Pierwsze uruchomienie pompy ciepła. Checklista instalatora przy uruchomieniu pompy ciepła

2022-07-21 15:21

Uruchomienie pompy ciepła znacznie różni się od uruchomienia tradycyjnego źródła ciepła i wymaga poświęcenia większej ilości czasu. Proces ten dotyczy nie tylko samego urządzenia, lecz także peryferiów – sprawdza się dodatkowo dolne i górne źródła ciepła, testuje wszystkie realizowane funkcje (ogrzewanie c.w.u., zbiornika buforowego wody grzewczej lub obiegu bezpośredniego, funkcje chłodzenia itd.). Konieczna jest przy tym znajomość algorytmów pracy regulatora oraz jego możliwości.

Spis treści

Przygotowanie do pierwszego uruchomienia
Przed pierwszym uruchomieniem pompy ciepła sprawdź miejsce
Sprawdź zabezpieczenia nadprądowe na pierwszym uruchomieniu
Pierwsze uruchomienie pompy ciepła solanka-woda
Pierwsze uruchomienie pompy ciepła powietrze-woda
Ocena budynku przy pierwszym uruchomieniu pompy ciepla
Przeszkolenie użytkownika pompy ciepła

Trudno uruchamiać pompę ciepła bez wiedzy, czy dana funkcja jest przez nią realizowana. W wielu przypadkach nawet złe umiejscowienie czujników może spowodować niewłaściwą pracę pompy ciepła, a to dlatego, że niektóre z nich odpowiadają za uruchomienie urządzenia, a inne za jego wyłączenie. Jeżeli opanowanie procesu termodynamicznego oraz hydrauliki można określić jako bardzo istotne, to znajomość regulatora jest tutaj sprawą podstawową, która pozwoli na jego ustawienie w taki sposób, aby system grzewczy zawsze pracował bezawaryjnie i zgodnie z oczekiwaniami użytkowników.

Przygotowanie do pierwszego uruchomienia

Pierwszego uruchomienia pompy ciepła może dokonać serwis fabryczny producenta urządzenia, firma specjalistyczna – na zlecenie, a także instalator posiadający odpowiednie kwalifikacje. Zlecając tę czynność, należy dostarczyć kompletną dokumentację związaną z:

ogrzewanym budynkiem,
lokalizacją pompy ciepła (w obiekcie lub na zewnątrz),
zastosowanym dolnym i górnym źródłem ciepła oraz schematem hydraulicznym.

Zwykle producenci zamieszczają ogólnodostępne protokoły zgłoszeń pierwszego uruchomienia i wskazują w nich swoje wymagania. Pozwala to na odpowiednie przygotowanie instalatora do pracy, a także niekiedy na wczesne wykrycie nieprawidłowości. Warto stosować się do checklist pierwszego uruchomienia, załączonych zazwyczaj do instrukcji serwisowych urządzeń, aby niczego nie pominąć.

Przed pierwszym uruchomieniem pompy ciepła sprawdź miejsce

Pomieszczenie z pompą ciepła, podobnie jak w przypadku kotła grzewczego, wymaga zachowania minimalnej kubatury. Zastosowanie znajdują tutaj zapisy normy PN-EN 378, określające ten parametr w zależności od typu użytego czynnika chłodniczego oraz jego napełnienia. Do jej oszacowania należy podzielić ilość czynnika znajdującego się w układzie przez tzw. współczynnik toksyczności wskazany w powyższej normie (np. dla R410A wynosi on 0,44 kg/m3, dla nowego R32 – 0,3 kg/m3, a dla używanego w pompach ciepła do c.w.u. R134A – 0,25 kg/m3).

Kubatura pomieszczenia stanowi stały element zabezpieczenia instalacji, ponieważ w razie przedostania się przez nieszczelności całego napełnienia do przestrzeni użytkowej, wystąpi w niej stężenie czynnika nie większe niż dopuszczalne. Powszechnie używane czynniki chłodnicze z wyjątkiem R-717 są cięższe od powietrza. Należy więc unikać zastoju ich oparów poprzez zapewnienie wentylacji i właściwe rozmieszczenie otworów wentylacyjnych.

