Nietypowe rozwiązania hydrauliczne w instalacjach z wykorzystaniem pompy ciepła

Dobrze dobrana i zainstalowana armatura zarówno instalacji centralnego ogrzewania jak i ciepłej wody użytkowej, to podstawa jej wytrzymałości i długości użytkowania. Poza podstawowymi elementami i sposobami instalacji urządzeń, istnieją również te bardziej kombinowane i nietypowe - co nie oznacza, że nie są one równie skuteczne. Temat niecodziennych rozwiązań hydraulicznych może powodować wiele nieporozumień, dlatego ważne jest, aby przyjrzeć się im bliżej, bo nie taki diabeł straszny jak go malują.

Ogólnodostępny generator schematów hydraulicznych opiera się zazwyczaj na dwóch rozwiązaniach - szeregowym lub równoległym podłączeniu zbiornika buforowego. Przy podłączeniu szeregowym bufor zwiększa zład wody kotłowej, a za zapewnienie przepływu odpowiada zawór nadmiarowo-upustowy. Natomiast przy podłączeniu równoległym bufor pełni rolę sprzęgła hydraulicznego. 

Zazwyczaj wybierana jest opcja równoległa, ponieważ układ ten jest bezpieczny i wygodny dla instalatora oraz chroni go przed błędami po stronie instalacji, które mogłyby zostać popełnione. Zawsze jednak dobrze jest wiedzieć, że instalację można wykonać w inny sposób. 

Zastosowanie sprzęgła hydraulicznego

Rysunek 1. Schemat sprzęgła hydraulicznego.

Czym tak naprawdę jest sprzęgło hydrauliczne? Najprościej mówiąc, jest to zbiornik, którego zadaniem jest równoważenie układu hydraulicznego. Sprzęgło to kawałek rury, najczęściej wykonany ze stali nierdzewnej lub stali czarnej. Posiada średnicę kilkukrotnie większą niż średnica rur przyłączeniowych.

Sprzęgło jest stosowane, aby zabezpieczyć instalację na ewentualność, w której przepływ po jednej ze stron jest niesymetryczny, czyli przepływ po stronie źródła jest większy niż po stronie odbiornika (rys. 1 przypadek 2). Tego typu sytuacja występuje na przykład wtedy, kiedy instalacja grzewcza w budynku jest zbudowana z rur o zbyt małych średnicach, które nie pozwalają na uzyskanie optymalnego przepływu dla pompy ciepła. Pompa ciepła żeby pracowała dobrze i efektywnie musi uzyskać odpowiedni przepływ. Analogicznie może wystąpić sytuacja przedstawiona jako przypadek 3 - większy przepływ po stronie odbiorników, a mały przepływ po stronie źródła. 

Rozkład temperatur w sprzęgle hydraulicznym

Rysunek 2. Rozkład temperatur w sprzęgle hydraulicznym.

Gdy przepływ jest zrównoważony, w górnej części zbiornika znajduje się tylko woda gorąca, a w dolnej tylko woda chłodna (przypadek 1). W tym przypadku mieszanie tych dwóch środowisk jest bardzo ograniczone. W środku urządzenia znajduje się siatka lub blacha perforowana z kilkoma otworami, która ma za zadanie sprawić, żeby woda, która wpada do sprzęgła i w naturalny sposób się kotłuje, automatycznie nie mieszała się z wodą po drugiej stronie.

Jak odnieść to do zbiorników buforowych?

Rysunek 3. Zbiornik buforowy jako sprzęgło hydrauliczne

Zbiornik buforowy w układzie sprzęgła to nic innego jak szeroka rura, w której dzieje się dokładnie to samo co w sprzęgle, jednak ze względu na konstrukcję, mieszanie występujące w zbiorniku nie jest niczym skrępowane. Czym wyższy i smuklejszy jest zbiornik, tym mniej mieszania się środowisk o odmiennych temperaturach. Jeżeli zbiornik jest niski i bardziej zbliżony do kwadratu, mieszanie jest bardzo duże i gwałtowne. 

Rysunek 4. Idealny rozkład temperatur w buforze.

Za idealnie prosty przypadek można wziąć przykład, w którym pompa ciepła jest podłączona do zbiornika buforowego w układzie sprzęgła, a za nim znajduje się pompa obiegowa i układ odbiorników (rys. 4). W takim zbiorniku praktycznie nie występuje mieszanie. 

Lepiej zapobiegać, niż leczyć

Rysunek 5. Rozwiązanie z dwoma zbiornikami buforowymi, na zasilaniu i powrocie.

Rysunek 6. Instalacja z jednym zbiornikiem buforowym, na powrocie

Aby ograniczyć mieszanie się wody o różnych temperaturach, można zastosować dwa zbiorniki buforowe - jeden na zasilaniu, drugi na powrocie i połączyć je rurą (rys. 5). W ten sposób możliwe jest obniżenie strat o około 5%. Można także zdecydować się na opcję z jednym zbiornikiem na powrocie, bądź na zasilaniu (rys. 6).

