Pompa ciepła do basenu: kryteria wyboru i zasady montażu

Pompy ciepła to bez wątpienia jeden z najlepszych wynalazków w dziedzinie systemów grzewczych. Dają one dosłownie możliwość pozyskiwania praktycznie darmowej energii bezpośrednio z powietrza, a także z ziemi lub wody. Jeśli użyje się pompy ciepła do basenu, koszty podgrzewania wody można znacznie obniżyć.

Opowiemy, jak wybrać optymalny model wykorzystania „zielonej” energii do wytwarzania ciepła podgrzewającego wodę. W przedstawionym do zapoznania artykule szczegółowo opisano zasadę działania systemu. U nas dowiedzą się Państwo, jak zamontować agregat, jak go prawidłowo eksploatować w warunkach domowych.

Jak działa taka pompa?

Energia jest wszędzie, nawet w tych obiektach, które wydają nam się wyjątkowo zimne. Po prostu ta energia ma niski potencjał. Pompy ciepła pozwalają wydobyć ją z otoczenia i przekształcić w energię o wysokim potencjale. W takim stanie energię cieplną można wykorzystać do ogrzewania.

Pompy ciepła, podobnie jak lodówki, działają na zasadzie Carnota. Lodówka przenosi energię cieplną z komory do otoczenia, aby uzyskać efekt chłodzenia, natomiast pompa ciepła działa w odwrotnym kierunku.

Taki system składa się z dwóch głównych części – zewnętrznej i wewnętrznej, pomiędzy nimi znajdują się sprężarka i parownik. Zatem czynnik grzewczy krąży w systemie rur, które znajdują się na zewnątrz. Przy tym absorbuje energię rozproszoną w ziemi, wodzie lub powietrzu, w zależności od typu pompy.

Następnie czynnik grzewczy przechodzi przez komorę parownika wypełnioną czynnikiem chłodniczym (zazwyczaj – freonem). Czynnik chłodniczy wrze w bardzo niskiej temperaturze. Ogrzewając się w kontakcie z energią cieplną o niskim potencjale, przechodzi w stan gazowy i trafia do sprężarki.

Na tym schemacie wyraźnie pokazano budowę i zasadę działania pompy ciepła, która zbiera ciepło o niskim potencjale z otoczenia i przekształca je w wysokopotencjalną energię cieplną (+)

Tutaj gaz się nagrzewa i przemieszcza się do skraplacza. Następnie czynnik chłodniczy ochładza się, ponownie wracając do stanu ciekłego, a ciepło, które zebrał, trafia do wewnętrznego systemu ogrzewania, tj. do systemu grzewczego domu lub, w tym przypadku, basenu. Cykl powtarza się wielokrotnie.

Oczywiście, do działania takiego systemu, a mianowicie zespołów pomp, potrzebna będzie pewna ilość energii elektrycznej, bez dostępu do której system nie będzie mógł działać.

Jednak ilość energii elektrycznej potrzebnej pompie ciepła jest około cztery razy mniejsza niż koszt bezpośredniego podgrzewania wody za pomocą grzałki elektrycznej. Przy zużyciu mocy mniejszym niż 2,5 kW na pracę energii elektrycznej, pompa ciepła może wytwarzać ponad 10 kW energii cieplnej.

Jak wybrać odpowiedni system?

Cechy konstrukcyjne pompy ciepła sprawiają, że jest ona bardziej odporna na działanie podwyższonej wilgotności niż jakikolwiek inny system podgrzewania wody. Ale należy prawidłowo dobrać typ pompy ciepła, tj. określić źródło niskopotencjalnej energii cieplnej.

Im bardziej stabilna jest temperatura otoczenia, tym efektywniej działa pompa ciepła. Ziemia jest pod tym względem uznawana za najlepszą opcję, ale praktyczne wdrożenie wymaga spełnienia szeregu niezbyt prostych warunków.

Ta tabela pozwala określić moc pompy ciepła dla basenu. Obliczenia wykonano z uwzględnieniem obecności osłony przeciwsłonecznej (+)

Będzie potrzebna przestronna działka i zakrojone na szeroką skalę prace ziemne. Rury, którymi krąży woda, trzeba będzie umieścić w głębi gruntu, spełnienie tego wymagania nie zawsze jest możliwe i wygodne. Pompy ciepła typu “grunt-woda” rzadko są używane do basenów.