Dla każdego urządzenia określone są także tzw. minimalne odległości serwisowe, które powinno się zostawiać z dużym zapasem, aby nie utrudniać ewentualnych prac naprawczych.

Sprawdź zabezpieczenia nadprądowe na pierwszym uruchomieniu

Pompy ciepła w większości wymagają osobnych zabezpieczeń nadprądowych dla sprężarki, regulatora oraz ewentualnie grzałki elektrycznej. W przypadku dwóch ostatnich wystarczające jest zabezpieczenie typu B, natomiast dla silnika sprężarki – C.

Wartości ich prądów znamionowych należy szukać w instrukcji serwisowej pompy. Zazwyczaj urządzenia typu solanka-woda lub powietrze-woda większych mocy wyposażone są w sprężarkę 3-fazową, a więc dodatkowo konieczne będzie zastosowanie elementu kontroli faz (o ile nie znajduje się w wyposażeniu). Zapewnia on poprawne zasilanie silnika również w innych przypadkach niż tylko standardowa zamiana kolejności faz. Na bieżąco sprawdzana jest tolerancja napięcia oraz asymetria. Element ten teoretycznie nie jest wymagany przez pompy ciepła wyposażone w sprężarkę z inwerterem, jednak większość producentów zaleca jego montaż, aby poprawić bezpieczeństwo pracy przez jej ciągłą kontrolę. Skrzynkę elektryczną z elementami zabezpieczającymi należy zlokalizować możliwie blisko pompy ciepła i dodatkowo zabezpieczyć wyłącznikiem różnicowo-prądowym.

Pierwsze uruchomienie pompy ciepła solanka-woda

Na początek powiedzmy, jak ocenić poprawność realizacji dolnego źródła ciepła w pompie ciepła solanka-woda podczas pierwszego uruchomienia?

Zadaniem dolnego źródła jest dostarczanie energii niskotemperaturowej do pompy ciepła podczas jej pracy. Podstawowym wymogiem jest tutaj właściwe zwymiarowanie tego źródła oraz bezwzględne zachowanie odpowiedniego przepływu czynnika niezamarzającego.

Podczas pierwszego uruchomienia zazwyczaj nie ma możliwości oceny wielkości rzeczywistej dolnego źródła ciepła, ale wykonawca instalacji lub nawet niekiedy sam inwestor zapewne będą taką wiedzą dysponować, co pozwala na wstępne sprawdzenie, czy zaprojektowane rozwiązanie jest zgodne z zalecanymi standardami.

Wytyczne projektowe PORT PC (Polska Organizacja Rozwoju Technologii Pomp Ciepła) dotyczące dolnych źródeł ciepła zawierają wskaźniki przeliczeniowe, którymi można się posługiwać podczas szacowania tych wielkości. Dla odwiertów pionowych przyjmuje się wartość mocy równą 40 W z metra bieżącego odwiertu, natomiast z kolektora poziomego ok. 15 W z metra kwadratowego, co oznacza roczną ilość energii odpowiednio na poziomie 80 kWh z metra bieżącego odwiertu oraz 30 kWh z metra kwadratowego kolektora poziomego.

Nikt nie wymaga, by podczas pierwszego uruchomienia pompy ciepła dokładnie obliczyć wymaganą wielkość dolnego źródła, ale porównanie nawet szacunkowych obliczeń na bazie wskaźników z rzeczywistą wielkością na miejscu pozwala udzielić odpowiedzi na pytanie, czy warto w ogóle rozpoczynać czynności uruchomieniowe.

