Takie zachowanie pompy ciepła to cichy zabójca sprężarki. Do tego winduje rachunki za prąd
Podstawowa zasada działania pompy ciepła polega właściwie na pracy ciągłej: pobiera z otoczenia (powietrze, grunt, woda gruntowa) ciepło, podnosi jego temperaturę i równomiernie oddaje do systemu grzewczego. Im bardziej spokojnie i równomiernie przebiega ten proces, tym większa jest efektywność i żywotność urządzenia. Zdarza się jednak, że pompa ciepła bardzo często włącza się i wyłącza. Fachowcy mówią wtedy o tak zwanym taktowaniu. Co to właściwie oznacza?
- Co to znaczy, że „pompa ciepła taktuje”?
- Dlaczego każdy start pompy ciepła szkodzi?
- Jakie są najczęstsze przyczyny taktowania pompy ciepła?
- Żywotność pompy ciepła przy różnych częstotliwościach uruchamiania
Co to znaczy, że „pompa ciepła taktuje”?
Taktowanie opisuje się jako częste włączanie się i wyłączanie pompy ciepła w krótkich odstępach czasu. Zdrowa pompa ciepła startuje zimą dwa do czterech razy w ciągu godziny. Każdy cykl trwa 15 do 30 minut. Urządzenie pracuje stabilnie. Sprężarka osiąga swoją optymalną temperaturę pracy. Olej smarujący stale krąży w obiegu. Wydajność jest maksymalna.
Inaczej wygląda praca pompy ciepła w krótkich cyklach. Urządzenie startuje osiem do dwunastu razy w ciągu godziny. Czas jednego cyklu wynosi zaledwie 3 do 8 minut. Pompa ciepła nigdy nie dochodzi do stabilnego biegu. Startuje, krótko nagrzewa i natychmiast znowu się zatrzymuje. Nie ma stabilnej cyrkulacji oleju. Wydajność jest słaba.
Granica krytyczna to 5 minut pracy pompy w cyklu. Jeśli pompa ciepła przekracza tę granicę regularnie, jej zużycie wzrasta w tempie wykładniczym. Żywotność spada do połowy przy przeciętnym cyklu liczącym 3 minuty i do jednej czwartej przy 2 minutach. Problem pojawia się przeważnie w okresach przejściowych, kiedy temperatura zewnętrzna wynosi 10-15°C i w związku z tym zapotrzebowanie na ogrzewanie jest niskie.
Dlaczego każdy start pompy ciepła szkodzi?
Start pompy ciepła stanowi mechanicznie krytyczną fazę. Sprężarka musi przyspieszyć od stanu spoczynku do roboczej prędkości obrotowej. Krótkotrwałe zużycie prądu elektrycznego wzrasta gwałtownie pięć do ośmiu razy. Pompa ciepła o mocy znamionowej 8 kW „ciągnie” normalnie 2000 W, natomiast podczas rozruchu to zużycie rośnie na jedną do trzech sekund do 10000-16000 W.
Takie skokowe ekstremum obciążenia ma dwie przyczyny. Silnik musi poruszyć masę sprężarki, a jednocześnie pokonać wysokie ciśnienie w obiegu chłodniczym. Obciążenie mechaniczne łożysk i wału podczas rozruchu przekracza 15-25 razy obciążenie w trakcie pracy ciągłej. Ekstremalne siły powodują powstawanie w łożyskach mikroskopijnych pęknięć. Z każdym startem szkody się powiększają.
Skrajnie szybko zmieniają się temperatury w trakcie rozruchu. Czynnik chłodniczy w parowniku podgrzewa się od -10°C do +10°C w ciągu 2-5 minut. Skraplacz nagrzewa się od 20°C do 45°C. Te wielkie skoki temperatur w krótkim czasie wywołują naprężenia mechaniczne. Materiały odkształcają się szybko i w różnym stopniu. Połączenia rur ulegają zmęczeniu, pękają uszczelnienia.
W fazie rozruchu pompy załamuje się jej wydajność. Nowoczesna pompa ciepła osiąga w czasie stałej pracy współczynnik COP (Coefficient of Performance) od 4,0 do 5,0. Oznacza to, że na jedną kilowatogodzinę zużytej energii elektrycznej przypada 4 do 5 kWh wytworzonego ciepła. W pierwszych 3-5 minutach współczynnik COP spada jednak do 1,5-2,5. Urządzenie zużywa więc 50-60% więcej energii elektrycznej na jednostkę wytworzonego ciepła.
Praca pompy w krótkich cyklach pięciominutowych oznacza, że 60-80% czasu pracy przebiega w bardzo nieefektywnym trybie. Przeciętny współczynnik COP w ciągu całego dnia spada z optymalnej wartości 4,5 do zaledwie 2,8 do 3,2. Odpowiada to wzrostowi kosztów za prąd od 40 do 50% za tę samą ilość energii cieplnej.
Jakie są najczęstsze przyczyny taktowania pompy ciepła?
- Przewymiarowanie pompy ciepła.
Często moc urządzenia została wybrana za wysoka. Pompa ciepła uzyskuje zadaną temperaturę bardzo szybko i musi potem szybko się wyłączyć. Prawidłowa wielkość pompy zapewnia cichą, oszczędną i regularną pracę bez ciągłego taktowania.
- Brak zbiornika buforowego albo zbyt mała jego pojemność.
Urządzenie pozbawione możliwości buforowania włącza się przez to znacznie częściej.
- Brak zrównoważenia hydraulicznego albo niewystarczające uregulowanie.
Zbyt duży lub zbyt mały przepływ przez poszczególne grzejniki może prowadzić do nierównomiernego zapotrzebowania na ciepło i w rezultacie taktowania.
- Niewłaściwa krzywa grzania albo błąd sterowania
Zbyt wysoka temperatura przepływu w połączeniu z nieodpowiednio ustawionym programem ogrzewania może prowadzić do częstego załączania pompy.
- Niskie zapotrzebowanie na ciepło.
Szczególnie w okresie przejściowym może dochodzić w źle uregulowanym systemie do wzmożonego taktowania, jako że zapotrzebowanie na ciepło jest bardzo niskie.
Żywotność pompy ciepła przy różnych częstotliwościach uruchamiania
Liczba cykli pompy ciepła podawana przez różnych producentów na podstawie testów laboratoryjnych i doświadczenia użytkowników może się wahać od 50 000 do 150 000. Weźmy dla przykładu wartość 100 000:
| cykle / dzień | żywotność lat | ocena pracy |
|---|---|---|
| 12 – 15 | 33 – 42 | optymalna |
| 20 – 25 | 20 – 25 | dobra |
| 40 – 50 | 10 – 13 | na granicy |
| 80 – 100 | 5 – 6 | problematyczna |
| 120 – 150 | 3 – 4 | krytyczna |
Optymalna konfiguracja 12-15 cykli rozruchu na dobę zapewnia żywotność pompy ciepła co najmniej 40 lat. Jeśli natomiast będzie występowało taktowanie pompy z dużą częstotliwością, jej wymiana może się okazać konieczna już po 3-5 latach.
