Zbiornik buforowy do pompy ciepła – kiedy jest potrzebny?

Jeszcze kilka czy kilkanaście lat temu zbiornik buforowy był niemal stałym elementem instalacji z pompą ciepła. Wynikało to przede wszystkim z konstrukcji stosowanych wówczas urządzeń. Pompy ciepła pracujące w technologii On/Off miały ograniczoną możliwość dopasowania swojej mocy do aktualnego zapotrzebowania budynku. Po uruchomieniu sprężarka pracowała z określoną, wysoką wydajnością aż do osiągnięcia założonego parametru, po czym urządzenie się wyłączało.

Współczesne pompy ciepła typu Inverter działają zupełnie inaczej. Płynna modulacja mocy pozwala urządzeniu dostosowywać wydajność do aktualnych potrzeb cieplnych budynku. Przykładem są nowoczesne serie pomp ciepła firmy Panasonic, m.in. generacje K, L, M czy N. Dzięki szerokiemu zakresowi modulacji urządzenie może pracować z bardzo niską mocą minimalną, a następnie zwiększać lub zmniejszać wydajność zależnie od warunków panujących w budynku.

Nie oznacza to jednak, że bufor stał się całkowicie zbędny. W wielu instalacjach nadal jest potrzebny, ale jego zastosowanie powinno wynikać z konkretnego układu hydraulicznego, a nie z samego faktu zastosowania pompy ciepła.

Jak pracuje współczesna pompa ciepła Inverter?

Jedną z podstawowych zalet technologii Inverter jest możliwość płynnej regulacji wydajności sprężarki. Po rozpoczęciu pracy pompa ciepła nie musi od razu pracować z pełną mocą. Urządzenie stopniowo zwiększa swoją wydajność, dostosowując ją do zapotrzebowania na ciepło.

Sterowanie uwzględnia m.in. temperaturę zewnętrzną oraz parametry instalacji grzewczej. W miarę zbliżania się do wymaganego parametru pracy sprężarka może zmniejszać swoją prędkość obrotową, a tym samym obniżać moc grzewczą urządzenia.

Takie działanie pozwala na dłuższą i bardziej stabilną pracę pompy ciepła, ograniczając liczbę cykli uruchamiania i zatrzymywania sprężarki. W praktyce może to przekładać się na korzystniejsze warunki pracy urządzenia i ograniczenie niepotrzebnych strat związanych z częstym rozruchem.

Właśnie dlatego w nowoczesnych instalacjach coraz częściej spotykamy małe bufory, a w prostych układach hydraulicznych – całkowitą rezygnację z bufora.

Kiedy można zrezygnować ze zbiornika buforowego?

Najprostszym przykładem jest instalacja, w której cały budynek ogrzewany jest ogrzewaniem podłogowym, a układ hydrauliczny jest stosunkowo prosty.

Jeżeli mamy 100% ogrzewania podłogowego, jeden rozdzielacz hydrauliczny i brak strefowego zamykania poszczególnych obiegów, a wbudowana w jednostkę wewnętrzną pompa obiegowa jest w stanie pokonać opory hydrauliczne instalacji, stosowanie dodatkowego zbiornika buforowego może nie mieć uzasadnienia.

W takim przypadku instalacja grzewcza sama stanowi odpowiednio duży odbiornik energii cieplnej. Pompa ciepła może płynnie modulować swoją moc, a przepływ wody przez instalację pozostaje stabilny.

Podobna sytuacja może wystąpić w przypadku 100% instalacji grzejnikowej, jeżeli została ona prawidłowo zaprojektowana i posiada odpowiedni zład wody oraz właściwe przepływy.

Kluczowe znaczenie ma tutaj nie sama liczba grzejników czy metrów kwadratowych ogrzewanej powierzchni, lecz rzeczywista charakterystyka całego układu hydraulicznego.

Termostaty pokojowe zmieniają sytuację

Problem pojawia się wtedy, gdy instalacja wyposażona jest w indywidualne sterowanie strefowe.

Przykładowo, w domu z ogrzewaniem podłogowym na każdym obiegu rozdzielacza mogą znajdować się siłowniki sterowane termostatami pokojowymi. Jeżeli poszczególne pomieszczenia osiągną zadaną temperaturę, termostaty będą kolejno zamykały obiegi.

Może więc dojść do sytuacji, w której wszystkie siłowniki na rozdzielaczu zostaną zamknięte, podczas gdy pompa ciepła nadal będzie wymagała zapewnienia odpowiedniego przepływu wody.

W takim układzie bufor może pełnić funkcję sprzęgła hydraulicznego i stabilizatora przepływu.

Nie zawsze oznacza to jednak konieczność stosowania dużego zbiornika. W określonych rozwiązaniach bufor może zostać zamontowany na powrocie, a układ może zostać wyposażony w zawór nadmiarowo-upustowy. Takie rozwiązanie pozwala w niektórych instalacjach uniknąć stosowania dodatkowej pompy obiegowej po stronie instalacji.

Ostateczne rozwiązanie powinno jednak wynikać z projektu hydraulicznego konkretnego systemu.

Więcej niż jeden obieg grzewczy

Kolejnym przypadkiem, w którym bufor często staje się niezbędnym elementem instalacji, jest zastosowanie większej liczby rozdzielaczy lub różnych obiegów grzewczych.