Kolejną kwestią jest ocena zastosowanego czynnika niezamarzającego, tj. przede wszystkim sprawdzenie temperatury krzepnięcia – zwykle wynosi ona od –15 do –19°C, oraz jego ciśnienia w obiegu dolnego źródła. Przy tej okazji należy skontrolować wielkość naczynia przeponowego oraz jego ciśnienie wstępne. Pojemność naczynia można oszacować wskaźnikiem od 5 do 7% pojemności zładu lub dokładnie obliczyć według wzoru: V_N= ((V_Z+V_V)•(p_e+ 1))/(p_e - p_st); gdzie: VN – pojemność znamionowa naczynia zbiorczego w litrach, V_Z – zwiększenie pojemności przy zmianie temperatury płynu = V_A · β · Δt, V_A – całkowita pojemność instalacji dolnego źródła w litrach, β – współczynnik rozszerzenia (np. dla płynu Tyfocor na bazie glikolu etylenowego 30% = 0,0004), Δt – różnica temperatur obiegu pierwotnego (od –5 do 20°C) = 25 K, V_V – poduszka naczynia przeponowego = V_A · 0,005, lecz nie mniej niż 3 l, p_e – dopuszczalne nadciśnienie końcowe w barach = ciśnienie otwarcia zaworu bezpieczeństwa · 0,9, Pst – ciśnienie wstępne naczynia przeponowego = najczęściej od 1 do 1,5 bara.

Zazwyczaj ciśnienie wstępne w naczyniu wymaga obniżenia do wartości ok. 0,3–0,5 bara poniżej planowanego ciśnienia płynu niezamarzającego w instalacji. Zbyt wysoka wartość będzie prowadzić do dużych jego wahań w instalacji, zbyt niska natomiast – do zapowietrzania dolnego źródła i tym samym usterek w pracy pompy ciepła.

W celu sprawdzenia przepływu czynnika przez dolne źródło ciepła w pierwszej kolejności należy pracować na wyłączonej pompie ciepła, a więc np. przez włączenie jedynie pompy obiegowej z poziomu testu przekaźników. Rury dolnego źródła – odwierty pionowe lub pętle poziome – powinny być zaopatrzone w rotametry pozwalające ocenić rzeczywisty przepływ płynu niezamarzającego.

Suma odczytanych przepływów powinna być co najmniej równa wartości minimalnego przepływu określonego przez producenta pompy ciepła. Brak wskazań na rotametrach powinien zostać koniecznie odnotowany w protokole, a procedura uruchomienia instalacji powtórzona po usunięciu przyczyny usterki. Brak przypływu oznacza bowiem, że pompa ciepła podczas swojej pracy będzie korzystać z mniejszego niż planowano dolnego źródła ciepła, co może z kolei wpłynąć na szybkie wyczerpanie energii ziemi, w skrajnym przypadku nawet przemrożenie, a dla użytkownika skutkować przede wszystkim zwiększonymi kosztami eksploatacji.

Aby oszacować optymalny przepływ czynnika niezamarzającego przez omawianą instalację, skorzystać można ze wzoru: V = Q_ch/(C_wł• Δt); gdzie: Qch – moc chłodnicza pompy ciepła – zgodnie z punktem pracy B0/W35 (według normy EN 14511), w kW, Cwł – ciepło właściwe (np. glikolu etylenowego o stężeniu 30% wynosi 0,0010527 kWh/kgK), Δt – sugerowana różnica temperatur [zasilanie–powrót] dolnego źródła ciepła wynosi 3 K.

Przepływ optymalny pozwala na równomierne cieplne obciążenie dolnego źródła ciepła. Automatyczne elementy odpowietrzające należy odciąć zaworami na zakończenie prac. Kolejną czynnością po stronie dolnego źródła ciepła będzie jego ocena podczas pracy sprężarki, przy czym można ją wykonać jednocześnie ze sprawdzaniem komponentów po stronie górnego źródła ciepła.

Może zainteresuje Cię także:

A jak to jest w przypadku górnego źródła ciepła w pompie ciepła solanka-woda?