Wodna pompa ciepła jest nieco prostsza do zainstalowania, ponieważ wykorzystuje wodę jako źródło energii. Optymalny wariant – zbiornik wodny znajdujący się w pobliżu: staw, jezioro, rzeka itp.

Nie wszyscy właściciele działek mają dostęp do takich zasobów. Bardziej dostępnym rozwiązaniem problemu – jest opuszczenie rur do wody do studni głębinowej lub studni kopanej. Oznacza to, że na działce prawdopodobnie trzeba będzie zbudować dodatkowe źródło wody.

Mniej czasu i wysiłku potrzeba na instalację pompy ciepła, która wykorzystuje energię rozproszoną w masach powietrza. Do zorganizowania intensywnej wymiany powietrza używa się mocnych wentylatorów. Nie trzeba będzie ani układać rur w ziemi, ani wiercić nowej studni.

Pompy ciepła typu “powietrze-woda” pozwalają ogrzewać dużą objętość wody w basenie przy minimalnym zużyciu energii elektrycznej

Oczywiście, efektywność ogrzewania za pomocą powietrznej pompy ciepła może być nieco niższa niż przy korzystaniu z tak stabilnych źródeł energii jak grunt czy woda. Jednak do użytku w sezonie od wiosny do jesieni, a nie przez cały rok, taki model sprawdzi się idealnie. Większość basenów na działkach jest używana właśnie w tym okresie.

Pompę ciepła można również stosować w połączeniu z innymi systemami grzewczymi, na przykład z ogrzewaniem elektrycznym. Do ogrzewania domu takie modele czasami łączy się z kotłem gazowym lub elektrycznym. Jest to szczególnie uzasadnione w regionach o surowym klimacie, ponieważ przy temperaturze powietrza poniżej -20 stopni efektywność pomp ciepła gwałtownie spada.

Cechą charakterystyczną każdego przemysłowego modelu pompy ciepła – jest wysoka cena. Można obniżyć koszty, jeśli zbuduje się takie urządzenie samodzielnie. Nie jest to zbyt skomplikowane zadanie, wielu majsterkowiczów poradziło sobie z tym. Ale modele przemysłowe są bardziej niezawodne, wydajniejsze i prostsze w obsłudze.

Według opinii, wysoki koszt przemysłowego modelu pompy ciepła zwraca się już w pierwszych kilku latach eksploatacji, a czasem nawet w ciągu kilku miesięcy. Przy tym bardzo ważne jest dobranie modelu, którego moc będzie dokładnie odpowiadać potrzebom cieplnym obiektu.

Straty ciepła obiektu

Aby prawidłowo dobrać pompę ciepła pod względem mocy, należy określić straty ciepła basenu, w którym urządzenie będzie zainstalowane.

W przypadku basenu należy uwzględnić:

• miejsce, w którym znajduje się basen;
• obecność i stopień izolacji basenu;
• objętość misy basenowej;
• początkową temperaturę wody;
• optymalną temperaturę wody do pływania;
• obecność dodatkowych czynników wpływających na zmianę temperatury wody: ogrzewanie powietrza w krytym obiekcie, klimatyzacja itp.

Aby obliczyć straty ciepła konstrukcji, niektórzy specjaliści zalecają stosowanie metody opisanej w DBN V.2.5-67:2013. Moc pompy powinna być o 30% większa niż wielkość strat ciepła basenu.

Ten schemat pozwala zorientować się w możliwych stratach ciepła w basenie w zależności od wpływu czynników zewnętrznych. Im mniejsze te straty, tym efektywniej będzie pracować pompa ciepła.

Obliczenia te są dość specyficzne, lepiej powierzyć je specjaliście. Przydatne zalecenia można uzyskać od doświadczonych specjalistów zajmujących się produkcją lub sprzedażą pomp ciepła. Przy wyborze pompy ciepła przydatne będą również informacje o mocy wymiennika ciepła urządzenia.

