Projektowanie systemu grzewczego z pompą ciepła wymaga uwzględnienia wielu czynników. Jednym z kluczowych jest prawidłowy dobór średnicy rury. Niewłaściwie dobrany parametr znacząco obniży efektywność urządzenia i wpłynie negatywnie na jego wydajność.
Pompa ciepła pozwala efektywnie ogrzać pomieszczenia i wodę użytkową, a przy tym znacząco ogranicza emisję gazów cieplarnianych do atmosfery. Żeby urządzenie mogło spełniać swoje zadanie, instalacja musi być fachowo wykonana. Jednym z kluczowych parametrów, które należy uwzględnić w trakcie projektowania, jest średnica rur. Sprawdź, jak wyliczyć właściwy przekrój.
Dlaczego średnica rury jest kluczowa dla pompy ciepła?
Odpowiedź na to pytanie jest oczywista – ponieważ cała moc, którą generuje urządzenie, powinna być przekazana na instalację. Nic po wydajnej pompie, jeżeli nieodpowiednio dobrane rury zniweczą cały jej potencjał. To właśnie średnica decyduje o prędkości przepływu czynnika roboczego i występujących w instalacji oporach hydraulicznych.
Mniejsza średnica wewnętrzna rury stwarza większe opory. Może więc wydawać się, że im szerszy przewód, tym lepiej. Otóż, nie do końca. W tym miejscu musimy bowiem wspomnieć, że zbyt duża średnica niepotrzebnie zwiększa koszty inwestycyjne.
Kluczowa jest średnica wewnętrzna
Średnica rury jest wyrażana jako dwa parametry:
- nominalny,
- wewnętrzny.
Średnica nominalna wskazuje na zewnętrzne wymiary poszczególnych składowych rurociągu. Parametr ten jest wykorzystywany jako ogólne oznaczenie rozmiaru rury. Musisz jednak pamiętać, że nie wskazuje on na rzeczywisty wymiar światła rury, bo w zależności od grubości ścianki, dla tej samej średnicy nominalnej mogą występować różne średnice wewnętrzne.
O oporach hydraulicznych decyduje przede wszystkim rzeczywiste światło rury. Właśnie dlatego dla uzyskania odpowiedniej wydajności kluczowe znaczenie ma prawidłowy dobór średnicy wewnętrznej.
Średnica rury a straty ciepła w instalacji
Duży wpływ średnicy rury na efektywność pompy ciepła wynika z niskich temperatur, w jakich pracują te urządzenia. W tym przypadku, różnica między zasilaniem a powrotem zamyka się w przedziale 5-7° C (około 5° C w przypadku systemów York), więc żeby pompa mogła osiągnąć właściwą moc grzewczą, przepływ cieczy musi być większy niż w instalacjach z tradycyjnymi systemami grzewczymi, nawet 3-, 4-krotnie w porównaniu z kotłem gazowym. Maksymalny przepływ czynnika roboczego jest tym większy, im większa jest średnica wewnętrzna rury. Wynika to z faktu, że parametr ten jest iloczynem szybkości cieczy i przekroju poprzecznego rury.
Zbyt szybki przepływ czynnika roboczego oznacza zwiększenie strat liniowych i punktowych, większe prawdopodobieństwo wystąpienia uszkodzeń mechanicznych i wyższe ciśnienie akustyczne. Musimy także wspomnieć, że pewne wartości szybkości przepływu po prostu nie mogą zostać przekroczone, ponieważ przy zbyt dużej prędkości przepływu, czynnik roboczy nie zdąży podgrzać się do odpowiedniej temperatury.
Obliczanie średnicy rury dla pompy ciepła
Mając na uwadze powyższe, należy uznać, że zastosowanie przyłącza o większej średnicy przynosi więcej korzyści niż zwiększenie prędkości przepływu. Należy jednak precyzyjnie obliczyć średnicę wewnętrzną do rzeczywistych potrzeb instalacji. Zastanawiasz się, jak to zrobić?
Obliczanie średnicy rury dla pompy ciepła wymaga obliczenia strumienia masy wody. W tym celu należy zastosować wzór:
m = Q / (cp * (Tz - Tp)) [kg/h];
gdzie:
- m oznacza strumień masy wody [m3/h],
- Q oznacza moc urządzenia [kW],
- cp oznacza ciepło właściwe wody [kJ/(kg*K)],
- delta T to różnica między zasilaniem i powrotem [K].
Większość pomp ciepła pracuje optymalnie przy delcie temperatur na poziomie 5° C i taką wartość należy przyjąć, o ile producent urządzenia nie wskazuje innej. Moc pompy należy podać zgodnie ze specyfikacją danego modelu.
Jak na podstawie uzyskanego wyniku obliczyć średnicę? Najprościej posłużyć się nomogramami lub innymi narzędziami, które udostępniają producenci. Podstawiając uzyskany wynik do tabeli, łatwo odnajdziesz optymalną wielkość rurociągu.
Alternatywnie możesz posłużyć się przekształconym wzorem na prędkość przepływu:
gdzie:
- d oznacza średnicę przepływu [mm],
- V oznacza strumień masy wody [m3/h],
- w oznacza prędkość przepływu [m/s].
Przykłady instalacji rur optymalnych dla pomp ciepła
Poniżej podajemy przykład instalacji rur optymalnych dla pompy ciepła.
Skupiamy się na pompie York, której sterownik utrzymuje różnicę temperatur na poziomie 5° C. Prędkość przepływu cieczy powinna wynieść do 0,8 m/s. Znając te parametry, należy uznać, że rura o przekroju 28x1,5 mm może przenieść około 7,8 kW.
Zalecenia techniczne dla rur w pompach ciepła
Średnica wewnętrzna jest jednym z kluczowych parametrów, ale nie jedynym. Dobór rur do niskotemperaturowych pomp ciepła powinien uwzględniać szereg innych czynników, takich jak:
- długość,
- ilość załamań i kolan,
- ewentualne plany rozbudowy instalacji,
- materiał rur.
Do produkcji rur dla pomp ciepła stosuje się:
- polipropylen (PP),
- polietylen (PE),
- miedź,
- stal.
Polipropylen wykazuje odporność na działanie substancji chemicznych, ma wysoką temperaturę topnienia i jest łatwy w obróbce.
Polietylen opiera się korozji, charakteryzuje się wysoką wytrzymałością mechaniczną i podobnie jak polipropylen, jest materiałem łatwym w obróbce. Musimy także wspomnieć, że jest dość niedrogim rozwiązaniem
Miedź charakteryzuje się nie tylko odpornością na korozję, ale także wyśmienitymi właściwościami termicznymi. Nie możemy jednak przemilczeć faktu, że ten materiał generuje wysokie koszty inwestycyjne.
Z kolei stal nie rdzewieje, jest trwała i nie koroduje, ale może być bardziej podatna na uszkodzenia mechaniczne niż inne materiały.
Pompy ciepła charakteryzują się długim okresem eksploatacji, znacznie dłuższym niż tradycyjne systemy grzewcze. Właśnie dlatego ogromne znaczenie ma prawidłowy dobór materiałów, przekładający się na wytrzymałość, niezawodność i wydajność.