Dystrybucja ciepła jest bardzo wrażliwym punktem instalacji z pompą ciepła i powinna być specjalnie zaprojektowana do pracy z tym urządzeniem. W zasadzie można wyróżnić trzy podstawowe odbiorniki ciepła:

układ bezpośredni (z ew. buforem na powrocie),
bufor wody grzewczej,
zbiornik c.w.u.

Każdy schemat realizowany przez pompę ciepła bazuje praktycznie tylko na tych trzech elementach. Nawet rozbudowana instalacja z wieloma obiegami na zaworach mieszających w gruncie rzeczy oznacza pracę z wykorzystaniem bufora wody grzewczej.

Jeżeli zastosowano układ bezpośredni, zadaniem instalatora uruchamiającego instalację jest ocena dwóch podstawowych parametrów – przepływu i pojemności.

Przepływ minimalny, podobnie jak w dolnym źródle ciepła, określony jest przez producenta pompy ciepła i musi być bezwzględnie zachowany, a dodatkowo powinien być stały. Oblicza się go podobnie jak przepływ po stronie dolnego źródła ciepła, z tą różnicą, że medium transportującym ciepło jest woda, a do obliczeń należy podstawić jej ciepło właściwe, wynoszące 0,0011638 kWh/kgK, obliczeniowa różnica temperatur powinna znajdować się natomiast w zakresie od 5 do 7 K.

Instalacja grzewcza musi umożliwiać dokonanie pomiaru przepływu np. przez zsumowanie wskazań na rotametrach rozdzielacza ogrzewania podłogowego, a wartości muszą być potwierdzone obliczeniami wykonanymi przez projektanta. Aby zachować stały przepływ wody grzewczej przez instalację, należy zrezygnować z elementów regulujących, np. głowic termostatycznych, siłowników pętli czy zaworów mieszających.

W przypadku systemu ogrzewania podłogowego dopuszcza się montaż siłowników na wybranych pętlach, jednak tylko w takiej liczbie, aby po ich zadziałaniu, czyli odcięciu danych pętli od instalacji, pozostałe wciąż gwarantowały przepływ minimalny.

Należy zwrócić uwagę na ustawienie maksymalnej temperatury zasilania obiegu grzewczego i zastosować dodatkowe ograniczniki termostatyczne. Może się zdarzyć, że wysoki parametr wody grzewczej z pompy ciepła zostanie skierowany na system ogrzewania podłogowego, co spowoduje kosztowne uszkodzenia. Przyczyną może być zacięcie zaworu 3-drogowego przełączającego pomiędzy pracą c.o. i c.w.u. czy utrata charakterystyki przez czujnik zasilania. W takich sytuacjach element termostatyczny zadziała i w krótkim czasie wyłączy pompę obiegową.

Minimalna pojemność instalacji grzewczej z pompą ciepła określona jest na poziomie 3 l na każdy kW mocy grzewczej pompy ciepła według normy EN 14511. Do zachowania optymalnych czasów pracy sprężarki instalacja powinna zawierać nawet dziesięciokrotnie większą pojemność. Przy tej okazji należy zaznaczyć, że instalacje grzejnikowe nie nadają się z reguły do układów bezpośrednich z pompą ciepła z uwagi na małą bezwładność, niewielką pojemność wodną i stosunkowo dużą obliczeniową różnicę temperatur (10 K).

Jeżeli instalacja grzewcza nie jest w stanie zapewnić minimalnego i stałego przepływu, układ trzeba wyposażyć w bufor wody grzewczej. Takie instalacje są najmniej kłopotliwe zarówno w pracy, jak i podczas procesu pierwszego uruchomienia, ponieważ dotyczą tylko części instalacji od pompy ciepła do bufora.

Praktycznie jedynym wymogiem względem zbiornika buforowego jest minimalna pojemność, którą wyznacza się z zależności – 20–25 l/kW mocy grzewczej zgodnie z normą EN 14511.

Bufor montowany na zasilaniu musi zostać opomiarowany czujnikiem, który powinien mierzyć temperaturę wody mniej więcej w jego środkowej części.