Rysunek 7. Instalacja z bypassem za zbiornikiem.

Instalacja z jednym zbiornikiem buforowym przysparza jednak problem jakim jest brak wykorzystania całej objętości zbiornika przy bypassie. W takim wypadku można jednak przesunąć bypass za zbiornik. Jest on wtedy podłączany krzyżowo: jeden króciec u dołu, a drugi u góry tak, że cały zbiornik zostaje wykorzystany (rys. 7).

Wymiennik pośredni 

Co w przypadku wymiennika pośredniego? Jak wstawić taki wymiennik do instalacji? Można to zrobić korzystając ze schematu przedstawionego na rysunku 8.

Rysunek 8. Instalacja z wymiennikiem pośrednim.

Jest to jedyne słuszne rozwiązanie jeżeli chodzi o podłączenie wymiennika pośredniego między pompę ciepła a instalację. Podpinając wymiennik bezpośrednio do pompy ciepła uzyskuje on na wejściu najwyższą możliwą temperaturę. Jednocześnie zapewniony jest przepływ przez samą konstrukcję wymiennika, a zbiornik na powrocie gwarantuje minimalny zład wody oraz stabilną temperaturę powrotu w trakcie procesu odladzania. 

Inne alternatywne rozwiązania uwzględniające sprzęgło hydrauliczne to między innymi instalacja hybrydowa z kotłem gazowym i pompą ciepła oraz zbiornikiem buforowym na powrocie (rys. 9).

Rysunek 9. Instalacja hybrydowa z kotłem gazowym i pompą ciepła oraz zbiornikiem buforowym na powrocie. 

Taki układ może także funkcjonować w równoległym układzie pracy z kotłem gazowym, czy dowolnym kotłem jako źródłem szczytowym. 

W takim przypadku zbiornik buforowy można zainstalować też na zasilaniu (rys. 10). 

Kocioł będzie zasilał zbiornik, który jest szeregowo podpięty do pompy ciepła. Woda podgrzana przez oba urządzenia będzie trafiać do instalacji, a w razie nadmiernego przepływu czy potrzeby odladzania, układ ten bez problemu poradzi sobie dzięki bypassowi. 

Rysunek 10. Instalacja hybrydowa z kotłem gazowym i pompą ciepła, oraz zbiornikiem buforowym na zasilaniu. 

Pompy obiegowe

Rysunek 11. Równoważenie przepływów w zbiorniku buforowym.

Warto również zwrócić uwagę na rolę pomp obiegowych i na kwestię związaną ze spadkami ciśnienia. 

Pompy obiegowe są w większości przypadków źródłem różnicy ciśnień. W przypadku pompy obiegowej następuje wzrost ciśnienia, w przypadku odbiorników stawiających opór - spadek ciśnienia. Rolą pomp obiegowych jest więc równoważenie oporów stawianych przez instalację. W przypadku obiegu do bufora będzie to tylko opór krótkiego obiegu rur zasilających i powrotnych do zasobnika buforowego, natomiast w przypadku pompy dodatkowej, jej rolą będzie pokonanie oporów hydraulicznych instalacji oraz spadku ciśnienia na odbiornikach (grzejnikach lub instalacji ogrzewania podłogowego). 

Ze względu na to, że sprzęgło co do zasady jest zbiornikiem otwartym, to samo w sobie nie generuje oporów. Można więc przyjąć, że spadek ciśnienia w nim wynosi zero (rys.11).

Zawór nadmiarowo-upustowy

Rysunek 12. Układ z zaworem nadmiarowo-upustowym

Zawór nadmiarowo-upustowy to zawór o dość ciekawej charakterystyce, która zakłada, że jest on całkowicie zamknięty dopóki nie zostanie na nim wywarte odpowiednie ciśnienie. Po otwarciu nadal utrzymuje on opór lub generuje spadek ciśnienia, jednak nie mniejszy niż ciśnienie otwarcia. Im większy przepływ przez ten zawór, tym większy opór będzie on stawiał. Oznacza to, że zawsze będzie realizowany przepływ przez instalację i dopiero naddatek będzie przepływał przez zawór nadmiarowo-upustowy.

Tak jak już wspomniano, dobrze dobrana i zainstalowana armatura zarówno instalacji centralnego ogrzewania jak i ciepłej wody użytkowej, to podstawa jej wytrzymałości i długości użytkowania. Warto więc znać różne rozwiązania, dzięki którym można ją zrealizować.

Więcej informacji znajdziesz w materiale wideo:

Jak podłączyć pompę ciepła - nietypowe rozwiązania hydrauliczne

Potrzebujesz wsparcia lub chcesz znaleźć akredytowanego instalatora - skontaktuj się z nami