Wybierając powietrzną pompę ciepła do podgrzewania wody w basenie, należy uwzględnić szereg czynników wpływających na stopień strat ciepła budynku, na przykład obecność lub brak zadaszenia.

Ten wskaźnik odzwierciedla zużycie energii cieplnej do podgrzewania wody w basenie w określonym przedziale czasu.

W uproszczonej postaci wzór może wyglądać następująco:

P = 1,16 × ΔT/t × V (kW)

Gdzie:

• 1,16 – współczynnik korekcyjny strat ciepła;
• ΔT – liczba stopni dzieląca początkowy i końcowy wskaźnik temperatury wody w basenie, °C;
• t – czas pracy urządzenia do momentu osiągnięcia wymaganej temperatury wody, godz.;
• V – objętość niecki kąpielowej, m³.

Oczywiście, ten wzór nie uwzględnia szeregu takich czynników, jak wpływ ogrzewania w pomieszczeniu basenu krytego, obecność klimatyzacji, obecność izolacji itp.

Jednak przy wyborze odpowiedniego modelu pompy ciepła takie obliczenia mogą być bardzo przydatne. Podczas obliczeń warto uwzględnić, że optymalna dla basenu krytego temperatura powietrza wynosi 28 stopni, a temperatura wody – 24 stopnie.

Ważne aspekty przy wyborze pompy

Wybierając odpowiednią pompę ciepła, należy kierować się nie tylko jej mocą. Ważne znaczenie mają również inne czynniki. Na przykład rozmiary pompy, przypominającej dużą metalową skrzynię.

Miejsce instalacji zazwyczaj wybiera się wcześniej; należy upewnić się, że wybrany model swobodnie się tam zmieści, pozostawiając przy tym wystarczająco miejsca dla osoby, która będzie instalować i serwisować urządzenie.

Im mniejsza różnica między temperaturą powietrza na zewnątrz a temperaturą wody w basenie, tym większy efekt przyniesie zastosowanie pompy ciepła i tym wyższa będzie jej wydajność.

Automatyczne sterowanie niektórych modeli pozwala zmieniać pracę pompy z uwzględnieniem nie tylko temperatury zewnętrznej, ale także tempa stygnięcia wody w basenie, a także zdolności budynku (w przypadku basenu krytego) do zatrzymywania ciepła.

Podczas pracy pompa ciepła wibruje i generuje hałas. Im mniej hałasu w miejscu instalacji, tym lepiej. Przed zakupem należy znaleźć sposób na ocenę poziomu hałasu emitowanego przez różne modele pomp ciepła.

Na koszt urządzenia może znacząco wpłynąć obecność modułu automatycznego sterowania. Jeśli fundusze na to pozwalają, nie warto rezygnować z tego nowoczesnego i wygodnego udogodnienia. Po pierwsze, automatyka zwiększa komfort podczas korzystania z urządzenia, ponieważ nie trzeba ciągle odrywać się, aby je włączyć, wyregulować, wyłączyć itp.

Automatyczny system sterowania nowoczesnych pomp ciepła ułatwia obsługę urządzenia, zwiększa efektywność jego pracy oraz wydłuża żywotność

Po drugie, praca urządzenia w trybie automatycznym znacznie zwiększa jego żywotność, czyli okres eksploatacji. Jednak awarie są nadal możliwe. Zminimalizowanie problemów związanych z pracą pompy ciepła może ułatwić posiadanie prawidłowo sporządzonych dokumentów dotyczących serwisu gwarancyjnego urządzenia.

Jednak samo posiadanie oficjalnego formularza z pieczęcią nie wystarcza. Czasami sprzedawcy skromnie przemilczają, że naprawy gwarancyjne są wykonywane wyłącznie przez wyspecjalizowane przedsiębiorstwo, które znajduje się setki kilometrów od miejsca montażu urządzenia.

Zdarzało się również, że urządzenie trzeba było wysyłać za granicę w celu naprawy. Taki serwis gwarancyjny jest niezwykle niewygodny, ponieważ zabiera właścicielowi całe miesiące czasu.

