. Jednocześnie gwarantują wydajność i bezpieczeństwo, a dodatkową zaletą jest minimalizacja zużycia energii.
Projekt systemu z pompą ciepła na propan
Nowoczesne pompy ciepła na propan są zaprojektowane tak, aby zoptymalizować właściwości tego czynnika chłodniczego. Obejmuje to zaawansowaną technologię sprężarek oraz takie konstrukcje wymienników ciepła, czyli parownika i skraplacza, które maksymalizują wydajność pomp i możliwości wymiany ciepła przez propan. Ważnym aspektem, który musimy wziąć pod uwagę w przypadku każdego systemu HVAC, jest obciążenie cieplne, z jakim będzie musiało sobie on poradzić. Gdy szczytowe obciążenia grzewcze (podczas mroźnej zimy) lub i chłodnicze (w okresie letnich upałów) wymagają dodatkowej mocy, ekonomicznym rozwiązaniem jest zainstalowanie systemu 2-rurowego z odwracalną pompa ciepła. Taki system, w odróżnieniu od 4-rurowego może jednocześnie tylko grzać lub chłodzić, jednak dla domów jednorodzinnych jest to zupełnie wystarczające. Modułowa konfiguracja umożliwia lepsze odszranianie, a nawet większą efektywność systemu przy częściowym obciążeniu. W niskich temperaturach panujących na zewnątrz wymagane jest odszranianie wymiennika ciepła jednostki zewnętrznej pompy ciepła, aby utrzymać jej wydajność. Szybką i prostą metodą usunięcia szronu jest odwrócenie obiegu pompy, w celu pobrania ciepła z instalacji grzewczej. Wówczas zewnętrzny wymiennika ciepła, który normalnie pełni funkcję parownika, staje się skraplaczem. Jednak ważne jest, aby zachować wystarczającą ilość ciepłej wody w systemie, aby umożliwić tymczasową pracę pompy w cyklu odwróconym w celu usunięcia warstwy lodu. W przypadku dwóch pomp ciepła połączonych ze sobą ważne jest, aby sekwencjonować cykl rozmrażania tak, aby podczas tego procesu nadal można było dostarczać ciepło do budynku. Wtedy jedna pompa wykonuje odszranianie, zaś druga pracuje normalnie. Następnie pompy zamieniają się rolami. Podczas projektowania systemu trzeba również wziąć pod uwagę to, że pompy ciepła wymagają pewnej minimalnej objętości wody w systemie oraz mogą pracować powyżej określonej minimalnej temperatury na zewnątrz budynku. Zainstalowanie zbiornika buforowego zapewni, że pompa ciepła będzie pracowała przez jak najkrótsze okresy czasu (nawet kilka minut), aby zmniejszyć liczbę włączeń i wyłączeń sprężarki, a tym samym zmniejszyć jej zużycie. Zastosowanie zbiorników buforowych może być bardzo korzystne, ponieważ pomagają one zmniejszyć potencjalne wahania temperatury wody zasilającej system ogrzewania budynku.
Kwestie bezpieczeństwa
Zapewnienie bezpieczeństwa podczas projektowania systemów pomp ciepła na propan jest niezwykle ważne we wszystkich sytuacjach. Obowiązują bardzo rygorystyczne normy, które gwarantują, że uwzględniono odpowiednią wentylację, wykrywanie wycieków czynnika chłodniczego oraz właściwe rozmieszczenie elementów systemu. Ze względu na wysoką łatwopalność propanu, jego stosowanie w systemach chłodniczych podlega surowym normom bezpieczeństwa, takim jak PN-EN 378. Gaz ten wymaga ostrożnego obchodzenia się z nim i przestrzegania rygorystycznych przepisów BHP. Renomowani producenci i dostawcy pomp ciepła na propan powinni zawsze dołączać do swoich produktów odpowiednie instrukcje, natomiast instalacja, konserwacja, serwis i uruchomienie muszą być zawsze wykonywane przez wykwalifikowanych specjalistów, posiadających odpowiednie uprawnienia. Nieprzestrzeganie tego grozi zarówno utrata gwarancji jak i wybuchem czy pożarem. Systemy pomp ciepła na propan muszą być wyposażone w wbudowane czujniki wycieków oraz wentylatory z certyfikatem ATEX, czyli być dopuszczone do stosowania w strefach zagrożonych wybuchem. Obieg wodny musi być wyposażony w automatyczny system odpowietrzania do uwalniania czynnika chłodniczego oraz zawór bezpieczeństwa (instalowany już na miejscu). Zabezpiecza on przed nadmiernym ciśnieniem wody w przypadku awarii wymiennika ciepła. Jednostki zewnętrzna pomp ciepła na propan muszą być zainstalowane na zewnątrz budynku, z dala od potencjalnych źródeł zapłonu. Należy unikać miejsc, w których potencjalnie mógłby się gromadzić propan, będący cięższym od powietrza, np. zagłębień terenu. Pamiętajmy ponadto, że R290 może przedostawać się do wnętrza budynku przez otwory w elewacji, wejścia do piwnic, otwory wentylacyjne, odpływy kanalizacyjne lub okna dachowe
Odwiedź nasz dział poradników i znajdź rozwiązanie dla siebie
Opracowanie redakcja
Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą redakcji portalu www.ogrzewnictwo.pl
