Kaskada komercyjnych pomp ciepła na R290 w budynku użyteczności publicznej
W pompach ciepła coraz częściej stosowany jest czynnik chłodniczy R290 (propan). Powodów, dla których zyskuje on dominację jest wiele. Wśród nich należy oczywiście wymienić zmiany legislacyjne oraz troskę o środowisko. Powrót do naturalnych czynników to także konfrontacja korzeni chłodnictwa z najnowszymi technologiami, pozwalającymi z nich czerpać maksimum możliwości. Co konkretnie można uzyskać z pomocą obecnie dostępnych na rynku pomp ciepła na czynnik R290? Sprawdźmy!
Spis treści
- Czy R290 to przyszłość rynku HVAC?
- Era zmian
- Kaskada propanowych, komercyjnych pomp ciepła w budynku użyteczności publicznej
Budynki w Unii Europejskiej odpowiadają za zużycie 40% energii końcowej oraz emisję gazów cieplarnianych na poziomie 36%. Blisko 75% budynków w Unii jest nieefektywna energetycznie.
Ograniczenie zużycia energii oraz wykorzystanie energii ze źródeł odnawialnych stanowią istotne środki konieczne do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych i ubóstwa energetycznego w Unii, zgodnie z zasadą efektywność energetyczna przede wszystkim określoną w art. 3 dyrektywy Parlamentu Europejskiego oraz Rady (UE) 2023/1791 i zdefiniowaną w art. 2 pkt 18 rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/1999.
Należy pamiętać, że budynki odpowiadają za emisje gazów cieplarnianych przed okresem eksploatacji, w jego trakcie i po jego zakończeniu. Emisję trzeba stopniowo uwzględniać w całym cyklu życia budynków, zaczynając od nowych budynków. Istotny jest sposób ich projektowania oraz wybór stosowanych materiałów do ich wznoszenia i renowacji.
Współczynnik globalnego ocieplenia (GWP) w całym cyklu życia budynku wskazuje na ogólny wkład budynku w emisje prowadzące do zmiany klimatu. Wyraża on zarówno emisje dwutlenku węgla wbudowane w wyroby budowlane, jak i bezpośrednie oraz pośrednie emisje dwutlenku węgla na etapie użytkowania.
Wymóg obliczania GWP w cyklu życia nowych budynków stanowi zatem pierwszy krok w kierunku lepszego uwzględnienia charakterystyki całego cyklu życia budynków i gospodarki o obiegu zamkniętym.
Dwie trzecie energii zużywanej do ogrzewania i chłodzenia budynków nadal pochodzi z paliw kopalnych.
Aby zdekarbonizować sektor budowlany, szczególnie ważne jest stopniowe wycofywanie paliw kopalnych z ogrzewania i chłodzenia.
Czy R290 to przyszłość rynku HVAC?
Propan jest naturalnym czynnikiem roboczym, a historia jego zastosowania sięga początków chłodnictwa. Teraz, gdy walka z globalnym ociepleniem jest stawiana na pierwszym miejscu, propan przeżywa swój renesans. Oprócz niskiego GWP (Global Warming Potential) równemu 3, czynnik R290 gwarantuje również znakomite właściwości termodynamiczne. Tym samym jego wykorzystanie w systemach grzewczych i klimatyzacyjnych ma techniczne uzasadnienie.
Jednocześnie nie można zapomnieć, że propan jest klasyfikowany jako czynnik palny w klasie A3. Dlatego pompy ciepła nim zasilane są produkowane jedynie w wersji monoblok, gdyż montaż wewnątrz budynku jest zakazany. Jest to jedynie środek bezpieczeństwa. Propan towarzyszy nam od bardzo długiego czasu i nie powinno się go demonizować ze względu na łatwopalność.
Sprawdźmy jakie konkretne liczby pozwalają uzyskać pompy ciepła na czynnik R290 w zastosowaniach komercyjnych.