Majsterkowiczom, dla których prosta naprawa sprzętu AGD nie stanowi problemu, zaleca się wcześniejsze zapoznanie się ze specyfiką wybranego modelu i dostępnością części zamiennych. Jeśli potrzebnych części nie ma w pobliskim sklepie, trzeba je specjalnie zamawiać, płacić za długoterminową dostawę itp. Przezorność pomoże uniknąć tego typu problemów.

Jeśli koszt fabrycznej pompy ciepła okaże się „astronomicznie” wysoki, można ją złożyć samodzielnie. Jak skonstruować urządzenie z praktycznie odpadów, opisano w polecanym przez nas artykule.

Cechy montażu urządzenia

Procedura podłączenia pompy ciepła do basenu zależy od specyfiki konkretnego modelu. Dlatego przed rozpoczęciem prac należy dokładnie zapoznać się z instrukcją producenta i ściśle przestrzegać zawartych w niej wymagań i zaleceń. Zazwyczaj modele przemysłowe są dostarczane już w stanie zmontowanym wraz z zestawem niezbędnych do montażu komponentów.

Schemat działania pompy ciepła podłączonej do basenu:
1 – Pompa ciepła do basenu
2 – Zdalne urządzenie sterujące
3 – Czysta woda basenowa
4 – Pompa obiegowa
5 – Bypass (kanał obejściowy) i zawory regulacyjne
6 – Rura doprowadzająca wodę z basenu
7 – Filtr

Podczas podłączania konieczne będzie zainstalowanie kilku rur oraz zapewnienie zasilania elektrycznego. W systemie obsługi basenu nagrzewnicę instaluje się tak, aby znajdowała się za systemem filtracji, a przed chloratorem.

Jak pokazano na tym schemacie, pompę ciepła należy podłączać za filtrem wody, ale przed urządzeniem do jej chlorowania

Bardzo ważne jest prawidłowe wybranie miejsca do instalacji urządzenia. Zazwyczaj pompa ciepła typu „powietrze-woda” to agregat o imponujących rozmiarach, przypominający jednostkę zewnętrzną systemu split klimatyzatora.

Do instalacji powietrznej pompy ciepła należy wybrać wystarczająco przestronne miejsce, które należy chronić przed wpływem czynników zewnętrznych, na przykład za pomocą zadaszenia.

Miejsce do instalacji takiego urządzenia musi spełniać następujące wymagania:

• dobra wentylacja;
• brak przeszkód dla przepływu powietrza;
• oddalenie od otwartego ognia i innych źródeł ciepła;
• ochrona przed wpływem zewnętrznych czynników środowiskowych: opady atmosferyczne, spadające z góry zanieczyszczenia itp.;
• dostępność dla serwisu i niezbędnych napraw.

Najczęściej pompę ciepła instaluje się pod zadaszeniem. Dla dodatkowej ochrony można zamontować kilka ścian bocznych, jednak nie mogą one w żaden sposób utrudniać przepływu powietrza, które jest tłoczone przez wentylatory.

Pompę montuje się na metalowej ramie, podstawa musi być ściśle pozioma. Pozwoli to zminimalizować takie problemy jak wibracje i hałas podczas pracy urządzenia, a także ochroni je przed awariami.

Powietrzną pompę ciepła należy instalować na solidnym i ściśle poziomym podłożu. Pozwoli to zmniejszyć wibracje podczas jej pracy oraz obniżyć poziom hałasu.

Podczas montażu pompy ciepła i podłączania jej do systemu ważne jest, aby upewnić się, że wszystkie jej elementy są czyste. Warto również sprawdzić wewnętrzną powierzchnię rur, za pomocą których przeprowadza się podłączenie.

Wszystkie miejsca połączeń rur, przez które krąży woda, muszą być starannie uszczelnione i sprawdzone pod kątem wycieków. Aby wibracje od pompy ciepła podczas jej pracy nie przenosiły się na resztę systemu, warto rozważyć opcję podłączenia z wykorzystaniem elastycznych węży.

Szczególnej uwagi będzie wymagać zapewnienie zasilania elektrycznego pompy ciepła. Powinno ono w pełni odpowiadać zasadom instalacji urządzeń elektrycznych, z uwzględnieniem wszystkich wymogów bezpieczeństwa pożarowego.