Podczas pierwszego uruchomienia należy dokładnie sprawdzić jego położenie oraz zachowanie pompy ciepła podczas pracy z buforem (jeżeli znajdą się za nim obiegi o parametrach obliczeniowych zbliżonych do maksymalnych osiąganych przez pompę ciepła, np. grzejniki przeliczone na parametry 55/45, to w największe mrozy instalację zatrzyma usterka). Dzieje się tak dlatego, że inny czujnik odpowiada za uruchamianie pompy ciepła, a inny za jej wyłączenie. W nastawach fabrycznych ten umieszczony w buforze ją uruchamia, natomiast ten na powrocie wyłącza.

Układ nie powinien sprawiać kłopotów w eksploatacji, jeżeli spełniony zostanie warunek, zgodnie z którym po stronie pompy ciepła przepływ do bufora jest większy (różnica temperatur zasilanie–powrót 5 K) niż po stronie obiegów grzewczych (różnica temperatur za buforem >5 K).

Bardzo ważnym komponentem instalacji z pompą ciepła jest zbiornik c.w.u. Poza jego pojemnością, gwarantującą komfort korzystania, istotna jest także powierzchnia wymiennika ciepła (wężownicy) – zgodnie z wytycznymi producentów powinna wynosić co najmniej 0,25 m2/kW obliczeniowej mocy grzewczej pompy ciepła (punkty obliczeniowe zgodnie z normą EN 14511). Spełnienie tego warunku gwarantuje, że moc grzewcza pompy zostanie przekazana poprzez wężownicę do wody użytkowej.

Każdorazowo podczas przeprowadzania pierwszego uruchomienia instalacji z pompą ciepła należy wykonać test ogrzewania oraz dogrzewania wody użytkowej. Nastawa zbyt wysokiej temperatury wody użytkowej w zbiorniku może prowadzić do wyłączenia pompy ciepła przez usterkę wysokiego ciśnienia (za wysoka temperatura skraplania).

Użytkownik może w przyszłości regulować temperaturami zadanymi c.w.u. i nawet nieświadomie powodować zatrzymanie pracy instalacji. Dlatego też podczas konfiguracji systemu należy ograniczyć maksymalną temperaturę c.w.u., którą można określić, wykonując wygrzanie zbiornika jednym cyklem pracy pompy ciepła aż do wyłączenia od wysokiego ciśnienia. Osiągniętą w ten sposób temperaturę w zbiorniku c.w.u. pomniejsza się o 2 K i ustawia jako wartość maksymalną wody użytkowej.

W celu potwierdzenia poprawnie wykonanej nastawy trzeba przeprowadzić rozbiór wody użytkowej aż do momentu ponownego uruchomienia pompy ciepła na potrzeby dogrzania c.w.u. Jeżeli wartość określona jako maksymalna temperatura c.w.u. zostanie osiągnięta ponownie przez pompę ciepła tylko jednym cyklem pracy sprężarki, ustawienia uznaje się za poprawne. Czas wymagany do przeprowadzenia testów ogrzewania wody użytkowej można wykorzystać do równoczesnej oceny pracy dolnego źródła ciepła. Podczas pracy sprężarki obciąża się je, przez co obniża się temperatura czynnika niezamarzającego. Doświadczenie pokazuje, że dopuszczalny spadek temperatury wynosi około 3 K/h, natomiast optymalny maksymalnie 2 K/h. Większy może świadczyć o zbyt małym dolnym źródle ciepła.

Pierwsze uruchomienie pompy ciepła powietrze-woda

Przede wszystkim należy ocenić, czy pompa ciepła została zamontowana z zachowaniem minimalnych odstępów serwisowych, tak aby w przyszłości możliwe było wykonywanie prac konserwacyjnych, naprawczych oraz by powietrze miało swobodny dostęp do parownika.

Zarówno urządzenia typu split, jak i monoblok generują dużą ilość wody podczas odmrażania parownika – nawet kilka litrów na jeden proces. Trzeba zatem sprawdzić sposób odprowadzenia kondensatu oraz jego drożność.