Era zmian
Oprócz zmiany w zakresie używanych czynników roboczych, zmienia się również samo podejście do projektowania instalacji. Rozwój technologii pomp ciepła pozwala na wykorzystanie jednego urządzenia zarówno do grzania, chłodzenia, jak i przygotowania ciepłej wody użytkowej. Przyjrzyjmy się jednej z inwestycji, którą przybliża Sylwester Stafiej z firmy Panasonic.
Uważam, że rozwiązania systemowe z zastosowaniem jednego źródła ciepła i chłodu w najbliższej przyszłości będą stanowić podstawę systemów ogrzewania i klimatyzacji
– zaczyna Sywester Stafiej.
Takie podejście pozwala na ograniczenie potrzeby montowanych urządzeń, co zmniejsza objętości systemowe i zapotrzebowanie na energię. To kluczowe aspekty dla procesu dekarbonizacji budownictwa. Zobaczmy to więc na przykładzie.
Kaskada propanowych, komercyjnych pomp ciepła w budynku użyteczności publicznej
Analizowany budynek to ośrodek medycyny pracy o zapotrzebowaniu na moc chłodniczą 350 kW przy temperaturze 32°. Po stronie grzania zapotrzebowanie wynosi 180 kW (temp. projektowa –20°C). Pozostałe dane znajdują się na poniższej grafice.
Dla takiego charakteru pracy budynku wymagane było przygotowanie ciepłej wody użytkowej. Dlatego zastosowano tutaj kaskadę pięciu pomp ciepła AQUA-G BLUE. To najnowsze rozwiązanie firmy Panasonic, oparte o czynnik R290 w mocy nominalnej 80 kW dla trybu grzania i 75 kW mocy nominalnej w trybie chłodzenia.
Co można zyskać dzięki temu urządzeniu?
Zaprojektowane źródło chłodu o mocy 350 kW daje znakomitą możliwość wykorzystania pompy ciepła jako jedynego źródło ciepła. W przypadku budynku, którego wymaganiem jest zastosowanie systemu klimatyzacji i ogrzewania może się to odbyć tym samym źródłem. Oczywiście to źródło trzeba w odpowiedni sposób zaprojektować, aby umożliwić pracę w trybie mieszanym
– zaznacza ekspert.
Praca mieszana pozwala na przełączanie pracy pomp ciepła działających w kaskadzie, co jest rozrysowane na powyższym schemacie. Dzięki temu zyskano możliwość przełączania pracy jednej, dwóch bądź kilku pomp na potrzeby bufora chłodu lub ciepła.
Oczywiście taki układ może również pracować w trybie priorytetu ciepłej wody użytkowej. W taką funkcjonalność wyposażono nasz sterownik kaskadowy. Jeżeli pojawia się nagłe zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową i temperatura w zbiorniku spada poniżej określonego pułapu temperaturowego, to urządzenie z automatu przełącza się na tryb ogrzewania ciepłej wody użytkowej i generuje ciepłą wodę do osiągnięcia założonej górnej granicy temperaturowej zbiornika
– tłumaczy Sylwester Stafiej z Panasonic
Odbiorniki końcowe w tej instalacji to klimakonwektory w trybie grzania 45/40°C na zasilaniu i w trybie chłodzenia 7/12°C.
Tym samym są to temperatury typowo dostosowane pod pracę pompy ciepła.
Omawiany budynek został wykonany w typie starego budownictwa i przeszedł termomodernizację. Przez co stosunek mocy chłodniczej zamyka się w proporcji 2:1. W nowopowstających budynkach ten stosunek często wynosi 3:1, a nawet 4:1. Jasno widać, że zapotrzebowanie na chłód przewyższa zapotrzebowanie na ciepło. Propanowa pompa ciepła świetnie sobie z tym radzi. Jednocześnie jej możliwości eksploatacyjne wykraczają daleko poza ramy budownictwa mieszkalnego czy użyteczności publicznej. Można ją również wdrażać do systemów HVAC dla firm produkcyjnych.
Źródło: Forum Pomp Ciepła – Panasonic
