Na całym świecie można zaobserwować coraz większą popularność dużych centrów handlowych. Podobne zjawisko można zauważyć w Polsce, gdzie galerie handlowe są nie tylko obiektami, w których można zrobić zakupy, ale powoli stają się miejscem spędzania wolnego czasu i wypoczynku. Duża ilość odwiedzających osób w ciągu roku oraz specyfika tego typu obiektów powoduje, że są to budynki, które przez dłuższy czas wymagają chłodzenia, nawet w okresie występowania niskiej temperatury zewnętrznej. Z tego powodu konieczny jest wybór optymalnego systemu klimatyzacji.

Coraz popularniejsze zastosowanie w tego typu obiektach znajdują tzw. systemy WLHP, w których pracują pompy ciepła typu woda-powietrze połączone ze sobą instalacją hydrauliczną, ukształtowaną zazwyczaj w formie pierścienia.

Czy rzeczywiście są to najlepsze systemy dedykowane dla tego typu obiektów? Jakie inne systemy mogłyby być brane pod uwagę? Poniżej zostaną przedstawione subiektywne spostrzeżenia i uwagi autora w tym zakresie.



Systemy WLHP a systemy scentralizowane

Systemy WLHP w swoim założeniu miały być systemami konkurencyjnymi do tradycyjnych systemów, w których centralnym źródłem chłodu jest agregat wody ziębniczej, z kolei centralnym źródłem ciepła jest kocioł grzewczy, zaś odbiornikami ciepła i chłodu są klimakonwektory wentylatorowe czterorurowe.

Pewne cechy charakterystyczne urządzeń systemów WLHP w momencie ich powstawania pozwalały na wysnucie wniosków, że będą one bardziej efektywne energetycznie w stosunku do standardowych systemów. Obecnie sytuacja na rynku urządzeń uległa zmianie i według autora ma ona niebagatelny wpływ na dalszy rozwój urządzeń systemów WLHP w obiektach typu centra handlowe.

Prześledźmy jednak założenia jakie przyświecały rozwiązaniom urządzeń systemu WLHP, które miały stanowić o atrakcyjności tego typu rozwiązań na rynku.

Rys. 1. Schemat układu WLHP

Systemy WLHP – teoretyczne zestawienie podstawowych założeń pracy systemów pierścieniowych

Systemy WLHP cechują się tym, że wytwarzanie mocy chłodniczej i cieplnej odbywa się w miejscu ich odbioru, zatem można posługiwać się pojęciem, że są to tzw. systemy zdecentralizowane (patrząc pod kątem miejsca wytwarzania mocy chłodniczej). Z kolei systemy tradycyjne posiadają centralne źródło chłodu i ciepła, z którego energia jest przekazywana do odbiorników z wykorzystaniem cieczy pośredniczących, zatem w pewnym stopniu można się posługiwać w tym przypadku pojęciem tzw. systemów scentralizowanych. Ta nomenklatura zostanie przyjęta w dalszej części tekstu.

W celu porównania systemu pomp ciepła pracujących w obiegu pierścieniowym z scentralizowanymi systemami oraz w celu przybliżenia zasady funkcjonowania systemu pierścieniowego należy przeanalizować uproszczony bilans cieplny dla trzech typowych warunków pracy:

„ - tryb grzania,
„„ - tryb grzania i chłodzenia,
„„ - tryb chłodzenia.

Rozpatrywany poniżej bilans odnosi się do dwóch pomieszczeń obsługiwanych przez pompy ciepła podłączone do pierścienia wodnego oraz dwóch analogicznych pomieszczeń obsługiwanych przez scentralizowany system hydrauliczny. Pomieszczenia będą określane jako pomieszczenie A i pomieszczenie B. Do dalszych rozważań przyjęto następujące przybliżone założenia:

„„ - wskaźnik COPh dla pomp ciepła w trybie grzania: 5,
„„ - wskaźnik COPc dla pomp ciepła w trybie chłodzenia: 4,
„„ - wskaźnik efektywności energetycznej COP dla agregatu wody ziębniczej: 3 (ze skraplaczem chłodzonym powietrzem),
„„ - sprawność kotłów grzewczych ηc: 90%,
„„ - sprawność dystrybucji energii (dla systemu centralnego) ηd: 0,95,
„„ - agregat wody ziębniczej nie jest wyposażony w funkcję free-cooling.

W celu ujednolicenia i możliwości porównania energochłonności systemu z pierścieniem wodnym i pompami ciepła oraz systemu scentralizowanego posłużono się pojęciem energii pierwotnej uzyskiwanej z paliw kopalnych (np. gazu ziemnego). Przyjęto współczynnik pozwalający na przeliczenie wytworzenia i przesyłu energii elektrycznej, odpowiadający stopniowi wykorzystania energii pierwotnej: 0,36. (...)



Systemy WLHP w odniesieniu do aktualnych rozwiązań technicznych (...)

Systemy WLHP o wysokiej efektywności energetycznej w odniesieniu do aktualnych rozwiązań technicznych (...)

Wnioski

Największe zużycie energii przez systemy WLHP w stosunku do systemu scentralizowanego występuje wtedy, gdy wszystkie pompy ciepła pracują w trybie grzania. Pompy ciepła, niezależnie od wartości efektywności energetycznej, pobierają energię elektryczną i w przeciwieństwie do tradycyjnych rozwiązań nie posiadają darmowego dolnego źródła ciepła. Zatem i w tym okresie wymagają doprowadzenia ciepła np. z kotłowni. Jeżeli stosowane są systemy WLHP nie mogą być pomijane darmowe i odpadowe źródła ciepła dla obecnie realizowanych obiektów.

Im dłuższe okresy występowania zapotrzebowania na moc chłodniczą przy niskiej temperaturze zewnętrznej, przy której można już stosować free-cooling, tym bardziej korzystniejsze staje się jego wykorzystanie w stosunku do rozwiązań WLHP z pompami ciepła o niskiej efektywności energetycznej.



Zastosowanie w systemach WLHP pomp ciepła o niskiej efektywności energetycznej powoduje, że system klimatyzacyjny jest najmniej efektywnym energetycznie (patrząc pod kątem całego sezonu pracy), zarówno w stosunku do WLHP opartego na pompach ciepła o wysokiej efektywności energetycznej, jak również do tradycyjnego systemu scentralizowanego opartego na klimakonwektorach czterorurowych wraz agregatem wody ziębniczej z funkcją bezpośredniego free-coolingu (trójdrogowy zawór regulacyjny i dodatkowy wymiennik free-cooling). Różnice będą jeszcze wyższe, jeżeli zostaną uwzględnione wysokie koszty uzdatniania wody dla wież chłodniczych w systemach WLHP. Na koniec warto również podkreślić iż wyższe koszty eksploatacji powodują, że zastosowanie systemów WLHP z pompami ciepła o niskiej efektywności energetycznej nie jest uzasadnione ekonomicznie.

***

W kolejnej części artykułu zostanie przedstawiona próba analizy powyżej weryfikowanych systemów dla warunków rzeczywistej eksploatacji z uwzględnieniem wysokich kosztów uzdatniania wody dla wież chłodniczych.