Serwis System
Eugeniusz Słowik Sp.K.

ul. Elektronowa 8A
94-103 Łódź

tel. 42 689 90 80

Chłodzenie pasywne domu pompą ciepła

Zapotrzebowanie domu na chłód stanowi coraz większy udział w całorocznym bilansie energetycznym budynków. Poprawa izolacyjności przegród znacznie obniżyła potrzeby cieplne nowych energooszczędnych domów. Z kolei oczekiwania estetyczne i funkcjonalne mieszkańców często wymuszają stosowanie dużych przeszkleń, które latem dopuszczają do powstawania znacznych zysków cieplnych od nasłonecznienia. Koszty chłodzenia domu z wykorzystaniem klimatyzacji mogą być wyraźnie wyższe niż koszty jego ogrzewania, ponieważ znacznie wyższy koszt wiąże się z wytwarzaniem 1 kWh chłodu w porównaniu do 1 kWh ciepła.

Zapotrzebowanie domu na ciepło i chłód

Rysunek 1. Wydatki na chłodzenie domu mogą być wyższe niż na jego ogrzewanie, ze względu na wyższe koszty produkcji chłodu niż ciepła. Potrzeby chłodu energooszczędnego domu jednorodzinnego są często bliskie potrzebom cieplnym.

Naturalnym „magazynem” chłodu jest grunt lub woda. Najszerszy dostęp do chłodu oferuje grunt, który od głębokości około 15 metrów zachowuje temperaturę niezależną od pory roku ma poziomie 10÷12°C. Stanowi do doskonałą podstawę do pracy pompy ciepła na potrzeby ogrzewania domu, ale również podstawę do wykorzystania tego rzędu temperatury do chłodzenia pomieszczeń latem.

Grunt jako źródło ciepła i chłodu dla domu

Rysunek 2. Temperatura gruntu na głębokości niższej od około 15 metrów zachowuje stałą wartość (zmienia się jedynie pod wpływem pracy sond pionowych), co stanowi podstawę dla pracy pompy ciepła zarówno w trybie ogrzewania, jak i chłodzenia.

Chłodzenie pasywne nazywane także chłodzeniem naturalnym (natural cooling, free-cooling) może być realizowane przez pompy ciepła typu solanka-woda lub woda-woda. Przykładem może być kompaktowa pompa ciepła Vaillant geoTHERM exclusiv VWS z wbudowanym zasobnikiem ciepłej wody użytkowej i funkcją chłodzenia pasywnego. Tryb chłodzenia jest realizowany przez pompę ciepła za pomocą wbudowanego wymiennika ciepła oraz zaworów 3-drogowych kierujących w odpowiedni sposób przepływ solanki i wody grzewczej/chłodzącej.

Pompa ciepła w trybie grzania lub chłodzenia

Rysunek 3. W trybie grzania, ciepło z solanki (dolne źródło ciepła, sondy pionowe) jest oddawane w parowniku (P) do obiegu chłodniczego pompy ciepła i po podwyższeniu parametrów przekazywane w skraplaczu (S) do instalacji grzewczej budynku. Obieg chłodniczy pracuje, a zużycie energii elektrycznej dla pompy o mocy nominalnej 7,8 kW wyniesie ponad 1,7 kW (sprężarka + 2 pompy obiegowe po maks. 70 W). W trybie chłodzenia pracują wyłącznie pompy obiegowe, sprężarka i cały obieg chłodniczy zostaje wyłączony, a moc chłodnicza dla tej samej pompy może wynieść 5 kW (22/18°C) przy zużyciu energii elektrycznej rzędu 140 W. Instalacja grzewcza budynku przejmuje funkcję chłodzenia, a woda jest schładzana od solanki w dodatkowym wymienniku ciepła (W).

Koszty naturalnego chłodzenia pomieszczeń w porównaniu do standardowych układów klimatyzacji będą kilkakrotnie niższe. Dla klimatyzacji typu multisplit przy chłodzeniu 5 pomieszczeń w domu, można szacować koszty eksploatacyjne na około 1500 zł/rok. Z kolei dla chłodzenia naturalnego na około 50-100 zł/rok. Należy wziąć pod uwagę kwestię wydajności chłodniczej obydwu systemów. Z pewnością układy klimatyzacji zapewnić mogą niższe temperatury wewnątrz budynku, ale kosztem podwyższonych kosztów eksploatacyjnych. Chłodzenie pasywne daje odczucie „naturalne” tzn. nie występuję tak niskie i odczuwalne temperatury nawiewanego powietrza. Chłodzenie pasywne może obniżyć o kilka stopni temperaturę wewnętrzną, a jego skuteczność będzie wyższa, gdy dodatkowo ograniczone zostaną zyski ciepła od nasłonecznienia. Zalecane jest stosowanie zewnętrznych rolet lub żaluzji.

Temperatura pomieszczenia bez chłodzenia i z chłodzeniem

Rysunek 4. Porównanie temperatury powietrza w pomieszczeniu bez chłodzenia oraz z chłodzeniem naturalnym samodzielnie lub z dodatkowym zacienianiem i wentylacją (nocne chłodzenie – bypass w centrali wentylacyjnej).

Chłodzenie pasywne przynosi jeszcze dodatkowe korzyści – skrócenie czasu pracy dolnego źródła ciepła – w porównaniu do chłodzenia aktywnego (z pracą obiegu chłodniczego) przez pompę ciepła. Daje to korzystniejsze warunki do regeneracji cieplnej dolnego źródła po sezonie grzewczym. Dolne źródło ciepła jest przy tym dodatkowo podgrzewane przez solankę, która odbiera ciepło z budynku. W praktycznych obserwacjach oceniano podwyższenie współczynnika efektywności pompy ciepła COP o około 2÷3%, co wpływa na obniżenie kosztów eksploatacji urządzenia w sezonie grzewczym.