W pobliżu basenu zazwyczaj utrzymuje się wysoki poziom wilgotności, a prawdopodobieństwo kontaktu urządzeń elektrycznych z wodą znacznie wzrasta. Dlatego konieczne jest staranne zaizolowanie wszystkich miejsc styków elektrycznych, dodatkowo chroniąc je przed możliwym kontaktem z wilgocią.

W schemat podłączenia pompy ciepła do zasilania elektrycznego należy obowiązkowo włączyć wyłączniki automatyczne, które są wyposażone w czujniki reagujące na wzrost temperatury. Potrzebne będą również urządzenia zabezpieczające, które zapobiegną upływowi prądu.

Wszystkie przewodzące prąd węzły należy obowiązkowo uziemić. Do podłączenia kabli, zarówno zasilających, jak i sterujących, potrzebne będą specjalne listwy zaciskowe. W instrukcji producenta zwykle podany jest wymagany przekrój kabli elektrycznych, za pomocą których można wykonać podłączenie urządzenia do zasilania.

Należy przestrzegać tych danych. Przekrój kabla może być większy niż zalecany, ale w żadnym razie nie mniejszy.

Instalacja pompy ciepła do podgrzewania wody w basenie odbywa się zgodnie z zaleceniami producenta. Zazwyczaj instaluje się ją po systemie oczyszczania wody, ale przed urządzeniem do chlorowania, jeśli takie istnieje.

Domowej roboty pompa ciepła – czy to realne?

Jeśli samodzielnie wykonać pompę ciepła, można znacznie zaoszczędzić, ale wydajność takich urządzeń jest nieco niższa niż w przypadku modeli produkowanych przemysłowo. Najpierw wykonuje się poszczególne elementy pompy, a następnie łączy je w cały system. Parownik można zrobić z dużego plastikowego zbiornika. Wewnątrz instaluje się miedzianą wężownicę.

Do wykonania wężownicy rurę miedzianą można ostrożnie nawinąć na butlę gazową lub inny odpowiedni cylindryczny przedmiot, aby nadać jej odpowiedni kształt. W ten sam sposób wykonuje się kolejną wężownicę – dla parownika. Element ten umieszcza się wewnątrz kolejnego zbiornika, tym razem metalowego, potrzebne będą prace spawalnicze.

Sprężarkę po prostu kupuje się lub zdejmuje z innego urządzenia, na przykład z zepsutej klimatyzacji. Gdy te trzy urządzenia są gotowe, łączy się je w wspólny system. Następnie sprężarkę napełnia się czynnikiem chłodniczym. Pozostaje połączyć parownik z wentylatorem, który tłoczy powietrze, a skraplacz – z systemem podgrzewania wody w basenie.

Znacznie bardziej skomplikowana jest budowa pompy ciepła typu woda-woda. Do jej wykonania wymagana jest obecność w pobliżu działki rzeki lub naturalnego zbiornika wodnego – jeśli ich nie ma, wierci się studnie. Jednakże jeśli pozyskiwanie energii z powietrza jest niemożliwe z przyczyn technicznych, ta opcja również będzie przydatna.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Praktyczne doświadczenie podgrzewania wody w basenie za pomocą pomp ciepła przedstawiono na następującym filmie:

Tutaj w sposób obrazowy zaprezentowano zasadę działania powietrznej pompy ciepła:

Na tym filmie przedstawiono bardzo szczegółowy przegląd działania i budowy modelu pompy ciepła typu „powietrze-woda”:

Pompa ciepła to wygodny, efektywny i ekologiczny sposób ogrzewania basenu. Przy prawidłowej eksploatacji koszt modelu zwróci się bardzo szybko, a fachowy montaż znacznie wydłuży żywotność urządzenia.

Czy chciałby Pan / chciałaby Pani podzielić się użytecznymi informacjami na temat artykułu? Może wie Pan/Pani, jak zrobić pompę ciepła do aranżacji prywatnego basenu własnoręcznie? Proszę pisać komentarze w bloku poniżej, zadawać pytania, dzielić się swoją opinią i tematycznymi zdjęciami.