Niezaizolowane rury odprowadzające kondensat lub te o zbyt małej średnicy, niedrożny syfon czy podłoże mogą prowadzić do zamarzania wody wewnątrz pompy ciepła, a także w podłożu pod nią. Bardzo istotna jest także odległość pomiędzy wyrzutem a wszelkiego rodzaju komunikacją – do odległości co najmniej 3 m nie powinno być tarasów czy chodników, aby uniknąć tworzenia lodu na tych powierzchniach.

Pompa ciepła obniża temperaturę zasysanego powietrza nawet o 12 K, a więc w okresie występowania dodatnich temperatur pompa ciepła może wyrzucać z siebie powietrze o temperaturze poniżej 0°C. Również ściany budynku powinny być odsunięte od strony wyrzutowej, aby nie doprowadzać do gromadzenia wilgoci i brudu.

Kolejnym istotnym punktem dotyczącym lokalizacji pompy ciepła na zewnątrz budynku jest generowany przez nią hałas.

Zgodnie z wymogami rozporządzenia Ministra Środowiska właściciel posesji zobowiązany jest do zachowania na granicy działki, w godzinach od 22:00 do 6:00, poziomu hałasu nie większego niż 40 dB(A) – dotyczy to zabudowy jednorodzinnej. Hałas odbierany przez użytkownika pompy ciepła nie jest zależny tylko od mocy akustycznej generowanej przez urządzenie, istotny jest również sposób montażu, a w przypadku pompy ciepła typu split także sposób prowadzenia przewodów gazowych.

Do określenia minimalnej wymaganej odległości posłużyć się można wzorem na ciśnienie akustyczne: L = Lw + 10•log(Q/(4•π•r²); gdzie: L – to ciśnienie akustyczne w odległości r od źródła dźwięku o mocy akustycznej Lw i wartości współczynnika kierunkowego Q (zależny jest od sposobu zamontowania źródła generującego dźwięk i przyjmuje trzy podstawowe wartości – 2, 4 lub 8, wyznaczające część przestrzeni, w której rozchodzi się hałas).

Najczęstszy sposób instalacji dla pomp ciepła powietrze-woda typu monoblok to montaż swobodny Q = 2, natomiast dla modelu typu split to Q = 4 lub 8, gdzie jednostka zewnętrzna skierowana jest plecami do ściany budynku. Nie stanowi to jednak reguły, ponieważ na rynku dostępne są modele monoblok zbudowane z dwóch jednostek, podobnie jak w pompach split.

Ocena budynku przy pierwszym uruchomieniu pompy ciepla

Podczas sprawdzania instalacji należy również ocenić przygotowanie samego budynku do ogrzewania, nierzadko okazuje się bowiem, że brak jest izolacji termicznej budynku, nie tylko ścian, lecz także poddasza. Są to potencjalne miejsca utraty sporej ilości ciepła, a to może oznaczać większe niż zakładane koszty ogrzewania.

Trzeba także pamiętać, że pierwsze uruchomienie pompy ciepła nie powinno odbywać się w budynku zimnym. Obiekt wymaga wstępnego wygrzania i osuszenia zewnętrznym źródłem ciepła. Zapotrzebowanie na energię jest w tym czasie bardzo duże, tak więc praca pompy mogłaby doprowadzić do szybkiego wyczerpania energii gruntu w przypadku modelu solanka-woda lub częstych usterek w pracy, związanych z zamarzaniem parownika w modelach powietrze-woda.

Przeszkolenie użytkownika pompy ciepła

Ważnym punktem procesu pierwszego uruchomienia jest zaznajomienie użytkownika instalacji z automatyką i najważniejszymi elementami instalacji. Należy go przeszkolić, wskazując dostępne funkcje oraz informując go, gdzie zmiany ustawień są bezpieczne, a gdzie mogą przynieść więcej szkód niż korzyści.

mgr inż. Dawid Pantera