Szczególnie typowym przykładem są modernizowane budynki, w których występuje układ mieszany:

• ogrzewanie podłogowe,
• ogrzewanie grzejnikowe,
• kilka niezależnych obiegów grzewczych,
• różne wymagane temperatury zasilania.

W takiej instalacji zbiornik buforowy może pełnić funkcję sprzęgła hydraulicznego, oddzielając obieg pompy ciepła od obiegów znajdujących się po stronie instalacji.

Pompa obiegowa wbudowana w jednostkę wewnętrzną pompy ciepła odpowiada wówczas za przepływ po stronie źródła ciepła, natomiast pompy obiegowe poszczególnych obiegów grzewczych pracują po stronie instalacji.

Takie rozwiązanie zapewnia większą niezależność hydrauliczną poszczególnych części systemu i ułatwia prawidłowe sterowanie instalacją o bardziej skomplikowanej strukturze.

Bufor nie powinien być stosowany „na wszelki wypadek”

W projektowaniu instalacji z pompą ciepła łatwo wpaść w pułapkę stosowania rozwiązań, które były uzasadnione w starszych systemach, ale nie zawsze są potrzebne w nowoczesnych układach.

Dotyczy to również zbiorników buforowych.

Bufor nie powinien być traktowany jako obowiązkowe wyposażenie każdej pompy ciepła. Jego zastosowanie powinno wynikać z analizy instalacji, m.in. przepływów, oporów hydraulicznych, pojemności wodnej układu, liczby obiegów oraz sposobu sterowania.

W prostym układzie podłogowym bez strefowego odcinania przepływów dodatkowy bufor może być wręcz niepotrzebnym elementem instalacji. Każdy dodatkowy element hydrauliczny oznacza bowiem większą złożoność systemu, dodatkowe straty oraz potencjalne miejsce powstawania problemów eksploatacyjnych.

Z drugiej strony całkowite pomijanie bufora w rozbudowanej instalacji wieloobiegowej również może być błędem.

Duży bufor – kiedy ma sens?

Szczególną sytuacją są instalacje, w których pompa ciepła współpracuje z innym źródłem ciepła, np. kotłem na paliwo stałe lub kominkiem z płaszczem wodnym.

W takich układach stosowane są niekiedy znacznie większe zbiorniki buforowe, np. o pojemności 300 czy 400 litrów, a także większej.

Trzeba jednak podkreślić, że w takim przypadku pojemność bufora dobiera się przede wszystkim do charakterystyki źródła ciepła, które tego bufora wymaga, a nie do samej pompy ciepła.

Kocioł na paliwo stałe czy kominek nie ma takiej możliwości modulacji jak nowoczesna pompa ciepła Inverter. Po rozpaleniu proces spalania jest trudniejszy do płynnego dopasowania do chwilowego zapotrzebowania budynku. Bufor pozwala więc magazynować nadwyżkę energii cieplnej i oddawać ją do instalacji w późniejszym czasie.

W przypadku połączenia takiego źródła z pompą ciepła należy jednak bardzo dokładnie przeanalizować hydraulikę i automatykę całego systemu. Nie każdy układ biwalentny będzie korzystny z punktu widzenia pracy pompy ciepła.

Najważniejsza jest hydraulika, nie sama pompa ciepła

Odpowiedź na pytanie „czy do pompy ciepła potrzebny jest bufor?” nie powinna więc brzmieć po prostu „tak” lub „nie”.

Prawidłowa odpowiedź brzmi: to zależy od instalacji.

W przypadku nowoczesnych pomp ciepła Inverter sam fakt zastosowania pompy ciepła nie jest już wystarczającym powodem do montażu dużego zbiornika buforowego. Jeżeli urządzenie może płynnie modulować moc, a instalacja zapewnia wymagany przepływ i odpowiedni odbiór energii, bufor może okazać się całkowicie zbędny.

Jeżeli jednak występują termostaty strefowe, wiele rozdzielaczy, różne obiegi grzewcze lub źródła ciepła o odmiennej charakterystyce pracy, bufor może pełnić bardzo ważną funkcję hydrauliczną.

Podsumowanie

Współczesne pompy ciepła znacząco zmieniły sposób projektowania instalacji grzewczych. Technologia Inverter pozwala urządzeniom pracować z niską mocą i dostosowywać wydajność do aktualnego zapotrzebowania budynku, dzięki czemu nie ma już potrzeby stosowania dużego bufora wyłącznie po to, aby „odebrać” nadmiar mocy pompy ciepła.

W prostych instalacjach, takich jak ogrzewanie podłogowe z jednym rozdzielaczem i bez strefowego zamykania obiegów, możliwa jest nawet całkowita rezygnacja ze zbiornika.

Bufor pozostaje natomiast wartościowym elementem w bardziej złożonych układach – szczególnie tam, gdzie konieczne jest rozdzielenie hydrauliczne obiegów, zapewnienie minimalnego przepływu lub współpraca kilku źródeł ciepła.

Dlatego o zastosowaniu bufora powinien decydować projekt i charakterystyka konkretnej instalacji, a nie przyzwyczajenia wynikające z czasów pomp ciepła On/Off.